Газоснабжение сельскохозяйственных предприятий с использованием биогаза

1.

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
«ДОНБАССКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И
АРХИТЕКТУРЫ» - ФИЛИАЛ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО
БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО
ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра «Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция»
Выпускная квалификационная работа на тему:
«Повышение эффективности работы теплонаносных установок для
систем отопления и горячего водоснабжения»
Направление подготовки: 08.04.01 Строительство
Программа подготовки «Повышение эффективности систем теплогазоснабжения и вентиляции»
Выполнил:
магистрант гр. ТГВм-55а
Лукин В.В.
Научный руководитель: к.т.н.
Шацков А.О.
Макеевка, 2026

2.

Цель работы – совершенствование системы газоснабжения сельскохозяйственных предприятий путем
привлечения нетрадиционного возобновляемого источника энергии биогаза и разработка системы его
утилизации.
Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:
−
аналитическое
исследование
целесообразности
применения
биогазовых
технологий
на
животноводческих предприятиях;
− разработка замкнутого цикла обработки и утилизации отходов животноводства с использованием
биогаза в качестве источника тепловой энергии;
− экспериментальные исследования способов подвода теплоты для интенсификации процесса сушки
материала и определение удельного расхода теплоты на единицу сухого вещества;
− определение экономического и экологического эффекта от применения предложенного цикла
утилизации отходов.

3.

Объект исследования – системы газоснабжения сельскохозяйственных предприятий
Предмет исследования – процессы сжигания биогаза в газогорелочных устройствах установок термической сушки и
гидродинамические характеристики псевдоожиженного слоя при сушке остатка анаэробной ферментации в кипящем
слое.
Научная новизна работы состоит в следующем:
− усовершенствована система газоснабжения сельскохозяйственного предприятия за счет рационального
использования биогаза в установке термической сушки;
−
получены
экспериментальные
зависимости
основных
параметров
псевдоожиженного
слоя
(скорость
псевдоожижения частиц материала, максимальная удельная масса материала, гидравлическое сопротивление кипящего
слоя).
Практическая значимость заключается в разработке рекомендаций по определению оптимальных конструктивных
параметров установки термической сушки остатка анаэробной ферментации с псевдоожиженным слоем.

4.

Удельные показатели основных статей расхода теплоты животноводческого предприятия на
1200 голов КРС, расположенного в средней полосе России
16%
Приготовление кормов для животных 133 Вт/усл.
голову КРС
10%
3%
Отопление 34 Вт/усл. голову КРС
13%
Вентиляция 721 Вт/усл. голову КРС
1%
Горячее водоснабжение 13 Вт/усл. голову КРС
Технологические нужны 163 Вт/усл. голову КРС
57%
Неучтённые потери 207 Вт/усл. голову КРС

5.

Среднегодовое потребление теплоты животноводческим предприятием
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
100
500
Поголовоье хозяйства, улс. голов КРС
1200
2500
5000
Потенциальное теплопоступление от утилизации биогаза

6.

Поголовье
Вид животных
Объём
Выход БГ млн. замещаемого
тыс. голов
тыс. усл. голов
м3/год
топлива,
тыс. у.т./год
Крупный
27240
9260
3500
2780
Свиньи
16840
2360
1120
880
Козы и овцы
15200
1520
780
610
Птица
438000
1310
700
550
14450
6100
4820
рогатый скот
Всего

7.

Выход биогаза в зависимости от поголовья животноводческого предприятия
а – выход товарного биогаза в процентах от общего объема, б – общий выход биогаза

8.

График потребления
теплоты комплексом
КРС на 1200 голов и
потенциальный
тепловой поток от
утилизации биогаза за
год

9.

Состав навоза в зависимости от вида животных и подстилки, %
На соломенной подстилке
Составные
части навоза
На торфяной
подстилке
Смешанный
Коров
Лошадей
Овец
Свиней
Коров
Лошадей
75,0
77,3
71,3
64,6
72,4
77,5
67,0
21,0
20,3
25,4
31,8
25,0
-
-
Азот общий
0,50
0,45
0,58
0,83
0,45
0,60
0,80
Азот аммиачный
0,15
0,14
0,19
-
0,20
0,18
0,28
Фосфор (Р2О5)
0,25
0,23
0,28
0,23
0,19
0,22
0,25
Калий (К2О)
0,60
0,50
0,63
0,67
0,60
0,48
0,53
Кальций (CaO)
0,35
0,40
0,21
0,33
0,18
0,45
0,44
Магний (MgO)
0,15
0,11
0,14
0,18
0,09
-
-
Вода
Органические
вещества

10.

Газогорелочные устройства с различными вариантами подвода биогаза и воздуха

11.

Основные показатели сушки
Сушка воздухом без
Сушка
подвода
воздухом,
стороннего
нагретым
продуктами
теплоносителя
в теплообменнике
сгорания
150
60
45
60
1,4
1,4
1,4
1,4
Затраты биогаза, м3/ч
-
2,15
3,4
0,5
Энергетический эквивалент биогаза, кВт
-
10,78
17
2,3
Затраты электроэнергии, кВт
1,5
1,5
1,5
-
Суммарная энергоемкость, кВт
1,5
12,28
18,5
2,3
16,96
64,53
73,86
10,20
0,3
0,7
0,9
0,8
Параметры
Время сушки, мин
Масса исходного материала, кг
Удельная энергоемкость, МДж/кг сух.
вещ.
Сушка воздухом, разбавленным Сушка инфракрасным
излучением
Производительность
экспериментальной установки,
кг сух. вещ./ч

12.

Схема газоснабжения животноводческого комплекса на
1200 голов КРС с использованием биогаза в качестве
альтернативного источника тепловой энергии и цикл по
обработке отходов производства
1 – биореактор, 2 – компрессор, 3 – влагоотделитель, 4 – фильтр-поглотитель сероводорода, 5 – газгольдер, 6 – котельная,
7 – резервуар со сжиженным газом, 8 – линия для сушки гранулированных удобрений, 9 – отстойник, 10 –помещения
содержания животных

13.

Принципиальная схема обработки и утилизации отходов животноводства с использованием биогаза в качестве источника
тепловой энергии

14.

Алгоритм определения
конструктивных параметров
установки термической сушки

15.

Расчёт технико-экономических показателей
Выход биогаза с комплекса КРС на 1200 голов составляет 3555 м3/сут.
Экономия природного газа в год составит