Разработка энергосберегающих тепловых процессов и технических средств сельскохозяйственного производства, обеспечивающих высокоэффективное использование топливно-энергетических ресурсов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, доктор технических наук в форме науч. докл. Горбачев, Вячеслав Сергеевич

• Горбачев, Вячеслав Сергеевич
• доктор технических наук в форме науч. докл.
• 1998

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Горбачев, Вячеслав Сергеевич

Общие выводы и рекомендации:

1. В результате анализа состояния эффективности энергопотребления в тепловых процессах сельскохозяйственного производства выявлены резервы экономии топливно-энергетических ресурсов и сформулированы направления исследований. По оценкам автора потенциал энергосбережения в процессах тепло- и холодоснабжения сельхозпроизводства составляет не менее 35 млн. т.у.т. в год.

2. Применение метода оптимизации тепловых и аэродинамических показателей топливных теплогенерирующих установок по комплексному параметру оптимизации - коэффициенту электрической оснащенности обеспечивает минимальные удельные финансовые затраты при наиболее эффективном соотношении потребления топлива, электроэнергии и металла. Установлены расчетные зависимости для определения основных оптимальных тепловых, аэродинамических, геометрческих, конструктивных и экономических показателей топливных теплогенерирующих установок.

Оптимальные значения коэффициентов электрической оснащенности для паровых котлов низкого давления (до 0.07 МГпа) составляют (0,95 - 4) 10'3, для теплогенераторов - воздухонагревателей (1,1 - 3,2) 10"2. Выявлено, что меньшему времени годовой загрузки соответствуют более высокие значения коэффициентов электрической оснащенности,Это обеспечило повышение ЕСПД с 72-80% до 86-92%.

3. Разработаные методы и технические средства подготовки и сжигания газового топлива - автоматизированные блочные газовые горелки для котлов и теплогенераторов-воздухонагревателей- повысили КПД до96-98%

4. Выполнены исследования, разработана технологическая схема приме-чения и определены требования к газовым ПК- обогревателям, в системе микроклимата птицеводческих помещений. Было установлено, что для сельскохо-(яйственных помещений единичная мощность ИК - облучателя невысокая и ¡оставляет 2,3 - 2,5 кВт, что обуславливается низкой высотой помещений и геотехническими требованиями. Экспериментальные исследования показали, ^пользование газовых ИК- обогревателей в системе микроклимата птицевод-1еских помещений обеспечило снижение потребления газа на 48% и электро->нергии на 51%, по сравнению с системами на базе газовых теплогенераторов-юздухонагревателей.

5. Создана и внедрена в сельскохозяйственное производство энергосберегающая технология и технические средства комплексного тепло- и холодо-:набжения молочных ферм КРС. Применение этой технологии обеспечивает >азличные технологические схемы первичной обработки молока ледяной воюй для его охлаждения до температуры 4°С. Низкопотенциальное тепло пар-юго молока с помощью теплового насоса, типа ТХУ, используется для полу-[ения горячей водой трех температурных уровней (30 -35) °С, 45 °С , 60 °С для анитарно-технологических операций.

Значения коэффициентов преобразования тепловых насосов в разрабо-анных схемах составляет от 2,2 до 3. Это обеспечило сокращение энергоза-рат на первичную обработку молока в 2 - 2,5 раза и повышение КПИ электро-нергии с 0,285 до величины 0,627 - 1,02, по сравнению со схемами раздельно-о получения тепла и холода.

6. Разработана энергосберегающая система микроклимата и горячего во-оснабжения с экспериментальным комплектом оборудования, на базе тепло-ого насоса ТВВН-20, обеспечивающая использование низкопотенциальной нергии вентиляционных выбросов животноводческих ферм (на примере сви-арнике - откормочника).

