10870

При попадании биогаза определенной концентрации в легкие на некоторое время, возможен риск летального исхода из-за удушья или отравления. В неочищенном от серы биогазе, содержащийся в нем сероводород оказывает сильное токсическое действие. Очищенный от серы биогаз также может привести в некоторых случаях к смерти человека. Биогаз легче воздуха, но имеет склонность к расслоению и именно по этой причине попадание биогаза в дыхательные пути представляет опасность. В соединении с воздухом он становится взрывоопасным при смешивании в соотношении 1:8-20 частям воздуха.

Рис.1. Продукты производства биогаза

При применении в сельскохозяйственном производстве к биогазовому газгольдеру предъявляют не слишком обременительные требования, из которых самым главным является - сохранение постоянного минимального давления. Слишком большое предварительное давление можно в конкретных случаях регулировать с помощью редукционного клапана. Минимальное рабочее давление должно быть в пределах 0,7- 1,0 кПа для бесперебойной работы газовых приборов. Поскольку бактерии производят биогаз непрерывно и вне зависимости от давления в системе, давление в газгольдере и без дополнительного сжатия может быть до нескольких десятых мегапаскаля.

Кроме реактора и газгольдера между ними и потребителями размещается дополнительная аппаратура: гравийный фильтр для защиты от обратного удара пламени, газоосушитель - для удаления влаги, десульфитатор - для удаления сероводорода, а также в отдельных случаях редукционный клапан.

220

Рис.2. Принципиальная схема биогазовой установки

Перспективы

Биогазовые установки могут устанавливаться в качестве очистных сооружений на фермах, птицефабриках, спиртовых и сахарных заводах, а также мясокомбинатах. Такая установка может заменить ветеринарносанитарный завод для утилизации падали в биогаз вместо переработки её в мясо-костную муку.

ВИндии с 1981 года было установлено 3,8 млн. малых биогазовых установок.

Вконце 2006 года в Китае действовало около 18 млн. биогазовых установок. Их применение позволяет заменить 10,9 млн. тонн условного топлива. [2]

ВСША выращивается около 8 млн. коров. Биогаза, получаемого из их навоза, будет достаточно для обеспечения топливом 1 миллиона автомобилей на биотопливе. [3]

Россия ежегодно накапливает до 300 млн. т в сухих органических отходов: 250 млн. т в с/х производстве и 50 млн. т в виде твердых бытовых отходов. Эти отходы являются сырьём для биогаза, потенциальный объём которого ежегодно может составить 90 млрд. м³. [4]

Для нашей страны наиболее актуальной проблемой является разработка нормативно-технической документации относительно эфективного сбора и проектирования установок по производству биогаза.

Внастоящее время всё ограничивается методическими рекомендациями, а

221

также технологическими регламентами, носящими дополняющий и рекомендательный характер.

Литература

1.Баадер В., Доне Е., Бренндерфер М. Биогаз: теория и практика (Пер. с нем. и предисловие М.И.Серебряного.) / В. Баадер- М. Колос, 1982

-148 с.

2.«Энергетическое чудо Китая может стать и украинским» [Электронный ресурс] : [сайт об энергосбережении и возобновляемых источниках энергии]. – Режим доступа : http://uaenergy.com.ua/page/about

3.Biomethane from Dairy Manure Could Power 1M Cars in the US. 11 October 2005 // Green Car Congress [Электронный ресурс] : [сайт об

твердых бытовых отходов Отдел научно-технический информации АКХ Москва 1990 [Электронный ресурс] : [журнал международная биоэнергетика]. - Режим доступа http://www.infobio.ru/

Трефилова Д.С., Капанадзе И. А., Семикова Е.Н.

(ФГБОУ ВО Нижегородский государственный архитектурностроительный университет)

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕРМОМАСЛЯНЫХ КОТЛОВ В ХЛЕБОПЕКАРНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

В настоящее время в хлебопекарном производстве все чаще стали использовать хлебопекарные термомасляные печи с термомaсляным обогревом. Источником тепловой энергии для таких печей служат термомасляные котлы, позволяющие присоединить несколько печей к одному источнику тепла. Для переноса тепловой энергии между котлом и печью служит теплоноситель – термомасло с рабочей температурой 290– 300 °С.

Термомасло (или высокотемпературный органический теплоноситель – ВОТ) является продуктом глубокой переработки нефти с последующей дистилляцией, который имеет низкую температуру замерзания и достаточно высокий температурный предел.

