Біоенергетична установка

Реферат: Біоенергетична установка містить послідовно з'єднані блок підготовки, в якому розміщені подрібнювач і теплообмінник, кислотний і метановий реактор з теплообмінниками, приймач забродженої біомаси. Виходи реакторів з'єднані з входом газгольдеру за допомогою трубопроводів, один вихід газгольдеру з'єднаний трубопроводом з першим входом моторгенератора, другий - трубопроводом з пальниками газового казана. Один вихід газового казана з'єднаний трубопроводами з першими входами теплообмінників, другий - трубопроводом з мотор-генератором, другі входи теплообмінників з'єднані з виходом автоматичної системи керування. Додатково установка оснащена камерою компостування, встановленою між метановим реактором і приймачем забродженої біомаси і з'єднаною з мотор-генератором холодними кінцями мінімум трьох теплопередавальних трубок, розташованих у шаховому порядку. UA 94973 U (54) БІОЕНЕРГЕТИЧНА УСТАНОВКА UA 94973 U UA 94973 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до екологічної безпеки та екосанітарії й може бути використана для переробки й утилізації органічних побутових відходів, а також природної органіки для виробництва біогазу. Відома біоенергетична установка, що містить метантенк із водяною сорочкою, теплоізоляцією, мішалкою, завантажувальним і вивантажними патрубками, трубопроводи для відводу біогазу, електроводонагрівач, трубопроводи подачі біогазу й газгольдер [1]. Недоліком відомого біоенергокомплексу є неможливість забезпечення стабільного обігріву субстрату бродіння й забезпечення гарантованого мінімуму енергопостачання локальних енергоспоживачів в умовах відсутності централізованого джерела електричної енергії, оскільки кількість теплоти, що надходить на землю із сонячним випромінюванням, різко коливається залежно від місцевих кліматичних умов. Відома біоенергетична установка, що містить камери кислого й лужного шумування, повідомлену з нею по біогазу і бражці камеру метанового шумування у вигляді вертикального корпусу з горизонтальними суцільними і перфорованими перегородками, що утворюють дуттьові секції, сполучені з нагнітачами, що і мають переливні склянки та мобілізаційну насадку, повідомлений з нижньою секцією камери метанового шумування інерційний мікрофільтр і дезінтегратор, сполучений по біомасі метаногенів з мікрофільтром, а по дезінтеграту - з верхньою секцією камери метанового шумування [2]. Недоліком цієї установки є низький ступінь використання біогенних елементів живлення (вуглець, азот, фосфор, мікроелементи, вітаміни) після бродильного залишку, що знижує ефективність роботи установки. Відомий біоенергокомплекс із використанням сонячної енергії для обігріву бродильної біомаси, що містить метантенк із системою завантаження й вивантаження біомаси, сонячний колектор із трубопроводами [3]. Недоліком відомого біоенергокомплексу є неможливість забезпечення стабільного обігріву бродильного субстрату в умовах відсутності централізованого джерела електричної енергії, оскільки кількість теплоти, що надходить на землю із сонячним випромінюванням, різко коливається протягом доби, року, а також залежно від місцевих кліматичних умов. Відома біоенергетична установка по переробці й утилізації органічних відходів, яка здійснюється шляхом спалювання їх у котлоагрегатах [4]. Недоліком цієї установки є її низька ефективність і забруднення атмосфери. Найбільш близьким аналогом до заявленої корисної моделі є біоенергетична установка, опублікована в роботі [5]. Прототип містить наступні основні елементи: блок підготовки, послідовно з'єднаний з кислотним і метановим реакторами, і приймач бродильного добрива. Блок підготовки оснащений подрібнювачем біомаси й теплообмінником. Теплообмінники входить також і до складу обох реакторів. Реактори мають трубопроводи для відводу й нагромадження біогазу в газгольдері. Частина газу з газгольдеру приділяється трубопроводом у пальники газового казана для нагрівання теплоносія теплообмінників реакторів і блока підготовки. Газовий казан з'єднаний з мотор-генератором для виробництва електроенергії. Робота біоенергетичної