1706

12

52°

Рис. 3. Поля расходов газа в зависимости от угла наклона и диаметра перфорированной трубы

Полученная экспериментальная зависимость (4, 5) доказывает, что наибольший расход газа достигается при горизонтальном расположении перфорированных труб.

В результате математической обработки опытных данных было получена экспериментальная зависимость разрежения от расхода газа и диаметра перфорированной трубы (рис.4), демонстрирующая, что увеличение значений разрежения в системе при увеличении расхода газа характерно только для диаметров перфорированных труб более 50 мм.

Результаты математической обработки результатов эксперимента по определению влияния на разрежение в системе расположения перфорированных труб относительно коллектора позволили получить зависимости (6 - симметричное,7 - шахматное) и установить, что шахматное расположение перфорированных труб относительно коллектора является предпочтительней.

p = 55,35 + 489,33l2отв -281,3lотв -100lотв . lкол + 31,68lкол , Па (6) р = 96,85 +415,11/l2отв - 336,77lотв +120,83lотв . lкол - 51,06l2кол + 26,89lкол , Па (7)

13

В результате исследования влияния соотношения диаметров перфорированной трубы и сборного коллектора получена экспериментальная зависимость (рис. 5), установившая, что наиболее устойчивый гидравлический режим наблюдается при отношении dmp /dKOJl = 0,45.

Р,Па

Рис. 4. Зависимость разрежения от расхода газа

Р,Па

Рис. 5. Зависимость разрежения от расстояния до отверстия при различном соотношении диаметров трубы и коллектора

На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработана методика определения оптимальных параметров системы

15

По разработанной методике рассчитан модуль системы сбора и утилизации биогаза (рис.7), извлекающий биогаз с площади полигона 1 га объемом 55 м3/ч.

Годовой эколого-экономический эффект от внедрения предложенной системы составил 425 тыс. рублей. Рентабельность данного предприятия составила 20%, срок окупаемости - 5лет. При одновременной работе пяти модулей срок окупаемости снижается до 2 лет, а рентабельность повышается до 53%.

товарный биогаз на производственные нужды

Рис. 7. Модуль системы сбора и утилизации биогаза на полигоне твёрдых бытовых отходов: 1 - перфорированные трубы, 2 - сборный коллектор, 3 - транспортирующий трубопровод, 4 - компрессорная станция, 5 - когенератор, 6 - гибкие вставки, 7 - узел подключения сборного коллектора к транспортирующему трубопроводу, 8 - транспортирующий трубопровод товарного биогаза

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе дано решение актуальной задачи по оптимизации систем сбора биогаза в целях обеспечения экологической безопасности на полигонах ТБО и получения экологически чистого газообразного топлива.

Основные выводы по работе:

1. Получены аналитические зависимости, характеризующие процессы истечение биогаза через отверстия и движение биогаза в перфорированных тру-

бах.

2. Получены экспериментальные зависимости, устанавливающие связь разрежения и расхода газа с параметрами системы: угол наклона, диаметр и длина перфорированной трубы, диаметр отверстия, отношение диаметра перфорированной трубы к диаметру сборного коллектора, отношение длины коллектора к его диаметру, расстояние между перфорированными трубами. Экспериментально установлено, что материал труб не оказывает существенного влияния на значения разрежения в системе сбора биогаза. Наибольший расход газа и разрежение достигается при горизонтальном расположении перфорированных труб. Наибольшее разрежение достигается при шахматном расположении перфорированных труб относительно коллектора. Рекомендуемое соотношение диаметра сборного коллектора и газосборной перфорированной трубы 2,2:1.

3.Установлены расчетные зависимости для определения потерь давления на трение и в местных сопротивлениях при движении двухфазного потока «биогаз - вода» путем сравнения с потерями давления при движении сухого газа с применением методики Фриделя.

4.По результатам теоретических и экспериментальных исследований разработана методика определения оптимальных параметров системы сбора биогаза, направленная на минимизацию вредного воздействия проектируемых полигонов ТБО на окружающую среду и получения экологически чистого газообразного топлива. По разработанной методике рассчитан модуль системы сбо-

17

pa и утилизации биогаза на полигоне ТБО площадью 1 га и производительностью 55 м3/ч.

5. Разработаны рекомендации по определению эколого-экономического эффекта от внедрения системы сбора и утилизации биогаза на полигоне ТБО. Для разработанного модуля эколого-экономический эффект составил 425 тыс.руб./год, срок окупаемости 5 лет, рентабельность - 20 %. При одновременной работе пяти модулей срок окупаемости снижается до 2 лет, а рентабельность повышается до 53%.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

т - коэффициент максимального расхода; k- показатель адиабаты; ωО - площадь сечения отверстия, м2; р0 - давление газа во внешней среде, Па; q - расход газа через отверстие, м3/с; п - количество рядов перфорации; i - количество отверстий в одном ряду перфорации; р - плотность газа в системе, кг/м3; р0 -

плотность газа во внешней среде, кг/м3; dmp- диаметр трубопровода, м; dотв -

диаметр всасывающего отверстия, м; р1 - давление газа в начале рассматриваемого участка, Па; р1-i - потери давления на трение до отверстия, Па; lкол - расстояние от конца коллектора, м; lотв - расстояние от коллектора до всасывающего отверстия; р - давление газа в системе, Па; а - угол наклона перфорированных труб, град; Q — расход газа в системе, м3/ч.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ефремова Т.В. Моделирование систем сбора биогаза на полигонах твердых бытовых отходов// VIII регион, конф. мол. исслед. Волгогр. обл. - Волгоград, 2004. - С. 21-23.

2. Экспериментальные исследования разрежения во всасывающих трубопроводах систем сбора биогаза на полигонах твердых бытовых отходов/ Е.Е. Мариненко, Т.В. Ефремова // Вестник ВолгГАСУ. - Волгоград, 2004. - Вып. 3(10). - С. 175-178.

3.Мариненко Е.Е., Ефремова Т.В., Черкасов А.В. Система сбора, транспортировки и утилизации биогаза на полигонах твёрдых бытовых отходов/ ЦНТИ. - Волгоград, 2004. - 4 с.: ил., ИЛ № 51-010-04.

4.Ефремова Т.В., Мариненко Е.Е., Экспериментальные исследования гидравлических режимов в трубопроводах для сбора биогаза на полигонах твердых бытовых отходов/ ВолгГАСА. - Волгоград, 2003. - 7 с.:- Деп. в ВИНИТИ, 28.10.03, № 1877-В2003.

5.Мариненко Е.Е., Ефремова Т.В. Оценка возможности использования биогаза при производстве керамических изделий // Ш Междунар. науч.-техн. конф. «Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций». - Волгоград, 2003. - С.82-84.

6.Моделирование процессов образования и сбора биогаза на полигонах твердых бытовых отходов. / Е.Е. Мариненко, Ефремова Т.В. // Изв. вузов. Сер. «Техн. науки». - Новочеркасск, 2003. - Прил. № 5. - С. 40 - 44.

7.Новые формулы для практических расчетов систем газоснабжения низкого давления/ Т.В. Ефремова // Вестник ВолгГАСА. - Волгоград, 2002. - Вып. 2(6).-С. 180-183.

8.Гидравлические режимы в трубопроводах для транспорта биогаза/ Е.Е. Мариненко, Т.В. Ефремова, М.Е. Горбунова// Вестник ВолгГАСА. - Волгоград, 2002. - Вып. 2(6). - С. 156-159.