Термические методы переработки органических отходов. Источники возобновляемой энергии
Покупка
Тематика:
Электроэнергетика. Электротехника
Издательство:
Санкт-Петербургский государственный аграрный университет
Год издания: 2016
Кол-во страниц: 182
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-85983-278-1
Артикул: 791019.01.99
Доступ онлайн
300 ₽
В корзину
Монография содержит теоретические основы и практические методы переработки органических отходов. Изложены научные принципы управления качеством природных и техногенных энергетических ресурсов. Разработаны научные основы методологии утилизации целлюлозосодержащих отходов и технологии получения возобновляемых энергетических ресурсов.
Книга адресована специалистам научно-исследовательских учреждений, инженерно-техническим работникам сельского хозяйства, обучающимся в высших учебных заведениях.
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Т.Ю. САЛОВА, Н.Ю. ГРОМОВА, Е.А. ГРОМОВА ТЕРМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ. ИСТОЧНИКИ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2016
Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный аграрный университет Т.Ю. САЛОВА, Н.Ю. ГРОМОВА, Е.А. ГРОМОВА ТЕРМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ. ИСТОЧНИКИ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГИИ М О Н О Г Р А Ф И Я САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2016
УДК 621.311.23/26 ББК 31.6 ISBN 978-5-85983-278-1 Салова Т.Ю., Громова Н.Ю., Громова Е.А. Термические методы переработки органических отходов. Источники возобновляемой энергии. - СПб.: СПбГАУ, 2016. - 182 с. Рецензенты: доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой Энергообеспечение предприятий и электротехнологии Беззубцева М.М.; доктор технических наук, профессор кафедры Электроэнергетика и электрооборудование Епифанов А.П. Монография содержит теоретические основы и практические методы переработки органических отходов. Изложены научные принципы управления качеством природных и техногенных энергетических ресурсов. Разработаны научные основы методологии утилизации целлюлозосодержащих отходов и технологии получения возобновляемых энергетических ресурсов. Книга адресована специалистам научно-исследовательских учреждений, инженерно-техническим работникам сельского хозяйства, обучающимся в высших учебных заведениях. ISBN 978-5-85983-278-1 © Т.Ю. Салова, Н.Ю. Громова, Е.А. Громова © СПбГАУ
ОГЛАВЛЕНИЕ Введение……………………………………………………….. 5 Глава 1. Мониторинг возобновляемых энергетических ресурсов… 7 1.1. Методология управлением качества природных и техногенных энергетических ресурсов………………………………………………... 7 1.1.1. Концепция стабильного развития биосферы……………….... 7 1.1.2. Мониторинг возобновляемых энергетических ресурсов……. 8 1.2. Методология оценки качества почвенно-биотической системы…………………………………………………………………. 17 1.2.1. Влияние почв на биохимические и физиологические функции растений ……………………………………………………. 17 1.2.2. Методология рекультивации почвенных ресурсов………….. 23 1.2.3. Мониторинг почвенных ресурсов…………………………….. 28 1.3. Характеристика природных и техногенных газообразных ресурсов………………………………………………………………….. 34 1.4. Использование возобновляемых энергетических ресурсов - перспективные направления развития энергетики России…………... 37 Глава 2. Физико-механические свойства энергетических материалов………………………………………………………………… 48 2.1. Методология переработки растительного сырья…………………. 48 2.1.1. Характеристика сырья и теоретические основы измельчения…………………………………………………………… 48 2.1.2. Оценка физических свойств и состава сыпучего сырья………………………………………………………………… 60 2.2. Теоретические основы диспергирования……………………….. 67 2.2.1. Состав и свойства дисперсных систем…………………...…... 67 2.2.2. Механизм образования связаннодисперсных систем……….. 75 2.2.3. Основные типы дисперсных систем………………………...... 81 2.3. Принципы моделирования сложных тел……………………….…. 87 2.3.1. Основы механики сплошных сред. Реология...…...………... 87 2.3.2. Механическое моделирование идеальных тел……………….. 95 2.3.3. Основы моделирования сложных тел………………………… 98 Глава 3. Теоретические основы методологии утилизации целлюлозосодержащих отходов…………………………………………. 106 3.1. Основные понятия методологии как науки. Принципы и подходы…………………………………………………………………... 106 3.2. Методология переработки целлюлозосодержащего сырья……… 108 3.2.1. Свойства и состав целлюлозосодержащего сырья…………... 111 3.2.2. Методы переработки целлюлозосодержащего сырья……... 119 Глава 4. Технологии получения возобновляемых энергетических ресурсов биоконверсией бытовых и промышленных отходов…… 137 4.1. Состав и процесс биоконверсии твердых отходов ……………… 137 4.2. Моделирование процесса биоконверсии твердых отходов и получения биогаза………………………………………….....………… 144