установки контролюється автоматичною системою керування (АСУ). Робота прототипу відбувається таким способом. У блоці підготовки здійснюється здрібнювання біомаси й попередній підігрів її до температури ~40 °C. Далі біомаса надходить у реактори, де відбувається її розпад з виділенням аміаку в першому реакторі й наступний розпад на біогаз у другому реакторі. Для ефективного розкладання біомаси в теплообмінниках реакторів підтримується температура (40±0/5)°С за допомогою системи автоматичного керування. Для збору газу й подачі його споживачеві по трубопроводах, наприклад, моторгенератора, у пальники газового казана для нагрівання теплоносія теплообмінників призначений газгольдер. Для видалення біомаси з реакторів служить приймач біомаси бродіння. Недоліком біоенергетичної установки, узятої як прототип, є невисока ефективність, пов'язана з малою глибиною розкладання органічних речовин. Крім цього у біомасі бродіння неминуче присутні гельмінти й хвороботворні бактерії органіки, тому що температура в реакторах і блоці підготовки недостатньо висока. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалити біоенергетичну установку шляхом ефектного розкладання біомаси термофільними організмами із саморозігрівом, що дозволяє підвищити ефективність роботи біоенергетичної установки, знешкодити відходи й знищити збудників хвороб. Поставлена задача вирішується тим, що біоенергетична установка, що складається з послідовно з'єднаних блока підготовки, в якому розміщені подрібнювач і теплообмінник, кислотного й метанового реакторів з теплообмінниками, приймача бродильної біомаси, причому 1 UA 94973 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 виходи реакторів з'єднані з входом газгольдеру за допомогою трубопроводів, один вихід газгольдеру з'єднаний трубопроводом з першим входом мотор-генератора, другий трубопроводом з пальниками газового казана, причому один вихід газового казана з'єднаний трубопроводом з першими входами теплообмінників, другий - трубопроводом з моторгенератором, другі входи теплообмінників з'єднані з виходом автоматичної системи керування, додатково оснащена камерою компостування, установленої між метановим реактором і приймачем бродильної біомаси й з'єднаної з мотор-генератором холодними кінцями мінімум трьох теплопередавальних трубок, розташованих у шаховому порядку. Таким чином, введення в біоенергетичну установку камери компостування, установленої між метановим реактором і приймачем бродильної біомаси й з'єднаної з мотор-генератором холодними кінцями мінімум трьох теплопередаючих трубок, розташованих у шаховому порядку, дозволяє підвищити ефективність роботи біоенергетичної установки, знешкодити відходи й знищити збудників хвороб. Суть корисної моделі пояснюється ілюстрацією, структурна схема якої показана на кресленні. Біоенергетична установка містить послідовно з'єднані блок підготовки 1, у якому розміщені подрібнювач 2 і теплообмінник 3, кислотний 4 і метановий 5 реактори, у яких установлені теплообмінники 3, камера компостування 6 і приймач бродильного добрива 7. Реактори 4 і 5 з'єднані трубопроводами 8 для відводу біогазу в газгольдер 9 для нагромадження біогазу. Біогаз із газгольдеру 9 приділяється трубопроводами 8 у пальники газового казана 10 для нагрівання теплоносіїв теплообмінників 3 і в мотор-генератор 11. Газовий казан 10 з'єднано з мотор-генератором 11 для виробництва в ньому електроенергії. Камера компостування 6 з'єднано з мотор-генератором 11 холодними кінцями мінімум трьох теплопередаючих трубок 12, розташованих у шаховому порядку. Для регулювання температурного режиму в теплообмінниках 3 установлена автоматична система керування 13 Робота біоенергетичної установки відбувається в такий спосіб. У блоці підготовки 1 вихідна біомаса подрібнюється подрібнювачем 2, попередньо підігрівається теплообмінником 3 і послідовно подається в реактори 4 і 5, де в реакторі 4 здійснюється перша стадія блокування (гідроліз), а в другому реакторі 5 - розпад уже низькомолекулярних продуктів гідролізу метанобактеріями. Продукти розпаду (біомаса) з реактора 5 приділяються в камеру компостування 