222

Термомасляный котел представляет собой компактный тепловой генератор, который работает на жидком, газообразном углеводородном топливе или на электроэнергии, смонтированный в одном корпусе с циркуляционным насосом и горелкой. Термомасляный котел может быть представлен в компактном и промышленном исполнении. В компактном исполнении панель управления находится непосредственно на корпусе котла, в промышленном исполнении приборы управления расположены отдельно от агрегата и могут находиться на удалении от него, что позволяет осуществлять диспетчеризацию и повысить уровень автоматизации производства.

Термомасляные котлы обычно устанавливаются за пределами помещения пекарни в котельных залах. Один центральный генератор тепла (ЦГТ) может обеспечивать теплоносителем сразу несколько печей с термомaсляным обогревом. Это создает дополнительное преимущество использования термомасляной системы: для эксплуaтaции группы печей требуется лишь один генератор тепла с одной горелкой и одним гaзоходом. К тому же несколько ЦГТ могут быть объединены в одну систему.

Рассмотрим принцип работы термомасляных котлов (см. рис. 1). Нагрев в хлебопекарных печах осуществляется посредством системы радиаторов, заполненных нагретым термомаслом. Подобно системе центрального отопления имеется котёл, который нагревает термомасло до заданной температуры, и затем нагретое масло подается по трубопроводу в несколько хлебопекарных печей. Циркулирующее в этом контуре термомaсло обеспечивает печи требуемым количеством тепловой энергии

взависимости от режима работы печи.

Втермомасляные печи масло подаётся по трубопроводу к нижним радиаторам, расположенным под керамическими подами, а также к верхним радиаторам, отапливающим напрямую пространство пекарной камеры. За счёт этого мягкое тепловое излучение воздействует сверху и снизу на выпекаемые изделия. Своими свойствами термомасло обеспечивает эффективную передачу тепловой энергии излучением и одновременно аккумулирует тепло. Минимальная разность между температурой теплоносителя и температурой в камере выпекания составляет 15-20°С, это позволяет выпекать хлебобулочные изделия с использованием равномерного лучистого тепла.

Согласно [1] для обеспечения требований безопасности и гигиены в термомасляном контуре вне котельного помещения должен быть установлен специальный бак для опорожнения системы и котлов от теплоносителя. Сливные линии должны обеспечивать беспрепятственный слив теплоносителя самотеком и полное удаление его из котла. Бак для слива термомасла из системы используется также для хранения термомасла во время профилактических или ремонтных работ.

223

Рис.1 Принцип действия термомасляной системы 1-термомасляная печь; 2-термомасляный котел; 3-расширительная емкость;

4-сливная емкость.

Вцелях обеспечения избыточного давления, исключающего возможность вскипания теплоносителя в котле и в верхней точке внешней циркуляционной системы, должны применяться поддавливание теплоносителя инертным газом или установка расширительного сосуда на необходимой высоте. Геометрический объем расширительного сосуда должен быть не менее чем в 1,3 раза больше приращения объема жидкого теплоносителя, находящегося в котле и установке, при его нагреве до рабочей температуры. [1]

Расширительный сосуд обеспечивает компенсацию температурного расширения теплоносителя, которое может составлять 20% от объема термомасла в системе, также он служит для создания подпора на дегазатор, чтобы выдавить газообразные фракции в расширительную емкость. Устанавливается он в высшей точке установки, как минимум на 1 м выше системы трубопроводов (иногда его ставят на крышу). Расширительный сосуд сообщается с атмосферой с помощью вентиляционного патрубка и должен быть оснащен указателем уровня жидкости, манометром и предохранительным устройством от превышения давления сверх допускаемого значения.

Рассмотрим преимущества использования термомасляной технологии.

Втермомасляных хлебопекарных печах происходит оптимальное распределение тепла, обеспечивается эффективная и мягкая передача тепла излучением, благодаря этому продукция, выпеченная в термомасляной печи, обладает более высоким качеством.

224

При низком давлении термического масла обеспечивается быстрое и точное регулирование температуры (с точностью до 0,5-1,0 °C) технологического процесса, что является обязательным условием во многих случаях для обеспечения равномерного нагрева продукта.

Термомасло, как теплоноситель, обладает большой теплоемкостью и имеет высокий коэффициент теплоотдачи, что обеспечивает быстрый нагрев печи и высокую тепловую стабильность. Это помогает избежать подгорания выпекаемой продукции.

В сравнении с паровыми системами, где происходит отложение минералов на стенках трубопроводов и скопление твердого осадка, при использовании термомасляной технологии отсутствует процесс коррозии в трубопроводах и поверхностях нагрева. Термомасло не является агрессивной средой, поэтому змеевик котла, трубопровод и оборудование, использующее энергию термального масла, не окисляются.

