Біоенергетичний комплекс

Винахід стосується теплотехніки та може бути використаний при виробництві теплової енергії шляхом утилізації відходів біосировини, наприклад, відходів тваринницьких ферм у вигляді гною та відходів деревообробної промисловості. Відомими є комплекси для термохімічної газифікації біомаси [1] та виробництва біогазу [2] з метою отримання горючих газів та тепла. Такі комплекси містять газифікатори або реактори - ферментери для часткового окислення та бродіння біосировини відповідно, теплообмінні системи, а також системи підводу окислювача, очистки горючих газів. Недоліком відомих комплексів є високі енергетичні та капітальні витрати при їх використанні внаслідок використання однотипної сировини. Більш високу енергопродуктивність має відомий біоенергокомплекс [3], в якому для проходження ефективної ферментації та збільшення продуктивності процесу виробництва біогазу у реактор - ферментер вводять гарячі гази, які отримують при дегазації сміттєзвалища. Недоліком відомого біоенергокомплексу є низька ефективність процесу підігріву ферментера та високі капітальні витрати для отримання горючого газу та/або тепла. Найближчим за технічною суттю до комплексу, що заявляється, є відомий комплекс для переробки біомаси в біогаз, який обрано за прототип [4], та має наступні ознаки, спільні з ознаками пропонованого технічного рішення, а саме: - технологічно-послідовно з'єднані між собою котел для спалювання біосировини та біогазову установку; реактор - ферментер із заглибленою основою; пристрій для підігріву біомаси у вигляді патрубків для подачі гарячих газів у камеру, де розміщений ферментер; споживач для використання отриманих енергетичних продуктів у вигляді тепла та горючого газу. При роботі даного біоенергокомплексу, як і при роботі комплексу [3] використовують відходи різних типів: відходи тваринницьких ферм та, наприклад, тверді відходи біомаси, які спалюють в теплоагрегаті. Проте недоліком при виробництві тепла та горючого газу є невисока енергопродуктивність та мала ефективність роботи комплексу [4] внаслідок низької теплопередачі (по повітрю) тепла від димових газів, отриманих в теплоагрегаті, до реактора - ферментера, в якому продукують горючий біогаз. Крім того, підтримувати температуру в камері відомого комплексу на належному стабільному рівні, наприклад, 37°С-53°С, як того вимагає процес ферментації біосировини у ферментері проблематично. В основу винаходу поставлено завдання підвищення коефіцієнта корисної дії, енергопродуктивності біоенергетичного комплексу за рахунок більш повної та ефективної передачі тепла біогазовому ферментеру від котла та акумуляції цього тепла в камері, де розміщений котел. Поставлене завдання вирішується тим, що у біоенергетичному комплексі, який містить технологічно з'єднані котел для спалювання, наприклад, біосировини та біогазову установку з ферментером, заглибленим дном у камеру з основою, пристрій для підігріву біомаси у вигляді патрубків для подачі гарячих газів від котла у камеру, а також споживача для використання отриманих енергетичних продуктів у вигляді теплої води, гарячого та/або та горючого газу згідно винаходу, ферментер встановлений дном на теплопровідну пористу основу, в масив якої вмонтовано систему регістрів труб для підігріву основи та утилізації її тепла, причому регістри утилізаційних труб розміщені між перфорованим патрубком подачі гарячих газів від котла крізь основу до ферментера та патрубком підігріву основи теплою водою. Крім того, форма виконання системи регістрів труб для підігріву основи та утилізації її тепла повторює форму дна ферментера. В джерелах патентної та технічної інформації не виявлено нових признаків, що заявляються, а саме: - ферментер встановлений на теплопровідну пористу основу; - в масив основи вмонтовано систему з регістрів труб для підігріву основи та утилізації її тепла; - регістри утилізаційних труб розміщені між перфорованим патрубком подачі гарячих газів від котла крізь основу до ферментера; - регістри утилізаційних труб розміщені між патрубком підігріву основи теплою водою; - форма виконання системи регістрів труб для підігріву основи та утилізації її тепла повторює форму дна ферментера. Отже, можна стверджувати, що пропонований біоенергокомплекс для отримання тепла та горючих газів відповідає критерію "новизна". Причинно-наслідковий зв'язок між відрізняючими ознаками винаходу і технічним результатом, який буде досягнуто, полягає в тому, що: - встановлення ферментера дном на теплопровідну пористу основу, дозволяє покращити теплопередачу від нагрітого пористого масиву до ферментера і тим самим стабілізувати температурний режим в ньому; - розміщення в пористому масиві основи системи з регістрів труб е необхідним для підігріву основи та утилізації її тепла. Пропоноване розміщення труб сприяє підвищенню енергопродуктивності біоенергетичного комплексу; - розміщення регістрів утилізаційних труб між перфорованим патрубком