4.3. Оценка влияния параметров процесса биоконверсии твердых отходов на состав образовавшегося биогаза…………………..………. 160 4.4. Модульные системы энергообеспечения…………………………. 170 Глава 5. Системы энергообеспечения на базе газогенератора твердого топлива……………………………………………...…………... 188 5.1. Перспективы применения газогенераторов в энергетике………... 188 5.2. Развитие систем теплоснабжения на базе газогенератора……….. 196 5.3. Основы термодинамического анализа процессов тепломассопереноса в газогенераторе………………….……………… 200 Литература……………………………………………………………….. 216
ВВЕДЕНИЕ Одной из наиболее актуальных проблем современности является экономия энергетических ресурсов. Из всех видов вырабатываемой энергии наибольшее распространение получили – электрическая и тепловая энергия. Главным ресурсом для выработки электрической и тепловой энергии в стране в настоящее время является органическое топливо. В процессе хозяйственной деятельности происходит преобразование всех компонентов биосферы, при этом нарушаются сложившиеся связи между живыми организмами и средой их обитания. При потреблении природных ресурсов большая часть веществ не включается в биотический круговорот веществ, что приводит к истощению природных ресурсов, снижению качества окружающей среды и нарушению природных ландшафтов. Энергетика занимает третье место в промышленности по выбросам загрязняющих веществ от стационарных источников. Решение экологических проблем тепловой энергетики связаны с реализацией экологической политики РАО «ЕЭС России» на региональном уровне. Последствиями антропогенной деятельности является накопление промышленных, сельскохозяйственных и бытовых отходов, возрастает загрязнение окружающей среды, отчуждение и деградация ценных земель. В связи с этим большое внимание на современном этапе отводят мониторингу возобновляемых энергетических ресурсов – физическому, химическому, биологическому, почвенному. В ближайшей перспективе все большую часть прироста национальных потребностей России в топливе и энергии необходимо будет обеспечивать за счет мероприятий по энергосбережению. Энергосбережение - это не только внедрение технологий, позволяющих увеличить эффективность использования традиционных энергоносителей, но также и диверсификация энергобаланса за счет использования альтернативных источников энергии. Широкое использование возобновляемых источников энергии соответствует высшим приоритетам и задачам энергетической стратегии России. Приоритетные направления решения этой задачи
определены в Федеральном законе "О техническом регулировании", важнейшей целью которого является защита жизни и здоровья граждан, охрана окружающей среды и повышение уровня экологической безопасности промышленных объектов. Эффективность использования возобновляемых энергетических ресурсов (ВЭР) во многом определяется эффективностью использования техногенных отходов в качестве вторичного сырья для восстановления или частичной замены природных энергетических ресурсов. Эффективное использование всех без исключения видов ВЭР невозможно без применения наукоемких и нестандартных технологий, поэтому этот процесс следует относить к фактору научно-технического прогресса. В настоящее время, в том числе с экономической точки зрения, особое внимание уделяется созданию и применению когенерационных установок, представляющих собой оборудование для комбинированного производства электроэнергии и теплоты. В когенерационных установках применяются газопоршневые двигатели внутреннего сгорания, приспособленные к работе на биогазе, полученном при сжигании ВЭР. В новых условиях хозяйствования приоритетными направлениями являются создание материальной основы для совершенствования малой энергетики на органическом топливе и нетрадиционных источники энергии. В сравнении с традиционными системами более эффективна газовая микроэнергетика. Малые установки позволяют вырабатывать необходимое количество энергии в соответствии с текущими потребностями в непосредственной близости от потребителя. Они обладают высокой надежностью и малоинерционные. В работе представлены разработанные научно-обоснованная методология утилизации целлюлозосодержащих отходов, технологии получения возобновляемых энергетических ресурсов биоконверсией бытовых и промышленных отходов, комплекс мероприятий по моделированию и улучшению систем энергообеспечения на базе газогенератора твердого топлива. Содержание книги охватывает весьма широкий круг вопросов представляющих несомненный интерес и значимость для формирования профессиональной подготовки специалистов в области энергетики.
