CC BY
16
УДК 631.371:621.311:631.22
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПЕРЕВОДА ЖИВОТНОВОДЧЕСКОЙ ФЕРМЫ НА ЗАМКНУТЫЙ ЦИКЛ ПРОИЗВОДСТВА
Геннадий Николаевич Самарин, д.т.н., доцент Алексей Николаевич Павлов, к.т.н., доцент Марина Викторовна Зуб, к.э.н., доцент
ФГБОУ ВПО «Великолукская ГСХА», Россия, г. Великие Луки
В статье изложены обоснования актуальности и теоретические предпосылки для перевода фермы на замкнутые циклы по вентиляции и отоплению с очисткой и обеззараживанием воздуха; утилизации навоза с получением высокоэффективного удобрения и биогаза; производств на ферме из биогаза тепловой и электрической энергии.
Ключевые слова: энергетическая эффективность; животноводство; микроклимат в помещении; продуктивность; утилизация навоза; биогаз.
Фермы являются мощными источниками загрязнений окружающей среды и потребителями энергии: ежегодно из помещений животноводческих ферм РФ требуется удалять до 166 млрд. м водяных паров, 39 млрд. м3 углекислого газа,
33
1,8 млрд. м аммиака, 700 тыс. м сероводорода, 82 тыс. т пыли, патогенную микрофлору [1].
Для удаления вредностей, образующихся в животноводческих помещениях Российской Федерации, на вентиляцию ежегодно расходуется около 2 млрд. кВт-ч электроэнергии, на обогрев помещений -1,8 млрд. кВт-ч, 0,6 млн. м природного газа, 1,3 млн. т жидкого и 1,7 млн. т твердого топлива. Общие затраты энергии на микрокли-
мат составляют до 3 млн. т у.т. в год, что равняется 32% всей энергии, потребляемой в отрасли животноводства [1].
Несмотря на снижение общего потребления энергетических ресурсов в подотраслях животноводства сохраняется высокое удельное потребление энергии и других ресурсов на производство продукции, превышающее, по многим источникам, показатели западных стран в 2,5-3,5 раза [2].
С другой стороны, интенсификация животноводства создает пред-п осылки получения в больших количествах подстилочного и бесподстилочного навоза с влажностью 95-98%. Применение необработанного навоза на полях в качестве ор-
ИЗВЕСТИЯ ВЕЛИКОЛУКСКОИ ГСХА 2015 №2
ганического удобрения приводит к прямой угрозе загрязнения окружающей среды.
Поэтому после изучения соответствующей литературы и проанализировав приоритетное развитие того или иного направления по данному вопросу, мы остановились на биохимическом преобразовании органических отходов путем анаэробного сбраживания с получением сопутствующих продуктов - биогаза и высокопитательного органического удобрения (шлама). Переработка отходов сельского хозяйства в биогаз по существующим технологиям поз-
волит полностью заменить использование ископаемого топлива в этой отрасли.
Одним из вариантов решения задачи является перевод фермы на замкнутые производственные циклы (рис. 1): по вентиляции и отоплению с очисткой и обеззараживанием воздуха; утилизации навоза с получением высокоэффективного удобрения и биогаза; производство на ферме из биогаза тепловой и электрической энергии, что ведет к более рациональному использованию энергии и улучшению экологической обстановки вокруг фермы.
Рисунок 1 - Технологическая схема отопительно-вентиляционной системы, уборки и утилизации навоза с получением биогаза
Уборка и утилизация навоза (рис. 1), где потери азота не превышают 5%, осуществляется следующим образом: вначале навоз удаляется из помещения скребковыми транспортерами ТСН-160 и загружается в навозосборник, где происходит его отстаивание от посторонних механических включений. Из наво-зосборника насосом шнековым НШ-50-1 с измельчением исходная масса подается в реактор биогазовой установки, где навоз в анаэробных условиях (без доступа воздуха) сбраживается с выделением газа, который может использоваться в производственных и бытовых целях, масса навоза после брожения (шлам) поступает на переработку, а затем вывозится на поля.
Биогаз из газгольдера используется для производства тепловой и электрической энергии на дизель-генераторном агрегате ДГА-30, который работает на биогазотопливной смеси 6 кг дизельного топлива/ч на 10 м /ч биогаза. При таком соотношении получаем 50% энергии при сгорании дизельного топлива и 50% - биогаза (экономия энергии), так как низшая теплотворная способность биогаза - 25 МДж/м3, дизельного топлива - 42 МДж/кг, то в итоге получаем - 6 кг/ч топлива - 42 = 252 МДж/ч и 10 м3/ч биогаза • 25 = 250 МДж/ч. При этом производится 52,8 кВт • ч электрической энергии за час, которая подается на электрокалорифер СФ0Ц-60, где и подогревается наружный воздух, идущий на ферму.