Система микроклимата поддерживает оптимальную температуру в тече-ие круглого года. В зимний период теплонасосная установка обеспечивает на-зев приточного воздуха. В летний период тепловой насос может обеспечить чижение температуры в помещениях для содержания животных до наиболее изиологически благоприятных. В течении круглого года получается горячая эда для санитарно-технологических нужд фермы.

Значение коэффициента преобразования теплонасосной установки ТВВН 20 в системе использования низкопотенциальной энергии вентиляционных сбросов животноводческих ферм составляет 2,8, что обеспечивает сокраще-лс энергозатрат 2,5 раза, повышение КПИ электроэнергии с 0,285 до величи->1 0,79. Ожидаемый объем экономии ТЭР - 80 т. у. т. в год на один комплект 5орудования.

7. Применение энергосберегающей технологии комплексного теплохо-лодоснабжения летних лагерей и пастбищ КРС на основе энерготехнологических блоков полной заводской готовности ЭТБ-14 и ЭТБ-20 с тепловыми насосами обеспечивает охлаждение 4 и 6 тонн свежевыдоенного молока до температуры 4 °С в течении 2,5 часов после окончания дойки, а так же получения горячей воды трех температурных уровней (30 -35) °С, 45 °С , 60 °С . Помимо новых типов тепловых насосов (ТХУ-16 и ТХУ-20) с воздушным конденсатором в схеме используются водяные аккумуляторы тепла и холода, что увеличило в 3 раза количество тепла и холода вырабатываемого тепловым насосом, за счет чего парк тепловых насосов может сократиться в 3 раза.

Значения коэффициентов преобразования тепловых насосов ТХУ-16 и ТХУ-20 в энерготехнологических блоках полной заводской готовности ЭТБ-14 и ЭТБ-20 составляет 2,8, что позволяет повысить эффективность использования ТЭР в 2,5 раза и поднять КПИ с 0,3 до 0,79, обеспечив годовой объем экономии электроэнергии 78 и 135 Мвтч на одно изделие.

8. Разработанные методические положения определения энергетической эффективности интегрированных систем тепло- холодоснабжения сельхозпроизводителей использованы при разработке конкурсного проекта "Комплекс технических средств и технологического оборудования для энергоснабжения экологически чистой молочной фермы на 400 голов модульного размера с перспективной машинной технологией и использованием тепловых насосов, ге-лиоколлекторов, утилизацией биологического тепла животных и молока, вентиляционных выбросов, отходов животноводства, с производством высококачественных удобрений и 60% товарного биогаза". Проект разрабатывался в рамках Государственной научно-технической программы "Экологически чистая энергетика".

Система энергоснабжения комплекса позволяет снизить энергоемкость производства молока в 1,4 раза; заменить в системе теплохолодоснабжения фермы 80% дефицитных видов топлива на вторичные энергоресурсы и возобновляемые источники энергии. Годовой объем экономии ТЭР на один комплект - 320 т. у, т. КПИ повышен в 1,4 раза

9. Выполненные исследования интегрированной системы теплоснабжения дома-лаборатории показали, что за год общее количество электроэнергии, требуемое для ТНУ, 5,4 Мвт.ч, т.е. 25% тепловой нагрузки здания. Остальные 75% покрываются за счет энергии грунта. При использовании низкопотенциальной энергии грунта, КПИ системы возрастает с 0,3 до 0,9, что позволяет в условиях Московской области за счет применения энергии нетрадиционных источников тепла и улучшения теплоизоляционных характеристик зданий экономить около 40 Мвт.ч/год. тепловой энергии.

10. Разработано 30 и внедрено в сельскохозяйственное производство 21 эффективных теплогенерирующих устройств: топливных котельных, теплогенераторов, воздухонагревателей, автоматических блочных газовых горелок ГБГ для котлов и теплогенераторов, автоматическая газовая инфракрасная горелка для личных подсобных и фермерских хозяйств - ГИГ -ТВ, технические средства и энергосберегающие технологии комплексного тепло- и холодоснабжения сельскохозяйственного производства на основе использования тепловых насосов типа ТХУ.