Термомасло не нуждается в предварительном изменении химического состава (в сравнении, например, с водоподготовкой для производства пара), поэтому отпадает необходимость в водно-химическом режиме, системах деаэрации и конденсации, что дает значительную экономию капитальных затрат – до 15-20 %. Снижение тепловых потерь на деаэрацию, конденсацию пара, на охлаждение и потери конденсата при продувках повышает коэффициент полезного действия агрегата.

Одно из главных преимуществ термомасляной системы перед традиционными паровыми заключается в том, что термомасло в отличие от воды имеет более высокую температуру кипения, благодаря этому существует возможность получать теплоноситель с высокой температурой при низких давлениях. Это уменьшает стоимость основного оборудования, так как нет необходимости использовать оборудование высокого давления, поэтому использование термического масла в качестве теплоносителя для передачи тепловой энергии является более предпочтительным, по сравнению с паром.

К недостаткам использования термомасляных котлов для передачи тепловой энергии можно отнести высокую пожарную опасность. При выбросе в помещение горючей жидкости, перегретой выше температуры вспышки, она начинает вести себя как легковоспламеняющаяся жидкость, это создает возможность взрыва. Пар, при всех его недостатках, является взрывопожаробезопасным. Еще один недостаток − высокая стоимость арматуры, которая находится в непосредственном контакте с термомаслом. Необходимость в регенерации термомасла также создает дополнительные проблемы, связанные с его использованием.

Таким образом, можно сделать следующие выводы. Использование термомасляных котлов в хлебопекарном производстве позволяет повысить энергетическую и экономическую эффективность производства. Однако применение термомасла в качестве теплоносителя в теплопередающих

225

системах должно осуществляться при строгом соблюдении правил техники безопасности.

Литература 1. Правила промышленной безопасности опасных

производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением: Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности: утв. Приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 25.03.2014 г. №116: дата введ. 22.12.2014 г. - М.: Бюллетень нормативных актов федеральных органов исполнительной власти № 38, 2014. – 256 с.

Степанов К.Н., Седнев Д.Е., Хамзина З.А.

(ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»)

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗДЕЛИТЕЛЯ В СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ОДНОКВАРТИРНЫХ ЖИЛЫХ ДОМОВ

В настоящее время в нашей стране проблема создания энергоэффективных систем обеспечения параметров микроклимата в одноквартирных жилых домах является довольно актуальной. Отсутствие нормативной базы в области поддержания расчетных микроклиматических параметров для данных объектов вынуждает при проектировании внутренних сетей отопления и вентиляции использовать методом корреляции имеющиеся нормативные источники и методические пособия, предназначенные для многоквартирных жилых домов и общественных зданий.

Основной конструктивной особенностью активных систем обеспечения параметров микроклимата одноквартирных жилых домов является использование бытовых теплогенераторов (котлов), работающих, как правило, на газообразном или твердом топливе. Многими заводамиизготовителями котельного оборудования в директивном порядке рекомендуется использовать в местах входа и выхода теплоносителя из теплогенератора гидравлический разделитель, или, как его ещё называют, «гидравлическую стрелку».

Гидравлический разделитель конструктивно и технологически представляет собой участок трубы круглого или прямоугольного сечения,

226

расположенный вертикально или горизонтально (как правило, предпочтение отдается именно вертикальному расположению), устанавливаемый между контуром котла и контурами потребителей теплоты. В верхней части устанавливается автоматический воздухоотводчик, а в нижней части – кран для удаления шлама. С двух сторон разделителя располагаются патрубки котлового контура Т1 и Т2 и патрубки потребителей Т3 и Т4, соответственно (рис. 1). Некоторые заводыизготовители устанавливают внутри «гидравлической стрелки» сетчатые фильтры: на верхней сетке должен сепарироваться воздух, на нижней должен отделяться шлам.

Целью проведенных исследований являлось определение целесообразности применения «гидравлической стрелки», а также определение ее влияния на поддержание расчетного гидравлического режима потребителей теплоты. Для этого, авторами были проанализированы три основных гидравлических режима внутренней системы теплоснабжения одноквартирного жилого дома, оборудованной гидравлическим разделителем, представленных на рис. 2.