6. Компостування нагрітої до 40 °C біомаси в теплообмінниках 3 сприяє ефектному розкладанню біоречовини термофільними організмами із саморозігрівом до температури (60-70)°С, при якій відбувається знешкодження відходів і знищення збудників хвороб [5, 6]. Після циклу аеробного розкладання біомаса з камери компостування 6 виводиться в приймач бродильної біомаси 7. Утворений в реакторах 4 і 5 біогаз подається за допомогою трубопроводів 8 у газгольдер 9. Біогаз із газгольдеру 9 надходить через трубопроводи 8 у пальники газового казана 10 для нагрівання теплоносіїв теплообмінників 3 і в мотор-генератор 11. Газовий казан 10 з'єднано з мотор-генератором 11 для виробництва в ньому електроенергії. Відвід теплової енергії з камери компостування 6 у мотор-генератор 11 здійснюється за допомогою мінімум трьох теплопередаючих трубок 12, розташованих у шаховому порядку. Для регулювання температурного режиму в теплообмінниках 3 установлена автоматична система керування 13. 3 При компостуванні аеробного типу виділяється досить більша енергія ~1 Мдж/м з побутової органіки [7]. Відвід цієї теплової енергії найбільш ефективний за допомогою теплопередаючих трубок [8]. При малих перепадах температур вони дозволяють проводити теплову потужність 10 кВт через трубку діаметром 1 див при різниці температур на кінцях трубки 5 °C [9]. Шаховий порядок розташування теплових трубок дозволяє забезпечити високий рівень тепло знімання, подібно тому, як це робиться в топкових агрегатах, наприклад, паровозів. У порівнянні із шумуванням, аеробні розкладання біомаси при компостуванні мають глибину до 95 %, що дозволяє різко підвищити енергетичний КПД використання органіки й збільшити потужність 3 енергетичної установки на (40-45)% при вихідній масі органіки із тваринницької ферми (5…6)м . Таким чином, запропонована біоенергетична установка, у порівнянні із прототипом, дозволяє збільшити глибину розкладання органічних речовин до 95 %, що приводить до підвищення потужності біоенергетичної установки на (40-45)%. Крім того, за рахунок збільшення температури біомаси в камері компостування до температури (60-70)°С, відбувається знешкодження відходів і знищення збудників хвороб. Джерела інформації: 1. А.С. № 1733407 РФ, МКИ С02F 11/04, опубликовано 15.05.1992. 2. Патент 2073653 РФ, МКИ С02F 11/04, дата публикации 20.02.1997. 3. А.С. СССР № 1527181, опубликовано 06.07.1987. 2 UA 94973 U 5 10 4. Пурим В.Р. "Безотходная ТЭС с использованием бытового мусора в качестве топлива"/ Промышленная энергетика, 2001. - №3. - С. 60-63. 5. Касимов A.M. и др. "Твердые бытовые отходы. Технологии, оборудование, проблемы и решения". - Харьков: ХНАГХ, 2006. - С. 301 - прототип. 6. Шершенев Е.С. и др. "Компостирование органического мусора" "Экология и промышленность России. - Июль, 1999. - С. 40-42. 7. Гуляев В.М. и др. "Екологічна біотехнологія" - Днепродержинськ ДДТУ, 2002. - 126 с. 8. Васильев Л.Л.Донев С.С. "Теплопередающие трубки". - Минск: Наука и Техника, 1972 г. 9. Советский энциклопедический словарь// под ред. Прохорова А.М. - М.: Сов. Энциклопедия, 1982. - С. 1314. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Біоенергетична установка, що містить послідовно з'єднані блок підготовки, в якому розміщені подрібнювач і теплообмінник, кислотний і метановий реактор з теплообмінниками, приймач забродженої біомаси, причому виходи реакторів з'єднані з входом газгольдеру за допомогою трубопроводів, один вихід газгольдеру з'єднаний трубопроводом з першим входом моторгенератора, другий - трубопроводом з пальниками газового казана, причому один вихід газового казана з'єднаний трубопроводами з першими входами теплообмінників, другий - трубопроводом з мотор-генератором, другі входи теплообмінників з'єднані з виходом автоматичної системи керування, яка відрізняється тим, що додатково оснащена камерою компостування, встановленою між метановим реактором і приймачем забродженої біомаси і з'єднаною з моторгенератором холодними кінцями мінімум трьох теплопередавальних трубок, розташованих у шаховому порядку. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3