Производство биогаза из отходов сахарного производства
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
будут направляться на биогазовый завод. При этом будет вырабатываться биогаз, состав которого будет примерно таким: CH4-55%, CO2-45%, H2S-140 ppm.
Биогазовая установка состоит из пяти ферментаторов емкостью 6 тыс.м3 каждый, по два ферментатора в ряду. Пятый ферментатор используется как дозреватель.
Установка работает следующим образом:
Жом подается по транспортеру ленточного типа (Рисунок 2.1), где установлены весы, в измельчитель.
Рисунок 2.1 Транспортировка жома.
Измельченный жом подается в смеситель, где смешивается с илом, который подается с дозревателя в объеме 1200 м3/день. Так как жом после прессов выходит нагретым в среднем до 55 С, то смесь необходимо предварительно охладить до 37 С. Эта смесь разделяется на две части и подается на две линии ферментаторов, которые работают параллельно. В линии находятся два ферментатора (Рисунок 2.2).
Рисунок 2.2 Ферментаторы
Ферментатор разделен снизу на три зоны и смесь подается равные промежутки времени (20 минут) в каждую зону (Рисунок 2.3).
Рисунок 2.3 Дозировка биомассы
С определенной высоты смесь с двух ферментаторов забирается и одна ее часть направляется в пятый ферментатор, где происходит окончательная ферментация, а другая часть подается в смеситель. С пятого ферментатора смесь перекачивается в ямы, где раньше хранился жом. Перед началом следующего сезона, этот ил распыляют на полях как удобрение. Газ с верхней части всех пяти ферментаторов направляется в газгольдер (Рисунок 2.4), где поддерживается постоянное давление и объем.
Рисунок 2.4 Газгольдер
При переполнении газгольдера, автоматически включаются факельная установка, которая сжигает излишки газа. После газгольдера газ осушается и направляется к компрессорам, которые повышают его давление от 21 mbar до 940 mbar. При сжатии газ нагревается до 63,С. Его охлаждают водой до 25 С. Далее газ направляется на котлы.
.2 Поверочный расчет котла при сжигании смеси природного газа и биогаза
.2.1 Определение процентного содержания природного газа и биогаза в смеси
Имея расход природного газа, можем определить пропорциональное соотношение подаваемых газов в топку.
При сжигании всего биогаза (110 000 m3 /сут) поверхностями котла воспринимается:
MW; (2.7)
где: - расход биогаза, в m3/s;
- низшая теплота сгорания биогаза, в MJ/m3;
- КПД котла.
Для паропроизводительности 22 t/h необходимо:
MW; (2.8)
где: - расход природного газа на котел (см. п.1.2.2), в m3/s;
- низшая теплота сгорания природного газа, в MJ/m3
Сравнивая (2.1) и (2.2) делаем вывод, что необходимо сжигать дополнительно природный газ, чтобы получить недостающую мощность:
MW. (2.9)
Находим количество природного газа:
м3/s. (2.10)
Определяем процентное содержание природного газа в смеси:
. (2.11)
Для того чтобы рассчитать процесс горения двух топлив, необходимо определить процентное содержание газов в смеси. Для этого необходимо процентное содержание природного газа и биогаза умножить на соответствующие доли газов, содержащихся в них:
или 58,5%;
или 40,9%;
или 0,1%;
или 0,06%;
или 0,04%;
или 0,02%;
или 0,3%.
.2.2 Расчет процесса горения
Из предыдущего пункта имеем следующий состав сжигаемого газа:
CH4= 58,5 %;
CO2= 40,9 %;
C2H6= 0,1%;
C3H8= 0,06 %;
C4H10= 0,04 %;
C5H12= 0,02%;
N2= 0,3 %.
Рассчитаем процесс горения для смеси биогаза и природного газа. Удельная теплота сгорания смеси рассчитывается по формуле:
MJ/m3; (2.12)
где - объемная доля горючих составляющих в топливе, в %;
- удельная теплота сгорания горючих составляющих топлива, MJ/m3
MJ/m3.
Плотность топлива рассчитываем по формуле:
(2.13)
где: , , , , , , , - процентное содержание газов смеси;
Теоретический объем воздуха, необходимый для горения находим по формуле (1.1):
m3/ m3.
Теоретический объем трехатомных газов находим по формуле (1.2):
m3/ m3.
Теоретический объем азота находим по формуле (1.3):
m3/ m3.
Теоретический объем водяных паров находим по формуле (1.4):
m3/ m3.
Общий объем газов:
m3/ m3.
Потери тепла с химическим недожогом примем равным q3= 1,5 %.
Коэффициенты избытка воздуха в конвективных системах котла примем как в п.1.2.1.
Расчеты процесса горения представлены в Таблице 2.1.
Таблица 2.1 - Расчет процесса горения
Наименование показателяСимвол, формулаЗначения?т=1,10?к=1,15?эк=1,2?эк=1,3123456Теоретический объем воздуха, m3/ m3Vв05,62Объем трехатомных газов, m3/ m3VRO21,00Теоретический объем азота, m3/ m3VN24,44Теоретический объем паров, m3/ m3V0H2O1,18Избыток воздуха, m3/ m3?Vв=(?-1)Vв00,5620,8431,1241,686Избыточный объем паров, m3/ m3?VH2O=0,016?Vв0,0090,0130,0180,027Реальный объем сухих газов, m3/m3Vс.г= VRO2+ VN2+?Vв6,0026,2836,5647,126Реальный объем паров, m3/ m3VH2O= V0H2O+?VH2O1,1891,1931,1981,207Общий объем газов, m3/m3Vг.г= Vс.г+ VH2O7,1917,4767,7628,333 Объемные доли трехатомных газовrRO2= VRO2/ Vг.г0,1390,1330,1280,12паровrH2O= VH2O/ Vг.г0,1640,1580,1520,142общиеrt= rRO2/rH2O0,8480,8420,8420,845Температура точки росы, 0Ctт.р=f(pH2O= rH2O)58575655Плотность газов, kg/m3?г=(?с+1,293??Vв0)/ Vг.г1,311,3121,3101,307
Рассчитываем энтальпию газов горения по формуле (1.9), принимая соответствующие значения температур в каждой части котла:
Расчеты представлены в Таблице 2.2.
Таблица 2.2 - Расчет энтальпии уходящих газов при различных температурах