Повышение КПД разработанного теплогенерирующего оборудования обеспечили экономию топлива в объемах 8 млн.т.у.т.; экономия металла - более 250 тысяч тонн за период 1990-1995гг.

Внедрение теплохолодильных установок позволило обеспечить экономию электроэнергии в объеме 1,2-1,3 млрд. кВтч в год.

Список основных научных трудов по теме диссертации.

1. Горбачев B.C., Елисеев H.H. Улучшение параметров теплогенерирую-щих установок.// Механизация и электрификация социалистического с.х.

1975, № 4, с.23-24.

2. Горбачев B.C. Оптимизация массы теплообменных поверхностей теп логенерирующих установок./Научн.тр. по электрификации с.х. ВИЭСХ, 1976 том 38, с.92-98.

3. Горбачев B.C. , Елисеев H.H. Оптимизация работы теплообменных ап паратов.// Механизация и электрификация социалистического с.х., 1976, № 9 с.21-24.

4. Горбачев B.C. Метод оптимизации теплогенераторов сельскохозяйст венного назначения. Научно-технический бюллетень электрификации с.х.

1976, №2 (29), с.49-53.

5. Горбачев B.C., Елисеев H.H. Методические рекомендации по оптими ¡ации теплогенерирующих установок для сельскохозяйственного производства VI. ВИЭСХ, 1978, 28 с.

6. Горбачев B.C. Исследование и оптимизация параметров теплогенери )ующих установок сельскохозяйственного назначения. Автореферат диссерта щи на соискание ученой степени кандидата технических наук (рукопись). М ЗИЭСХ, 1978, 18 с. .

7. Горбачев B.C., Данилов В.Р., Г.Л. Кашекова. Использование электро епловых насосов на животноводческих фермах./Энергетика животноводче :ких ферм./Научн.тр. ВИЭСХ., М., 1982.

8. Горбачев B.C., Цой Ю.А., Данилов В.Р., Г.Л. Кашекова. Исследование >ежимов работы тепловых насосов в линиях первичной обработки молока, "ез.докл. Ш-й Всесоюзной научно-технической конференции по холодильн. ишиностроению., г.Одесса, изд. ЦИНТИ Химнефтемаш, М., 1982.

9. Горбачев B.C., В.Л.Гольдман и др. Нормативы трудоемкости техниче-кого обслуживания и текущего ремонта теплотехнического оборудования ельскохозяйственных объектов. МСХ СССР, М., 1984.

10. Горбачев B.C. , В.Р. Данилов, Ю.А. Цой и др. Технология комплекс-ого тепло- и холодоснабжения линий первичной обработки молока, исполь-ующая низкопотенциальную энергию парного молока. /Тез. докл. на II-й Все-эюзн. конференции "Возобновляемые источники энергии ", г.Ереван, т.2, изд. ерноголовка, 1985, ИХФ АН СССР, с. 70. V

11. Горбачев B.C. Способы сбережения энергии в тепловых процессах животноводства/ Энергосберегающие технологии в сельскохозяйственном производстве. Научн. тр. ВИЭСХ, т.64, М., 1985, с.87-92.

12. Горбачев B.C. Удельные энергозатраты кормопроизводства в молочном животноводстве./ Механизация и автоматизация приготовления кормов. Научн.тр., т. 66, М„ ВИЭСХ, 1986, с.152-157.

13. Горбачев B.C., Колобов Н.Е. и др. Использование жидкого топлива утяжеленного фракционного состава. ВИЭСХ, НТВ по электрификации сельского хозяйства, вып.1 (56), М., 1986, с.29-32.

14. Горбачев B.C., Малюгин A.B. Использование нетрадиционных источников энергии для теплоснабжения сельского дома.// Гелиотехника, № 3, 1987, с.70-73.

15. Горбачев B.C., Краснокутский Ю.В. и др. Теплонасосная установка для ферм,//техника в сельском хозяйстве, № 7, 1987, с.28-30.