Рис. 1. Конструктивная схема присоединения гидравлического разделителя к теплогенератору (котловой контур) и потребителям теплоты (контур абонентов)

одноквартирных жилых домов

Рис. 2. Основные гидравлические режимы внутренних систем теплоснабжения одноквартирных жилых домов, оборудованных гидравлическими разделителями:

а– при равенстве расходов котлового контура и контуров потребителей теплоты;

б– при расходе контура потребителей теплоты большем, чем расход контура котла;

в– расходе контура котла больше расхода контура потребителей

227

Рассмотрим каждый из характерных вариантов по отдельности. Случай 1 (рис. 2а). Данный вариант невозможен в связи с тем, что

даже при равенстве расходов котлового контура и контура потребителей теплоты, как только в одной из частей системы внутреннего теплоснабжения закроется термоголовка или же включится насос емкостного водонагревателя (или любой другой насос), это равенство потеряет свою силу.

Случай 2 (рис. 2б). Данный вариант ведет к ряду негативных последствий и его не стоит допускать ни при каких условиях. Например, котел выдает 40 л/мин теплоносителя, а контурам потребителя требуется 120 л/мин (иначе говоря, теплоноситель в количестве 40 л/мин с температурой 60 °С котел забирает себе, а остальной теплоноситель в количестве 80 л/мин контур потребителей заберет из обратного трубопровода, который пришёл из системы теплоснабжения в гидравлический разделитель. Однако, теплоноситель из обратной магистрали приходит с температурой Т4 = 40 °С, и следовательно, 1/3 части теплоносителя с температурой Т1 = 60 °С и 2/3 части теплоносителя с температурой Т4 = 40 °С обеспечат в подающей магистрали температуру в подающей магистрали всего Т3 = 47 °С, вместо расчетного значения 60 °С. Таким образом, при поднятии температуры на выходе из котла до Т1 = 80 °С, разница между подающей и обратной магистралью будет составлять более Т1-2 = 30 °С, что приведет работе теплогенератора в конденсационном режиме (при требованиях заводов-изготовителей современных котлов Т1-2 ≤ 20 °С). Все это приводит: во-первых, к образованию конденсата на стенках камер сгорания (а в последствии, неисправимой поломке котла); во-вторых, работа котла на повышенных температурах при условии невозможности подачи теплоносителя определенной температуры вследствие постоянного подмеса в гидравлическом разделителе.

Случай 3 (рис. 2в). Данный вариант имеет положительные стороны ввиду подогревания частью теплоносителя из подающей магистрали обратной магистрали, что благоприятно сказывает на работе котла.

Заключение. Гидравлический разделитель представляет собой элемент внутренней системы теплоснабжения, который не вносит в систему существенных инноваций [1, 2], и его применение не является мероприятием по повышению энергоэффективности активными системами обеспечения параметров микроклимата.

Литература

1. Villiant. Материалы для проектирования: системы отопления с напольными котлами, 2016, №18/4/2016.

228

2. Viessmann. Материалы для проектирования. Система отопления и горячего водоснабжения дома с использованием настенного газового конденсационного котла Viessmann, 2015.

Голубь В. Д., Селезнев В. М., Данченко М. Ю.

(ФГАОУ ВО "Национальный Исследовательский Нижегородский Государственный Университет Им. Н.И. Лобачевского")

РАЗРАБОТКА ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ПАССИВНЫХ МИКРОПОЛОСКОВЫХ ОТРАЖАТЕЛЕЙ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ПЛАНАРНЫХ АНТЕННЫХ СИСТЕМ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ДЛИН ВОЛН

В настоящее время миллиметровый диапазон длин волн находит широкое применение в телекоммуникационных системах.

С постоянно растущим количеством пользователей требуется увеличивать пропускную способность систем связи. Наиболее перспективным способом решения данной проблемы является использование миллиметрового диапазона в задачах передачи информации. Высокие несущие частоты (от 30 до 300 ГГц) позволяют использовать широкие полосы, порядка нескольких ГГц, для передачи больших объемов данных на высоких скоростях. Для реализации систем, работающих в данном диапазоне, требуется разработка и проектирование новых приемно-передающих устройств, неотъемлемой частью которых являются антенны.

Современный уровень развития технологий производства многослойных печатных плат привели к распространению антенных систем, построенных на основе пассивных микрополосковых отражателей. Совмещая в себе преимущества отражательных антенн, а также фазированных антенных решеток, такие антенны имеют относительно небольшую стоимость изготовления, упрощенную систему питания, малые габаритные размеры и вес.

Отдельная ячейка пассивного микрополоскового отражателя состоит из тонкой плоской металлической пластины (патча), расположенной на малом расстоянии от экранирующей плоскости. Пространство между проводниками заполняется диэлектриком. Размер и форма патча определяют фазу отраженной волны [1]. Используя это свойство, можно сформировать набор элементарных отражателей, преобразующих сферический фазовый фронт первичного излучателя в плоский. В данной работе рассматривается квадратная форма патчей. Такой выбор

229