Технология утилизации многотоннажных отходов птицеводческой отрасли

Abstract

Целью исследований является выявление недостатков технологической схемы термической утилизации отходов птицеводства и расширение возможностей использования энергетического потенциала топливного газа и его эксергетической составляющей. Технологическая линия утилизации отходов птицеводства подвергается декомпозиции методом построения графов. Уравнения балансов (материальных и энергетических) как инструмент научных исследований использовались для определения источников низкопотенциальной энергии. Проанализировав открытые источники, выявили крупные центры образования отходов, тем самым обозначив их как центры внедрения наилучших инженерных решений по утилизации отходов, т. е. в данных районах предлагается размещение установок по термической утилизации помета птицы с получением топливного газа. Данные центры реализуют кустовой метод сбора и утилизации отходов. Проведя декомпозицию технологической схемы газификационной установки, выявили пути повышения энергетической эффективности, а именно использование части топливного газа на собственные нужды, а также отбор низкопотенциального тепла с помощью тепловых насосов для предварительного подсушивания исходного сырья. Определенный состав золы, достигающий 10–20 % от общей массы сырья, пригоден в качестве минерального удобрения. Решением транспортной задачи получены оптимальные логистические маршруты для доставки данного продукта до потребителей в границах региона. Выявленный избыток возможен к реализации на внешнем рынке минеральных удобрений. Газификационные установки позволяют снизить объем отхода до 80–90 % в зависимости от исходной влажности. При анализе внутренних связей в газификационной установке выявлены потенциальные возможности оптимизации по приходной части баланса, а именно по расходу энергоресурсов на собственные нужды. В частности, использование части топливного газа на подогрев установки и выработку пара, а также использование низкопотенциального тепла конденсата в тепловых насосах. В дополнение получаемая зола, в составе которой преобладают фосфор и калий, пригодна для внесения на сельскохозяйственные поля.

The purpose of the research is to identify the shortcomings of the technological scheme of thermal disposal of poultry waste and to expand the possibilities of using the energy potential of power gas and its exergetic component. The technological line for poultry waste disposal is decomposed using the graph construction method. The equations of balances (material and energy), as a tool of scientific research, were used to determine the sources of low-potential energy. After analyzing the open sources, large waste production centers were identified, thereby designating them as the centers for implementing the best engineering solutions for waste disposal, i.e. in these areas it is proposed to place the equipment for poultry manure thermal disposal to produce power gas. These centers implement a clustering technique of waste collection and disposal. Having carried out the decomposition of the gasification plant technological scheme, the ways to increase energy efficiency were identified, namely, partial application of the power gas for in-house needs, as well as the selection of low-potential heat using heat pumps for pre-drying of the feedstock. A certain ash composition, reaching 10-20% of the total weight of the raw material, is suitable as a mineral fertilizer. By solving the transport problem, optimal logistics routes have been obtained to deliver this product to consumers within the borders of the region. The identified excess is possible for sale on the foreign market of mineral fertilizers. Gasification plants can reduce the volume of waste up to 80-90%, depending on the initial humidity. When analyzing the internal relations in the gasification plant, potential optimization possibilities for the incoming part of the balance, namely, the consumption of energy resources for in-house needs, were identified. In particular, partial application of the power gas for heating the unit and generating steam, as well as using low-potential condensate heat in heat pumps. In addition, the resulting ash, which is dominated with phosphorus and potassium, is suitable for using it at agricultural fields.