Введение к работе
Актуальность проблемы. В современном развитии
сельскохозяйственного производства важными являются вопросы увеличения
энергоресурсов, а в животноводстве утилизация навоза. Одним из
перспективных способов утилизации навоза является анаэробное
сбраживание, позволяющее предотвратить загрязнение почвы, окружающего воздушного бассейна, а также получить продукты переработки навоза в виде органического удобрения и газообразного топлива - биогаза. Анаэробная переработка навоза ускоряет его разложение в 10 раз по сравнению с традиционным перепреванием в буртах. При этом может быть достигнута полная гибель гельминтов, болезнетворных микроорганизмов и семян сорных растений. Эксплуатационные затраты на профилактические мероприятия по защите окружающей среды от загрязнений и предотвращению заболеваний животных снижаются на 10-15%.
Поэтому проблема повышения эффективности биоустановок за счет получения оптимального количества биогаза, а также экологически чистых, жидких и твердых биоудобрений, безусловно, является актуальной.
Цель работы. Обоснование оптимальных параметров и режимов работы для повышения эффективности биоустановки при анаэробном сбраживании органической массы и комплексное получение тепловой и электрической энергии и биоудобрений.
Объекты исследования - техническая система (биогазовая установка), включающая теплообменники, для вторичного использования теплоты, и системы получения и использования биоудобрений.
Предмет исследования - эксплуатационные показатели биоустановки, и процессы вторичного использования теплоты и тепловой баланс этих систем.
Методы исследования. Задачи, поставленные в диссертационной работе, решались методами планирования эксперимента, математического моделирования, дисперсионного анализа и математической статистики. Разработанные частные методики полевых испытаний базировались на методах статистического и регрессионного анализа с использованием современных вычислительных средств.
Научная новизна работы заключается в следующих положениях, выносимых автором на защиту:
- математическая модель использования вторичных энергетических
ресурсов биоустановки;
алгоритм использования вторичных ресурсов для удовлетворения собственных нужд биоустановки;
- тепловой баланс биоустановки и расчет теплообменников;
математическая модель экономической эффективности биогазовой установки.
Практическая значимость работы. По результатам теоретических исследований разработаны:
- алгоритм расчета биоустановки с использованием вторичных
энергетических ресурсов;
технологическая схема системы использования вторичных энергетических ресурсов для поддержания оптимального режима анаэробного сбраживания органической массы, получения электро и тепловой энергии;
технологическая схема разделения и использования жидкой и твердой фракции биоудобрений и их использование;
установлено улучшение экологии окружающей среды при переработке органики в биоустановках;
- экономическая оценка использования технологии анаэробного
сбраживания органической массы в сельскохозяйственном производстве.
Результаты настоящих исследований могут быть использованы в научно-исследовательских, проектно-конструкторских и производственных организациях, занимающихся разработкой, проектированием и изготовлением биоустановок, в сельскохозяйственных предприятиях, а также в учебном процессе при подготовке инженерных и научных кадров.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены, обсуждены и были одобрены на научно-практических конференциях РГАЗУ в 2009...2010 г.г., на конференциях профессорско-преподавательского состава РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева в 2009...2010 г.г. Основные положения, вошедшие в работу, рассматривались на совместном заседании кафедр «Техническая механика», «Тракторы и эксплуатация МТП» и «Ремонт машин» РГАЗУ. Результаты исследований используются в учебном процессе на кафедре «механизация растениеводства» РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева.
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 7 статьях, в том числе, 4 - в центральных журналах, рекомендованных ВАК РФ, получен 1 патент.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка использованных литературных источников 149 наименований, из них 53 на иностранных языках, и приложения. Объем диссертационной работы составляет 158 страниц и содержит 34 рисунка и 20 таблиц.