ГЛАВА 1. МОНИТОРИНГ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ Наука имеет много гитик 1.1. Методология управления качеством природных и техногенных энергетических ресурсов 1.1.1. Концепция стабильного развития биосферы Концепция ноосферного развития цивилизации третьего тысячелетия определяет устойчивое и динамическое развитие природных и техногенных систем, которое ориентируется на производство многофункциональных материалов, позволяющих перейти к новому типу управления и регулирования общественных процессов в планетарном масштабе. Методологической основой определения условий формирования и функционирования природных и техногенных систем является принцип экологической безопасности, основанный на всестороннем научном анализе, прогнозировании, ресурсосбережении и создании восстановительных технологий, позволяющих управлять взаимодействием человеческого общества со средой обитания. Проблема устойчивости, стабильности природной или техногенной экосистемы ставит задачу получения количественной оценки тех воздействий, которые могут нарушать устойчивость экосистемы. Такая оценка пределов устойчивости необходима для расчета максимально допустимых нагрузок (квот), превышение которых может привести к истощению природных ресурсов, к энергетическому кризису. Необходимость количественной оценки антропогенных воздействий привела к созданию систем регулярных наблюдений в пространстве и времени, дающих информацию о состоянии окружающей среды в целях оценки прошлого, настоящего и прогноза изменения параметров окружающей среды, т. е. мониторинга. Решение этих задач связано с проведением комплексных экспериментов по изучению пространственно-временных характеристик загрязнения атмосферы с учетом влияния метеорологических параметров, а также определения реального вклада в загрязнение окружающей среды отдельных источников загрязнения. Организацией постоянного
наблюдения за распределением вредных примесей и уровнем загрязнения окружающей среды занимаются службы экологического мониторинга [65]. 1.1.2. Мониторинг возобновляемых энергетических ресурсов Мониторинг возобновляемых энергетических ресурсов чрезвычайно важно проводить с учетом данных мониторинга «прошлого» биосферы, что позволит проследить динамику их образования в биосфере и определить время заметного воздействия на скорость их возобновления. Классификация мониторинга окружающей среды приведена на рисунке 1.1. Особое внимание уделяется импактному мониторингу – наблюдению в особо опасных зонах и местах, непосредственно примыкающих к источникам загрязнязнения, мегаполисам, устьям рек, озерам, водохранилищам; местам сброса сточных вод, животноводческим фермам; прибрежным акваториям морей и океанов и другим. Мониторинг «прошлого» биосферы позволяет установить время заметного воздействия на биосферу, начало глобального загрязнения. В процессе эволюции естественные загрязнители ассимилируются биосферой и образуют естественный фон загрязнений, который необходимо учитывать при оценке качества окружающей среды. В задачу глобального мониторинга входит выбор приоритетных параметров и объектов наблюдения биосферы. Мониторинг возобновляемых источников энергии предполагает учет запасов разнообразных форм энергии, оценку эффективности использования имеющихся запасов и норм потребления. В настоящее время 10 - 25% общего мирового потребления энергии приходится на биомассу (продукт фотосинтеза). Сложные природные системы требуют больше энергии, чем простые. При интенсивном наращивании биомассы сложных организмов требуется больше энергетических затрат. В противном случае такие системы будут функционировать крайне медленно. Использование естественных энергетических ресурсов (энергии солнца, ветра) в промышленности возможно в концентрированной форме. Теплотворная способность, например, нефти в 2-3 раза выше теплотворной способности сухой биомассы.