16. Горбачев B.C., Гольдман B.JI. и др. Техническое обслуживание и текущий ремонт теплотехнического оборудования агропромышленного комплекса. ГАПК СССР, М„ 1987, 1,5 п.л.

17. Горбачев B.C. Развитие сельскохозяйственной теплотехники. ВИЭСХ, "Энергопотребление в сельском хозяйстве", Научные труды, т.68,М.,1987,с.11-20.

18. Горбачев B.C., Колобов Н.Е., Беликов А.И. Применение паровых котлов на газовом топливе в системах теплоснабжения животноводческих ферм. /Промышленная теплоэнергетика, Ха 9, 1988.

19. Горбачев B.C. Демин A.B. Основные направления энергосбережения в теплоемких процессах сельскохозяйственного производства. /Энергосберегающие сельскохозяйственные тепловые процессы и системы технических средств. Научн. тр. ВИЭСХ, т.70, М„ 1988, с.3-17.

20. Горбачев B.C. Теплохолодильная установка. Сельскохозяйственный энциклопедический словарь. М. "Советская энциклопедия", 1989, с.536.

21. Горбачев B.C. Использование тепловых насосов на молочных фермах. СЭИ СО АН СССР "Энергосбережение и нетрадиционные источники энергии в сельской местности". Сб,научн. тр. первого Всесоюзного семинара по комплексным вопросам энергетики сельских районов. 23-26 авг.1988, г.Иркутск, 1989.

22. Горбачев B.C., Данилов В.Р., Цой Ю.А. Применение тепловых насосов для комплексного тепло-холодоснабжения молочных ферм и пастбищ. Научн.тр. ВИЭСХ, т.71, 1989, с.7.

23. Горбачев B.C. Проблемы развития и перспективы сельскохозяйственной теплоэнергетики. Тез. докл. научно-практической конф. "Научно-технический прогресс в агропромышленном производстве" 30.10-2.11.1990, г.Минск, М., 1990, с.168-171.

24. Горбачев B.C., Проблемы и перспективы развития сельскохозяйст-венной-теплоэнергетики.// Техника в сельском хозяйстве , № 6, 1991, с.5-7.

25. Gorbachov W.S. Trends for Saving Full-power Resurses in the Rurael Thermoenergetics in the USSR/|Proceedings of International Agricultural Mechanization conference Beijing, China, 16-20 October, 1991, IAMC,p.2-278.

26. Горбачев B.C., Соловьев E.H. и др. Энерготехнологические блоки полной заводской готовности ЭТБ-14 и ЭТБ-20 для первичной переработки и длительного хранения молока. /Тез. докл. научно-практич. конференц. "Сельскохозяйственная теплоэнергетика", М., 1992, с. 12-13.

27. Горбачев B.C. Использование энергосберегающих теплохолодильных установок в системах комплексного теплохолодоснабжения сельского хозяйства. /Общество "Знание РФ", Центральный Российский Дом Знаний, Сб. докл. Энерго- ресурсосберегающие системы теплохладоснабжения на промышленных и гражданских объектах, М.,1992, с.3-10.

28. Горбачев B.C. , Соловьев В.Н. и др. Эффективность внедрения энергосберегающей технологии обработки и переработки молока на животноводческих фермах на базе использования тепловых насосов. /Тез. докл. на Всесоюзной научно-технич. конференц. "Холод - народному хорзяйству", Л., 1991.

29. Горбачев B.C., Яценко А.П. Энерготехнологические блоки полной заводской готовности для теплохладоснабжения молочно-товарных ферм и малых цехов (ЭТБ-14, ЭТБ-20) /Тез. докл. на Всесоюзной научно-технич. конференц. "Холод - народному хозяйству", Л., 1991.

