Диплом

Диплом на тему Когенераційні установки для роботи з низькокалорійними газами біогаз

Работа добавлена на сайт bukvasha.ru: 2014-06-27




Доклад
Вашему вниманию представлен дипломный проект, в котором рассматривается вопрос использования низкокалорийных газов в когенерационных установках. Следовательно, рассматриваются 2 актуальные проблемы:
1)                 использование возобновляемых источников энергии с низкими затратами;
2)                 более эффективное использование топлива (КПД когенерационных установок существенно выше, чем у класических электростанций и котелен).
На 1 плакате показано сравнение раздельного и комбинированного производства електроенергии и тепла.
Как видно при раздельном производстве электроэнергии
-                      на электростанциях из 100 единиц топлива, можно получить около 40% электроэнергии;
-                      на котельной из 100 единиц топлива - около 80% теплоэнергии.
Общая эффективность использования топлива составляет:
(40+80)/200=60%
При комбинированном производстве из 100 единиц топлива можно получить около 35% электроэнергии и 55% теплоэнергии.
Общая эффективность использования топлива составляет:
(35+55)/100=90%
Для комбинированного производства электрической и тепловой энергии используют когенерационные установки. Сейчас существует множество фирм - производителей когенерационных установок, которые предлагают разнообразные технические и инвестиционные проекты, ориентированные на индивидуальные потребности заказчика. Многие из них предлагают проекты внедрения КУ “под ключ”. Период реализации таких проектов – 1-2 месяца.
На 2 плакате представлена Класификация КУ по типу основного двигателя. Различают КУ с :
- паровой турбиной;
- Двигателем Внутреннего Сгорания;
- газовой турбиной;
- также возможны их комбинации.
В КУ с паровой турбиной конденсат подаётся в экономайзер, где происходит первичный подогрев воды. Подогретая вода подаётся в котел, где сжигается топливо. Образуется пар, который подаётся в пароперегреватель. Сухой перегретый пар срабатывается в турбине, которая приводит во вращение генератор переменного тока. Отработанный пар является источником тепловой энергии.
Мощность единичной машины от 0,5 до 1000 МВт.
Общий КПД до 82%.
В КУ с двигателем внутреннего сгорания топливо срабатывается в ДВС, который приводит во вращение генератор переменного тока.
Охлаждение ДВС осуществляется через технологический контур. В теплообменнике происходит подогрев холодной воды. Большенство тепла, произведенного в ДВС, выводится с выхлопными газами. Газы поступают в теплообменник. Здесь происходит нагрев сетевой воды до 99 0С.
Если нельзя обеспечить утилизацию тепловой мощности через технологический контур ДВС, необходимо эту мощность вывести в отдельный охладительный контур, что является главным недостатком этой установки.
Мощность единичной машины от 3 кВт до 6 МВт.
Общий КПД до 92%.
В КУ с газовой турбиной компрессор сжимает входной воздух, что вызывает повышение его температуры. Этот воздух подается в камеру сгорания вместе с топливом, где происходит сгорание. Горячие газы поступают на турбину, которая приводит во вращение генератор переменного тока. Отработанные газы с турбины подаются в теплообменник, в кот. подогревается сетевая вода или образуется пар.
Мощность единичной машины от 0,25 до 300 МВт.
Общий КПД до 87%.
В качестве главного вида топлива для когенерационных установок, как правило, используется природный газ. В последнее время все чаще находят применение и альтернативные виды топлива – низкокалорийные газы.
На плакате 3 представлены низкокалорийные газы и проблемы их использования.
К низкокалорийным газам относятся все виды горючих газов, кроме природного. На диаграмме газы расположены в порядке возрастания их теплотворной способности:
- газ химической промышленности;
- пиролизный газ;
- коксовый газ;
- газ мусорных свалок;
- биогаз;
- газ сточных вод;
- факельный газ;
- пропан;
- бутан.
К основным проблемам использования низкокалорийных газов в КУ относятся:
- неустойчивость давления газа;
- переменное содержание метана;
- загрязнение газов;
- высокая влажность.
Это может привести к: увеличению содержания вредных веществ в отработанных газах, колебанию выходной мощности КУ, отключению оборудования, неполному сгоранию топлива, коррозии двигателя и оборудования для регенерации теплоты.
В дипломном проекте рассмотрено использование низкокалорийных газов в когенерационных установках на примере биогаза.
На плакате 4 представлен расчет энергоустановки, которая проектируется на небольшом фермермерском хозяйстве в Харьковской области. На ферме находится 150 голов крупного рогатого скота. Общая мощность потребителей электроэнергии 72 кВт. После внедрения энергоустановки, сумарная мощность потребителей электроэнергии, с учетом собственных нужд установки, снизится до 63 кВт, за счет использования тепловой энергии, которая вырабатывается в когенерационной установке.
