Как обустроить мансарду?



Как создать искусственный водоем?



Как наладить теплоизоляцию?



Как сделать стяжку пола?



Как выбрать теплый пол?



Зачем нужны фасадные системы?



Что может получиться из балкона?


Главная страница » Энциклопедия строителя

содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6] [стр.7] [стр.8] [стр.9] [стр.10] [стр.11] [стр.12] [стр.13] [стр.14] [стр.15] [стр.16] [стр.17] [стр.18] [стр.19] [стр.20] [стр.21] [стр.22] [стр.23] [стр.24]

страница - 6

ХиВхии иабоз 4

на баз

(P^f^<^_ Газ

width=356

ВоЗа.—

Рис. П

Рис. 1о

Рис. 15. Траншейная биогазовая установка «Плаг флоу диджестер» [45]:

а — бойлер; б — подача горячей воды; в — бродильная камера; г — плавающие пенопластовые плиты; 5 — эластичный газосбориик.

Рис. 16. Реактор с эластичной оболочкой (Восточная Азия) [144].

(рис. 16), либо находится на поверхности земли и помещается внутри жесткого цилиндрического ограждения [35].

3.2.2. Нагревательные устройства

Чтобы получить необходимую для процесса брожения температуру и по возможности поддерживать ее на постоянном уровне, следует прежде всего подогреть подаваемый в реактор субстрат до нужной температуры; дополнительный же подвод теплоты необходим для компенсации тепловых потерь. В принципе теплоту можно подводить к субстрату в рабочем пространстве реактора или в питающем его устройстве. Поскольку перепады температуры отрицательно влияют на ход биологического процесса, необходимо по возможности сочетать подвод теплоты с интенсивным перемешиванием. Кроме того, в системе подвода теплоты необходимо предусмотреть, чтобы на поверхностях теплопередачи не могли откладываться взвешенные в субстрате твердые частицы (поэтому рекомендуются, например, высокие скорости движения субстрата относительно поверхностей теплопередачи) или чтобы эти поверхности легко очищались. И наконец, на работу теплообменника не должно влиять присутствие в субстрате твердых материалов (например, стеблей соломы, перьев, шерсти).

Подогрев в рабочем пространстве

Для небольших реакторов с пере.мешивающими устройствами вполне подходят теплообменные нагревательные агрегаты (например, шланги, цилиндрические или плоские теплообменники), через которые прокачивается горячая вода (■д^60°С) и которые можно вынимать из реактора при его очистке.

Нагреватели, встроенные в стенки реактора, целесообразно применять с точки зрения их КПД лишь в том случае, если они могут передавать теплоту субстрату с обеих сторон стенки, как это происходит в двухкамерном реакторе с внутренней перегородкой (см. рис. 10,г и д и рис. И).

Кроме того, подогрев субстрата можно осуществлять непосредственно, подавая в него горячую воду (см. рис. 13) или пар. Поскольку вода служит одновременно для разбавления и турбулизации субстрата, который при загрузке содержит еще очень большое количество твердых частиц, этот метод может оказаться эффективным. Подогрев субстрата путем введения пара под давлением ведет к повышению содержания влаги в газе, для устранения которой при подготовке газа к использованию требуются дополнительные меры. В крупных установках, в особенности в коммунальных установках для очистки стоков, этим недостатком пренебрегают, имея в виду более высокий энергетический КПД теплопередачи.

Подогрев подаваемого в реактор субстрата

Равномерную передачу теплоты субстрату можно обеспечить с помощью теплообменников, расположенных вне реактора. Однако их следует применять только в сочетании с системой принудительной циркуляции субстрата, что влечет за собой соответствующее повышение затрат, но позволяет надежно регулировать температуру брожения. Эта система подогрева имеет преимущество в том, что благодаря одновременному подогреву и перемешиванию свежего и циркулирующего субстрата разница между температурами поступающего в камеру и уже имеющегося там субстрата будет незначительной. Кроме того, надежно поддерживается скорость перемещения субстрата, необходимая для предотвращения выпадения твер-


дого осадка на поверхностях теплообменника. И, наконец, расположение теплообменников вне рабочего пространства реактора значительно облегчает доступ к ним для обслуживания и ремонта.

В качестве нагревательных агрегатов применяют большей частью трубчатые теплообменники, где теплоносителем служит вода, нагретая до температуры 6^60°С. Более высокая температура, которую необходимо было бы поддерживать, в частности в установках с термофильными бактериями, повышает риск налипания взвешенных твердых частиц на поверхность теплообменника. Пока что мы еще не обладаем достаточно большим практическим опытом эксплуатации установок с термофильными бактериями. Равным образом нуждаются в дальнейших исследо(ваниях теплообменники, предназначенные для подогрева загружаемой в реактор массы путем вторичного использования запасенной отводимым субстратом теплоты. Это можно было бы осуществить либо путем прямой теплопередачи с помощью помещенного в шлам теплообменника, либо посредством теплового насоса, оснащенного конденсатором или испарителем, конструкция которого в каждом конкретном случае должна определяться свойствами субстрата [90, 124].

3,2.3. Устройства для перемешивания субстрата

Постоянное равномерное распределение и переориентировка жидкости и находящихся в ней твердых веществ, различающихся по раз.меру, форме и плотности, служат предпосылкой беспрепятственного и эффективного протекания процесса брожения.

Механические перемешивающие устройства

Применение вращающихся перемешивающих устройств предъявляет высокие требования к форме реактора, если должны быть обеспечены необходи.мая для уменьшения образования осадка и плавающей корки скорость перемещения и требующаяся для интенсивного перемешивания субстрата турбулентность во всех зонах реактора. Поэтому такие мешалки могут эффективно и с допустимым расходом энергии использоваться лишь в небольших реакторах при воздействии на тяжелые суб-

страты. Однако, если речь идет о субстратах малой вязкости, содержащих мало веществ, склонных к осаждению или образованию плавающей корки, то механические перемешивающие устройства оказываются эффективными и в относительно крупных реакторах. Для прос тых небольших установок е незначительным выходом газа механические мешалки, которые в некоторых случаях могут приводиться от руки, представляют собой приемлемое решение.