Для повышения эффективности использования топлива в дизеле нами предлагается использовать дополнительно тепловую энергию выхлопных газов, для чего их направляют в разработанный нами рекуперативный теплообменник, где проходящий наружный воздух предварительно подогревается.
Также здесь используем разработанную нами ОВС, в которой наружный воздух в объеме 25% от нормы засасывается через теплообменник. Затем данная смесь воздуха дополнительно смешивается еще с внутренним воздухом (до норматива) и поступает в камеру орошения, где воздух очищается от вредных газов и пыли за счет их поглощения; потом он обеззараживается бактерицидными (ультрафиолетовыми) лампами разработанной нами установки и поступает на ТЭНы электрокалориферной установки СФОЦ, где нагревается, за счет чего уменьшается относительная влажность воздуха, и при помощи вентилятора посредством воздухораспределительной системы равномерно распределяется п о помещению. Дополнительно в помещении для стабилизации темп ературного поля в станках с животными применен локальный обогрев; из помещения внутренний воздух удаляется через шахты естественной вентиляции [3].
Для практической реализации перечисленных тенденций необходимы определенные экономические предпосылки, обусловливающие способность биогаза конкурировать
ИЗВЕСТИЯ ВЕЛИКОЛУКСКОЙ ГСХА 2015 №2
с природным топливом. Наличие таких предпосылок наиболее свойственно странам с интенсивным крупномасштабным характером животноводческих ферм.
Данные расчета теплового баланса телятника по исходной и проектируемой технологиям сведены в таблицу 1.
Таблица 1 - Расчетные значения тепловой мощности отопительно-вентиляционной системы телятника
Показатель Типовая технология Проектируемая технология
температура наружного воздуха, 0С
-25 -15 -2,6 -25 -15 -2,6
Тепловая мощность, Вт:
теряемая через стены 46036 34736 21276 46036 34736 21276
теряемая через пол 11753 8954 5485 11753 8954 5485
теряемая через перекрытие 17719 13500 8269 17719 13500 8269
теряемая через все наружные ограждения 75508 57190 35029 75508 57190 35029
расходуемая на подогрев наружного воздуха 106728 81323 49810 106728 81323 49810
расходуемая на испарение влаги 10121 10121 10121 10121 10121 10121
расходуемая на подогрев инфильтрующегося воздуха 22652 17156 10509 22652 17156 10509
выделяемая животными 62320 62320 62320 62320 62320 62320
получаемая от освещения 1600 1600 1600 1600 1600 1600
отопительной системы 151089 101870 41548 151089 101870 41548
Суточный расход энергии на отопление, кВт-ч/сут. 3 626,1 2 444,9 997,2 3 626,1 2 444,9 997,2
Производство электрической энергии из газо-топливной смеси, кВт-ч/сут. 0 0 0 602,5 602,5 602,5
Суточный энергетический баланс, кВт-ч/сут. 3 626,1 2 444,9 997,2 3 023,6 1 842,4 394,7
Экономия энергии за отопительный период (209 дней) за счет использования биогаза, кВт-ч 62 961,3
W, МДж/ч
700
600
500 400 300 200 100 0 -100 -200 -300
-30
-25
-20
-15
-10
-2,6
10
tH, "С
-старая технология проектируемая технология
Рисунок 2 - Энергетический баланс отопления телятника на 200 голов
при разных технологиях
Энергетический баланс старой и новой технологий представлен на рисунке 2. Здесь мы видим, что при 0 0С температуры наружного воздуха отопительно-вентиляци-
онная система телятника может работать на самообеспечении, а за отопительный период 209 дней можно сэкономить около 63 тыс. кВт-ч энергии.
0
5
Список литературы
1. Мишуров Н.П. Энергосберегающее оборудование для обеспечения микроклимата в животноводческих помещениях: науч. аналитический обзор / Н.П. Мишуров, Т.Н. Кузьмина. - М.: ФГНУ «Росин-формагротех», 2004. - 96 с.
2. Морозов Н.М. Резервы энергосбережения в животноводстве / Н.М. Морозов
// Энергосбережение в сельском хозяйстве: тр. 2-й Междунар. науч.-техн. конф. - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2000. - С. 35-38. 3. Самарин Г.Н. Энергосберегающая технология формирования микроклимата в животноводческих помещениях: дисс. ... д-ра. техн. наук: 05.20.02. - М.: ФГОУ ВПО МГАУ, 2009. - 358 с.
E-mail: [email protected]
182112 Псковская область, г. Великие Луки, пр. Ленина д. 2, Великолукская ГСХА. Тел.: (81153) 7-16-22