Рисунок 1.1 - Модель управления качеством возобновляемых ресурсов Предметом наблюдений физического мониторинга являются газообразные, жидкие и твердые реальные и потенциальные энергетические ресурсы, которые связаны с геофизическими параметрами биосферы, изменением климата (состояние лесов, почвы, отдельных ландшафтов, площадь суши и степень ее урбанизации, гидрологические параметры). Химический мониторинг осуществляет наблюдения за скоростью поступления, миграцией, трансформацией токсичных химических веществ в биосфере, включение их в естественный ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ РЕСУРСЫ Энергия Биомасса Локальный МОНИТОРИНГ Ветер Вода Полезные ископаемые Прошлого биосферы Импактный Почва Глобальный Региональный Химический Физический Биологический Безопасность Степень соответствия Потребление КАЧЕСТВО Фоновый Солнце
круговорот и трансформацию (нейтрализацию) веществ в биосфере. Особое внимание уделяют перемещению подвижных форм химических элементов из атмосферы в литосферу, гидросферу и пищевыми цепями. Под действием физических и химических факторов изменяется биологическая продуктивность природных экосистем и нарушается их стабильность. Наиболее сложным и трудоемким является биологический мониторинг, в котором наблюдения проводят за изменениями живых организмов (рождаемость, смертность, жизненный цикл, биохимические превращения) под воздействием экологических факторов. Нарушение гомеостаза экосистем под воздействием антропогенных факторов отражается на видовом составе сообществ и соотношении численности слагающих их видов. Биологический метод оценки состояния экосистемы позволяет решить задачи, разрешение которых с помощью физических и химических методов невозможно. Основой задачей биомониторинга является разработка методов и критериев адекватной оценки антропогенных воздействий и диагностирования ранних нарушений в природных и техногенных экосистемах. Превышение допустимых нагрузок на природные экосистемы приводит к истощению их энергетического потенциала, биологического разнообразия, что приводит к снижению скорости их восстановления. Значительная часть вредного воздействия связана с эксплуатацией энергетических установок. В среднем по России около трети всех отходов вывозится на несанкционированные полигоны и лишь около 5% токсичных отходов хранится в специально отведенных местах. Более 75% промышленных и бытовых отходов являются токсичными для окружающей среды и человека. Почвенный мониторинг имеет более общий характер и открывает больше возможностей для решения прогностических задач, так как почвенно-биотический комплекс является буфером между атмосферой и гидросферой. Почвы являются универсальным регулятором состояния стабильности природных экосистем и относятся к возобновляемым природным ресурсам. Почва – незаменимый природный ресурс, поскольку именно посредством живых организмов обеспечивает человека продовольствием, топливом, строительными материалами, сырьем для многих видов
промышленности. Плодородие почв относится к приоритетным параметрам почвенного мониторинга, оценивает состояние системы в целом, снижение которого указывает на ее деградацию. Восстановление плодородия в естественной природной среде требует сотен, тысячи лет. Техногенные потоки элементов, попадающие на поверхность почвы, задерживаются в верхнем горизонте или проникают внутрь почвы при нисходящем потоке почвенной влаги. Аккумуляция поступающих в почву химических веществ, их миграция и устойчивость почв к загрязнению (нарушение биогеохимических циклов) зависит от строения почвенного профиля, механического состава, содержания гумуса, кислотно-основных и окислительно- восстановительного потенциала почв, водного режима (таблица 1.1). Таблица 1.1 - Подвижность элементов в зависимости от условий среды Степень подвижно сти Условия среды Элементы Высокая Окислительные и кислые В, Br, I Нейтральные или щелочные В, Br, I, Mo, Re, U, V, W Восстановительные Br,I Средняя Окислительные и кислые Cs, Mo, Ra, Rb, Se, Si, Zn Кислые Ag, Au, Cd, Co, Cu, Hg, Ni Восстановительные, с переменным потенциалом As, Cd, Co, Cr, F, Fe, Ge, Mn, Nb, Sb, Sn, Tl, U, V Низкая Окислительные и кислые Ва, Be, Bi, Cs, Fe, Ga, Ge, La,Li, Th, Ti, I Нейтральные или щелочные Ва, Be, Bi, Ge, Hf, Та, Fe, Zr Очень низкая Окислительные и кислые Cr, Os, Pt, Rh, Ru, Та, Zr Нейтральные или щелочные Ag, Au, Cu, Co, Ni, Th, Ti, Zn Восстановительные Ag, B, Ва, Be, Bi, Co, Cu, Cs, Ge, Hg, Li, Mo, Ni, Ra, Re, Se,Zn, Zr Методы биологического мониторинга, широко используемые во многих странах (Германии, Франции, США, Японии и других), основываются на интегральных ответных реакциях живых организмов на антропогенное воздействие. Преимущество методов биотестирования состоит в универсальности, дешевизне, суммировании всех без исключения биологически важных изменений окружающей среды и отражении состояния окружающей среды в целом.
Доступ онлайн
300 ₽
В корзину