Гидравлические пвре1мешивающие системы

Содержимое крупных реакторов, в особенности цилиндрической формы, можно перемешивать гидравлическим способом, т. е. с помощью струи жидкости. В многочисленных биогазовых установках, построенных в ФРГ 20 лет назад, очень хорошо зарекомендовала себя система с подвижным соплом (см. рис. 9) [103]. При горизонтальном направлении сопла, которое вращается вокруг оси реактора и может перемещаться вдоль нее, струя жидкости проникает во все зоны рабочего пространства реактора.

Гидравлические системы с неподвижным соплом требуют, напротив, тщательного выбора в соответствии с размерами и формой реактора, чтобы обеспечивать достаточное перемешивание субстрата во всех зонах реактора.

Перемешивание с помощью газа

Хорошее качество перемешивания можно получить, нагнетая полученный в результате брожения газ в жидкий субстрат (см. рис. М). Однако при этом субстрат не должен обладать слишком большой вязкостью и быть склонным к образованию плавающей корки; в противном случае следует непрерывно удалять всплывающие частицы [82] или отделять крупные частицы твердого мате-эиала от субстрата перед поступлением его в реактор 53]. Пока мы еще не располагаем годными для всех случаев рекомендациями об оптимальных конструкциях, действии и потребностях в энергии названных выше перемешивающих устройств при их применении в реакторах различных размеров и формы, работающих на типичных сельскохозяйственных субстратах с той или иной концентрацией твердых материалов.


4, Потребность в энергии 4.i. Теплота

Чтобы поддерживать необходимую для процесса брожения температуру, нужно постоянно подводить теплоту к сбраживаемой массе. Потребность в ней складывается Из количества теплоты, необ.ходимого для подогрева субстрата от температуры, характерной для подаваемого в реактор л<идкого навоза, до температуры брожения, и теплоты, идущей на компенсацию потерь, вызванных радиацией и теплопроводностью.

Располагая теплотехническими характеристиками "субстрата и материала реактора, данными о размерах резервуара, количестве участвующих в процессе материалов, температуре брожения и времени пребывания субстрата в реакторе, в каждом конкретном случае можно достаточно простым способом рассчитать необходимое количество теплоты. Многочисленные примеры такого расчета для сельскохозяйственных биогазовых установок имеются в литературе[28, 45, 77, 111].

4.1.1.Подогрев сбраживаемой массы

Количество теплоты, которым мы должны располагать для подогрева загружаемой в реактор .массы до температуры процесса, зависит от массы субстрата, его средней удельной теплоемкости, разности между температурами процесса и загружаемого материала.

Значения массы субстрата и его удельной теплоемкости для задаиного числа животных и способа их содержания можно в первом приближении считать постоянными. Напротив, разность температур подвержена сезоины.м колебания.м, поскольку экскре.менты из животноводческого помещения поступают в реактор при температуре окружающей среды. Если принять удельную теплоемкость жидкого субстрата равной теплоемкости воды, то для подогрева 1 кг жидкого навоза на 1 К (1°С) требуется количество теплоты, равное 4,18 кДж.

4.1.2.Компенсация тепловых потерь

Тепловые потери в реакторе определяются: — разностью между температурой сбраживаемой массы и характерной для каждого конкретного случая на-

ружной температурой отдельных поверхностей реак: тора;

—величиной поверхностей контакта субстрата и наружного воздуха, субстрата и грунта, газа (в пространстве над зоной брожения) и наружного воздуха;

—коэффициентом теплопередачи материала той или иной стенки;

—коэффициентом теплопередачи на поверхности контакта между отдельными средами;

—толщиной отдельных слоев стенок.

Так как с увеличением размеров реактора уменьшается отношение площади его поверхности к объему, потери теплоты у более крупных реакторов, отнесенные к единице объема, будут нил^е. Для цилиндрических реакторов (проточная система, температура брожения 32,5°С) различных размеров, изготовленных из бетона с изолирующим слоем полиуретана толщиной 60 мм, значения суточных потерь теплоты, как показывают американские данные, колеблются от 8% (для объема 400 мЗ) и 11 о/о (для 124 м^) до 16% (для 60 м^) количества теплоты, необходимого для подогрева ежесуточно загружаемого субстрата [45]. Расчеты, сделанные несколько лет назад для реакторов соответствующих размеров при аналогичных условиях, дали втрое большие значения тепловых потерь [77].

Если известны суточные и сезонные колебания внешней температуры, учтены КПД получения теплоты из газа и его выход из сбраживаемой массы, то можно определить необходимое для подогрева количество газа.

Следовательно, общая потребность в теплоте для биогазовой установки определяется главным образом затратами на подогрев субстрата до температуры брожения. Потребность в теплоте для компенсации потерь может быть снижена на несколько процентов путем применения соответствующей изоляции.

4.2. Механическая энергия 4.2.1. Перемешивание

Потребность в энергии, затрачиваемой на перемешивание субстрата, зависит:

—от необходимой степени перемешивания;

—вязкости субстрата; фор.мы и раз.меров реактора;




содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6] [стр.7] [стр.8] [стр.9] [стр.10] [стр.11] [стр.12] [стр.13] [стр.14] [стр.15] [стр.16] [стр.17] [стр.18] [стр.19] [стр.20] [стр.21] [стр.22] [стр.23] [стр.24]

© ЗАО "ЛэндМэн"