30. Горбачев B.C., Демин A.B., Тихомиров A.B. Комбинированное использование солнечной радиации и электрической энергии в часы пониженных нагрузок сельских электросетей. /Научно-практическая конференция "Научно-технический прогресс в АПК России", М., 1992.

31.Горбачев B.C., .Яценко А.П., Соловьев E.H. Энерго-технологические блоки полной заводской готовности для тепло-холодоснабжения молочнотоварных ферм и малых цехов ЭТБ-14 и ЭТБ-20. /Сб. докл. Международн. симпозиум. Автономная энергетика сегодня и завтра, 7-12 июня 1993, г.С-Петербург, с.80.

32. Горбачев B.C. Тихомиров A.B. Энергосбережение в тепловых процессах сельскохозяйственного производства и быта населения. /Сб. докл. Международн. симпозиум. Автономная энергетика сегодня и завтра,. 7-12 июня 1993, г.С-Пётербург, с.80.

33. Горбачев B.C., Каменецкий Б.Я., Кривццкая Ф.А. и др. Новые виды энергосберегающих технологий и топливно-энергетиченского оборудования в сельском хозяйстве ./Сб. докл. Научно-практич. конференции " Научно-технический прогресс в инженерной сфере АПК России", 26-27 окт, 1993.

34.Горбачев B.C. Энергосберегающие методы и технические средства комплексного тепло- и холодоснабжения сельскохозяйственного производства л быта. /Энергосберегающие технологии и технические средства в тепловых процессах сельскохозяйственного производства, Научн. тр. ВИЭСХ, т. 84, 1997, с.3-14.

35. A.C. № 549650, БИ №9, 1977 г. Передвижной теплогенератор. /Демин \.В., Меркулов П.В., Горбачев B.C./

36. A.C. № 836379, БИ №21, 1981. Устройство для разогрева двигателя внутреннего сгорания./ Горбачев B.C. Гавшин A.JL, Аюян Г.Я. и др./

37. A.C. № 877275, БИ №40,1981 г. Теплогенератор. /А.И. Малыхин, B.C. Горбачев, А.Л. Гавшин, И.В.Рыбин и Г.Я. Аюян/.

38. A.C. №916777, БИ №12, 1982. Теплогенерирующая установка. /Горбачев B.C., Гавшин А.Л., Готвянский Н.Ф. и др./

39. A.C. № 1118836, БИ № 38, 1984. Тепловой насос. /Горбачев B.C., Ан-тоненко Г.С., Демин A.B. и др./.

40. A.C. № 1131491, БИ № 48, 1984. Теплонасосная установка для термической обработки жидких пищевых продуктов./Горбачев B.C., Демин A.B. и др./

41. A.C. № 1134867, БИ №2, 1985. Теплогенератор ./Горбачев B.C., Гавшин А.Л. и др./

42. A.C. № 1183793, БИ № 24, 1985. Холодильная установка. /Горбачев B.C., Данилов В.Р., Демин A.B. и др./

43. A.C. № 1206578, БИ № 3, 1986. Тепловой насос. /Горбачев B.C., Ан-тоненко Г.С., Данилов В.Р., Демин A.B. и др./

44. A.C. № 1222994, БИ № 13, 1986. Холодильная установка с тепловым насосом. /Горбачев B.C., Бурлак A.C. и др./

45. A.C. № 1280281, БИ № 48, 1986. Способ работы теплового насоса в режиме нулевой холодопроизводительности. /Горбачев B.C., Антоненко Г.С., Цой Ю.А. и др./

46. A.C. № 1407193, БИ № 1, 1988. Холодильная установка ./Горбачев B.C., Данилов В.Р. и др./

47. A.C. № 1523114, БИ №22, 1989. Устройство для обогрева теплиц. /Горбачев B.C., Малюгин A.B., Кубышева Н.В./

48. A.C. № 1653663, БИ № 8, 1991. Установка для охлаждения моло-ка./Горбачев B.C., Мусин A.M., Марьяхин Ф.Г., Учеваткин А.И. и др./