Визначення коефіцієнта біоенергетичної ефективності біогазових установок

Результати експериментальних досліджень і випробувань різних за конструкцією і технологією БГУ дозволили виділити їх найбільш значущі параметри, а саме: V - добовий вихід біогазу за період експлуатації, м³ /доб.,;V'_к — корисний об'єм біореактора, м³; N- витрати електроенергії на технологічний процес, кВтгод/доб; у — доза завантаження БГУ біомасою, т/доб; W— вологість біомаси, %: Т_3б - температура збродження, °С.

Для визначення коефіцієнта ефективності БГУ к_еф необхідно визначити наступні параметри, які представлені в (табл. 1)

(п — час обертання біомаси в реакторі, діб, д - доля завантаження біомаси в реактор, %; вихід біогазу з абсолютно сухої органічної речовини (АСОР) м³/кгАСОР)

Таблиця 1.

Нормативні дані виходу біогазу з органічної маси,

яка отримана в сільськогосподарському підприємстві

Субстрат	Суха Речовина (СР),%	Із них органіч- на речовина(ОР),%	Біогаз л/кгАСОР	Склад метану,%	Метан л/кгАСОР
Рідкий гній худоби із залишками гною.
Рідкий гній худоби без залишок корму.
Свинячий гній.
Твердий гній худоби.
Пташиний посл, сухий без соломи.
Конячий гній без соломи

Для визначення коефіцієнта ефективності БГУ(k_ф) вихідна біомаса при її зброджуванні повинна мати такі фізико-хімічні та мікробіологічні показники:

- концентрація сухої речовини в субстраті не повинна перевищувати 50%

- лужність в межах 1500-5000

- кислотність рH=6,5-7,5

- вміст летучих кислот в межах 600-1500,

- температура зброджування субстрату в межах 33-54⁰С

- відношення поживних речовин в субстраті:

- C:N:P=75:5:1 або 125:5:1;

- C:N=10:1 або 30:1

- N:P=5:1

Витримавши вимоги до вихідної біомаси й експериментально, одержавши техніко-технологічні показники визначаємо коефіцієнт ефективності БГУ за слідкуючою методикою.

Одним із основних показників ефективності біоконверсії органічної маси в анаеробних умовах(без доступу повітря) при експлуатації БГУ є фактичний вихід біогазу за добу, тобто фактична кількість виробленої енергії (МДж)

Для розрахунку коефіцієнта ефективності БГУ(k_еф) необхідно його визначати за показниками, що характеризують технологічний процес біоконверсії органічної маси та вихід кінцевого продукту в нашому випадку це біоенергія у вигляді біогазу СH_4.

Кількість енергії Е_еф,яку виробляє БГУ за 1 м³ корисного об’єму біореактора визначаємо за формулою:

(1)

де: V_ф- кількість біогазу виробленого установкою за добу. м³/доб,V_к- корисний об’єм реактора(V_к=V_бр0,8), , теплотвірна спроможність біогазу , (-=22-24 ,)

Для визначення максимально можливої енергії Е_{max ,}яку виробляє БГУ за добу скористаємося виразом:

(2)

Максимальну кількість біогазу, яку може продуктувати БГУ визначаємо за формулою:

(3)

Максимальну кількість абсолютної сухої органічної речовини визначаємо за виразом:

(4)

де: , k₁- коефіцієнт, який визначає долю органічної маси в абсолютно сухій, k ₂ – вихід біогазу з 1 кг абсолютної сухої органічної речовини,м³/кгАСОР(k ₂= 0,3-0.6 м³/кгАСОР),W_Б- вологість біомаси,%

Витрати електроенергії Е₁ за добу при експлуатації БГУ визначаємо за таким виразом:

(5)

де: N- витрати електроенергії при експлуатації БГУ, , k₃- перевідний енергетичний коефіцієнт(k₁ =3,6), , V_k -корисний об’єм біореактора,

Витрати теплової енергії E₂ визначають за такою формулою:

(6)

де: - доза завантаження біореактора, т/доб, - перевідний коефіцієнт теплоємкості, , - різниця температур відносно збродження і вихідної температури біомаси(, V_k -корисний об’єм біореактора,

Інші витрати енергії Е₃ визначаємо з виразу:

(7)

Витрати енергії для експлуатації БГУ у виробничих умовах визначаємо за такою формулою:

(8)

де: Е₁₌витрати електроенергії,,Е₂₌ витрати теплової енергії. Інші витрати енергії , які необхідні для експлуатації БГУ визначаємо слідуючим чином

(9)

Для оцінки конструктивно-технологічних параметрів БГУ застосуємо вираз, за допомогою якого визначаємо питомий вихід біогазу з 1 кг АСОР установки

Р= , (10)

Таким чином, коефіцієнт енергетичної ефективності визначаємо за таки виразом:

(11)

де: - максимально можлива енергія, яку може виробити БГУ,МДж; - фактично вироблена енергія БГУ,МДж; - енергія, яку використовує БГУ для технологічних затрат,МДж.

Дата добавления: 2014-10-23