подачі гарячих газів від котла крізь основу до ферментера сприяє ефективній утилізації тепла пористого масиву, нагрітого димовими газами; - розміщення регістрів утилізаційних труб між патрубком підігріву основи теплою водою сприяє ефективній утилізації тепла пористого масиву; нагрітого теплою водою; - виконання форми системи регістрів труб для підігріву основи та утилізації її тепла, яка повторює форму дна ферментера сприяє більш повному та рівномірному підігріву пористої теплопровідної основи. Крім того, відрізняючі ознаки нового біоенергетичного комплексу, характерне їх виконання та розміщення надають пропонованому комплексу нових властивостей, а саме підвищують енергопродуктивність та ефективність процесу отримання тепла та горючих газів, отже відповідають критерію "суттєві ознаки". Техніко-економічні та екологічні переваги нового технічного рішення полягають в тому, що при використанні біоенергетичного комплексу підвищують енергопродуктивність комплексу, а також утилізують різнотипні відходи промисловості та фізичне тепло димових газів, які попередньо отримують при газифікації та/або спалюванні біомаси. На фіг.1 схематично зображено біоенергетичний комплекс для виробництва тепла та горючих газів шляхом проведення послідовних термохімічних процесів газифікації біомаси, наприклад, відходів деревообробної промисловості та процесу ферментації біосировини - гною, як відходу тваринницьких ферм; на фіг.2 - схема біогазової установки (вертикальний розріз), яка розміщена в заглибній камері та встановлена на пористу основу з вмонтованою системою регістрів труб. Біоенергетичний комплекс містить технологічно та послідовно з'єднані котел 1 для спалювання, наприклад, біосировини, біогазову установку з ферментером 2, заглибленим дном в камеру 3 з теплопровідною пористою основою 4, а також споживача 5 (див. фіг.1) для використання отриманих енергетичних продуктів у вигляді теплої води, гарячого та/або горючого газу. В пористу основу 4 вмонтовано систему з регістрів труб 6 для її підігріву та утилізації тепла, причому регістри утилізаційних труб 7 розміщені в основі 4 між перфорованим патрубком 8 (див. фіг.2) подачі через газопровід 9 гарячих газів від котла 1 крізь основу 4 та трубою 10 для одночасного підігріву її теплою водою, яку подають в камеру 3, а також споживачу 5 по трубопроводі 11. При цьому форма виконання системи регістрів 6 труб для підігріву основи 4 та утилізації її тепла повторює форму дна ферментера 2. Біогаз відводять по газоходу 12, а димові гази після їх утилізації в камері 3 через вікно 13, яке має клапан та давач температури (на фіг.1 не показано) для підтримання її в камері 3 на рівні, що забезпечує вихід біогазу з максимальної теплотою згорання. Працює біоенергокомплекс наступним чином. Відпрацьовані гарячі гази, отримані в котлі 1 після спалювання, наприклад, відходів деревообробної промисловості поступають через газопровід 9 в камеру 3 з теплопровідною пористою основою 4, де розміщений ферментер 2. Виходячи з перфорованого патрубка 8, гарячі гази поступають в теплопровідну пористу основу 4, віддають їй своє тепло, проходять регістр 6 утилізаційних труб 7 і далі через вікно 11 виходять в атмосферу. Надлишок тепла в камері 3, що фіксують за давачем температури та за результатами аналізу біогазу, регулюють подачею холодної води в труби 7. Одночасно з гарячими газами, які виходять із котла 1, в камеру 3 по трубопроводі 10 подають теплу воду, отриману в котлі 1, і яка разам з газами нагріває основу 4. Завдяки теплопередачі нагрівають заглиблений в основу 4 ферментер 2 з біосировиною. Тепла вода поступає також до споживача 5. В залежності від потреб споживача регулюють подачу теплої води у камеру 3. Наприклад, коли у споживача 5 є попит на теплу воду, її подачу у камеру 3 обмежують, і останню нагрівають гарячими газами. В протилежному випадку, гарячі гази, отримані в котлі 1, випускають в атмосферу, а необхідну температуру в камері 3, а значить і оптимальну теплоту згорання біогазу, доводять за допомогою теплої води. Техніко-економічні та екологічні переваги технічного рішення полягають в тому, що при використанні пропонованого біоенергетичного комплексу підвищуються енергопродуктивність та рентабельність процесу спалювання, а також утилізуються відходи біосировини. Таким чином, пропоноване технічне рішення дозволяє виконати поставлену задачу. Література: 1. Обор технологий газификации биомассы /Г.Г.Гелетуха, Τ.Α.Железная //Экотехнологии и ресурсосбережение. -1998. -№2. -С.21-29. 2. Деклараційний патент України №37959 А, МПК7 C02F11/04. Біогазова установка. //Опубл.15.05.2001р., Бюл. Пром. власн. -2001. №4. 3. Деклараційний патент України №56592 А, МПК7 E21F17/16, F23G5/34. Спосіб формування біоенергокомплексу // Опубл. 15.05.2003р., Бюл. Пром. власн. -№5. 4. Авторское свидетельство СССР №1512933, кл. С02F3/28. Устройство для переработки биомассы в биогаз и шлам. // Опубл. 07.10.89., Бюл. №37. -прототип.