Средняя электрическая нагрузка с учетом коефициента одновременности, равного 0,35, составит
63*0,35=22,05 кВт
Из практических данных, для выработки 1кВт*ч электроэнергии с учетом КПД когенерационной установки  необходимо 0,439 м3 биогаза.
Т.о.суточная необходимость в биогазе составит
22,05*0,439*24=232,32 м3
Продуктивность биосырья от 1 КРС в сутки составляет в среднем 30кг.
Выход биогаза из 1 тонны сырья от КРС составляет 50 м3.
Суточный выход биогаза из сырья от 150 КРС составит
150*0,03*50=225 м3
Т.к. выход биогаза из сырья от КРС не покрывает суточную необходимость в биогазе
225<232,32
то возникает необходимость в альтернативной биомассе. Например: остатки урожая, зерновые отходы, трава, солома и прочее.
Выход биогаза из 1 тонны альтернативной биомассы составляет 200 м3.
Суточная необходимость в альтернативной биомассе составит 153 кг.
Полный цикл сбраживания сырья 30 суток.
Общая масса сырья в биореакторе расчитывается как сумма суточных масс альтернативного сырья и сырья от КРС умноженная на цикл сбраживания. Она составит около 140 тонн.
Биогазовый реактор имеет форму циллиндра с диаметром 8 м и высотой 4 м. Общий обьем реактора 200 м3.
На плакате 5 представлена принципиальная схема энергоустановки.
Схема состоит из двух основных узлов: биогазовый реактор (1) и когенерационная установка (2).
Биосырье из фермы (3) транспортером подается в бункер сырья (4). В этот же бункер догружается альтернативное сырье. Затем сырье подается в биогазовый реактор насосом Н1. Отработанное вещество отгружается насосом Н2 в бункер отработанного вещества (5). Включение насосов Н1 и Н2 ручное, а отключение автоматическое (по уровню).
В биореакторе происходит сбраживание сырья, в результате которого выделяется биогаз, основными компонентами которого являются: метан (CH4) – 55-70% и углекислый газ (СО2) – 28-43%, а также в очень малых количествах другие газы,  например, сероводород (H2S). Биореактор утеплен теплоизоляционным материалом и также оборудован системой подогрева (12) для поддержания температуры термофильного процесса (50-560С). Биогазовый реактор оборудован предохранительным клапаном ПК1, предназначенным для защиты реактора от повышенного давления. При повышении давления газа в биореакторе до 0,05 атм (5 кПа) электронно-контактный манометр ЭКМ1 дает команду компрессору (7) на включение. Компрессор закачивает биогаз в газгольдер (8), допустимое давление – 10 атм. Газгольдер объемом 10м3 содержит запас газа. При снижении давления газа в биореакторе до 0,02 атм (2 кПа) ЭКМ1 дает команду на отключение компрессора.
При повышении давления в газгольдере до 10 атм ЭКМ2 дает команду на отключение компрессора. Для защиты от повышенного давления газгольдер оборудован предохранительным клапаном ПК2. При снижении давления в газгольдере до 4 атм ЭКМ2 дает команду на включение двигателя Д – привода мешалки сырья в биореакторе. Бактерии наиболее активны в средней зоне, поэтому при перемешивании сырья в биореакторе резко возрастает выработка биогаза. В газгольдере происходит очистка биогаза от влаги, которая заключается в его охлаждении и повышении давления. Для слива конденсата предусмотрен дренаж (9).
Для уменьшения содержания сероводорода в биогазе используется фильтр (6), который установлен сразу после биореактора.
Из газгольдера газ поступает в ДВС КУ. Постоянство давления газа на уровне 0,1 атм на входе в ДВС обеспечивает редуктор (10). Управление соотношением газ – воздух выполняется специальным клапаном, входящим в состав КУ.
КУ вырабатывает электро- и теплоэнергию, что полностью покрывает нужды фермы.
В дипломном проекте был произведен технико-экономический расчет энергоустановки.
Итоговые расчеты сведены в таблицу, представленную на плакате 6.
Капитальные затраты на энергоустановку – 174 900 грн
Годовые затраты на обслуживание энергоустановки – 2 620 грн
Число часов работы энергоустановки в год – 8000 часов
Тариф на электроэнергию – 22,5 коп/кВт*ч
Себестоимость электроэнергии на энергоустановке – 1,3 коп/кВт*ч
Годовая экономия электроэнергии – 201 600 кВт*ч
Годовая экономия в денежном эквиваленте – 42 740грн
Срок окупаемости энергоустановки – 4,09 лет
В дипломном проекте также рассмотрены вопросы охраны труда и гражданской обороны.

Плакат 1

Плакат 2.

Плакат 3.

Плакат 4

Плакат 5.

Плакат 6.


1. Реферат Функциональные особенности использования старославянизмов в современной устной и письменной речи
2. Реферат на тему Joy Lock Club Essay Research Paper The
3. Контрольная работа на тему Семейное право 4
4. Реферат на тему Misconceptions And Failures Of The Electoral Colle
5. Реферат на тему Helios Essay Research Paper HeliosHelios the Greek
6. Реферат Интеграл Пуассона
7. Реферат на тему Terrritoral Expanision Essay Research Paper Territorial expansion
8. Реферат Капитанская дочка А.С. Пушкин
9. Научная работа Анализ употребления слов с семантикой части тела во фразеологизмах русского и английского языков
10. Курсовая Основные тенденции современной русской поэзии Кибиров, Лосев