Реактор биогазовой установки

(51) 02 11/04 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Задача предполагаемого изобретения повышение эффективности и экологической безопасности реактора биогазовой установки. Реактор содержит корпус, газгольдер, гидрозатвор - теплообменник, топливный котел, технологические трубы проводы, светопрозрачное ограждение, огнепреградительный затвор, газопровод,электроконтактный манометр, загрузочную камеру с рекуперативным теплообменником. Биогазовая установка также содержит систему автоматического управления, электромагнитный клапан, компрессор,ресивер, двигатель - генератор, контролер и аккумуляторную батарею, вентили. Технический результат заключается в рекуперации теплоты выгружаемой дозы удобрения,использовании солнечной энергии, увеличении противодавления в гидрозатворе и в комбинированном использовании полученного биогаза как для приготовления пищи и нагрева биомассы в реакторе, так и для получения электрической энергии.(72) Сейтбеков Лесбек Сейтбекович Барков Виктор Иванович Токмолдаев Аманжол Бектурсынович Сарбасов Дастан Джурмаханбетович(73) Товарищество с ограниченной ответственностью Казахский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства(56) Предварительный патент РК 18771, кл. 02 11/04, 2007(57) Изобретение относится к области биоконверсии отходов животноводства, в частности, к установкам для получения биогаза и органических удобрений и может найти применение в автономных системах газо- и энергообеспечения отдаленных фермерских хозяйств, животноводческих ферм и других агроформирований. 21207 Изобретение относится к области биоконверсии отходов животноводства, в частности, к установкам для получения биогаза и органических удобрений и может найти применение в автономных системах газо- и энергообеспечения отдаленных фермерских хозяйств, животноводческих ферм и других агроформирований. Известен метантенк для фермерских хозяйств(патент России 2050338, Кл. С 02 11/04),содержащий цилиндрический реактор с плавающим газгольдером, в верхней части которого установлен гидрозатвор. Недостатки метантенка - низкая эксплуатационная надежность узлов и элементов обеспечивающих вращение мешалок. Причина недостатков - сложность конструкции,связанная с необходимостью обеспечения вращения газгольдера при его поднятии и передачи вращения лопастным мешалкам в нижней и верхней зонах реактора, химическая коррозия и забивание зазоров затвердевающими осадками субстрата. Известна установка для получения биогаза(авторское свидетельство СССР 1724607, Кл. С 02 11/04), которая имеет сферический реактор,выдерживатели, разделитель объема для поэтапной переработки субстрата и рекуператор для подогрева исходного навоза. Недостатки установки - высокие затраты на переработку биомассы и, как следствие, низкая эффективность. Причина недостатков - сложность конструкции и трудоемкость технического обслуживания. Известна биогазовая установка (прототип)(предпатент Казахстана 18771, Кл. С 02 11/04) с реактором, совмещенным с плавающим газгольдером, мешалками, перегородкой, разделяющей зоны кислотного и щелочного брожения,теплообменником и топливным котлом с двумя топками - на твердом топливе и биогазе, загрузочную и разгрузочную камеры, огнепреградительный затвор, электроконтактным манометром,электромагнитным клапаном,компрессором,ресивером, двигателем-генератором, контроллером и аккумуляторной батареей. Недостатком прототипа является низкая эффективность и возможность выброса биогаза в окружающую среду. Причина недостатков - отсутствие рекуператора для подогрева загружаемой биомассы и светопрозрачного покрытия газгольдера для использования солнечной энергии. Не предусмотрена защита от выброса биогаза через гидрозатвор при переполнении газгольдера. Не предусмотрены устройства для хранения биогаза и преобразования его в электрическую энергию. Задача предполагаемого изобретенияповышение эффективности и экологической безопасности реактора биогазовой установки. Технический результат заключается в рекуперации теплоты выгружаемой дозы удобрения,использовании солнечной энергии, увеличении противодавления в гидрозатворе и в комбинированном использовании полученного биогаза 2 как для приготовления пищи и нагрева биомассы в реакторе, так и для получения электрической энергии. Технический результат достигается за счет того,что между разгрузочной и загрузочной камерами установлен теплообменник для рекуперации теплоты, газгольдер покрыт светопрозрачным ограждением, нижний край колокола плавающего газгольдера погружается в гидрозатвор на глубину, для создания в гидрозатворе необходимого противодавления столба жидкости. На газгольдере устанавливаются электроконтактный манометр и электромагнитный клапан, соединенные газопроводом с двигателем - генератором, подключенным через контроллер к аккумуляторной батарее. К газопроводу также подключен компрессор для перекачивания биогаза в ресивер. На фиг. 1 схема реактора биогазовой установки. Реактор содержит корпус 1, газгольдер 2,гидрозатвор - теплообменник 3, топливный котел 4,технологические трубы проводы 5, светопрозрачное покрытие 6, огнепреградительный затвор 7, газопровод 8, электроконтактный манометр 9, загрузочную камеру 10 с рекуперативным теплообменником 11,установленным между загрузочной и разгрузочной камерами и выполненным в виде перегородки с гофрированной поверхностью теплообмена. Глубина погружения нижнего края колокола газгольдера 2 равнаБиогазовая установка также содержит систему автоматического управления 12, электромагнитный клапан 13, компрессор 14, ресивер 15, двигатель генератор 16, контролер 17 и аккумуляторную батарею 18, вентили 19. Реактор работает следующим образом. Исходное органическое сырье, разведенное водой и перемешанное до получения однородной пульпы с влажностью до 90, заливается в загрузочную камеру 10, где происходит ее предварительный нагрев с помощью рекуперативного теплообменника 11, передающего теплоту от выгружаемой дозы нагретого в реакторе удобрения, находящегося в камере выгрузки. Нагрев биомассы в реакторе 1 до температуры термофильного режима (5560 С) производится с помощью гидрозатвора - теплообменника 3,соединенного технологическими трубопроводами 5 и с топливным котлом 4. Исходная биомасса в реакторе 1 разлагается под воздействием анаэробных микроорганизмов с выделением биогаза. Ежесуточная подача суточной дозы загрузки биомассы обеспечивает поточное движение ее к выгрузной камере. Время экспозиции биомассы в реакторе определяется соотношением объема реактора и дозы загрузки. Нормативное время пребывания биомассы в реакторе не менее 72 часов(Нормы технологического проектирования 17-99. М. Колос,1981.). Образующийся в процессе брожения биогаз накапливается в газгольдере 2, который всплывает под воздействием избыточного давления биогаза. Гидрозатвор обеспечивает герметичность, что 21207 предотвращает проникновение атмосферного воздуха в реактор и контакт его с биомассой, т.к. это может привести к гибели анаэробных микроорганизмов и, следовательно, к прекращению выделения биогаза. Газгольдер 2, благодаря своей массе, создает и поддерживает заданное давление, что обеспечивает поступление биогаза по газопроводу 8 к технологическому оборудованию. Биогаз через огнепреградительный затвор 7 подается по газопроводу 8 в топливный котел 4, двигательгенератор 16 и компрессор 14. Давление биогаза в газгольдере 2 контролируется электроконтактным манометром 9, который после достижения заданного давления подает сигнал в систему автоматического регулирования 12, запускающую компрессор 14 для перекачивания биогаза в ресивер 15. При необходимости подзарядки аккумуляторной батареи 18 запускается двигатель - генератор 16,вырабатывающий электрический ток, поступающий через контролер 17 на клеммы аккумуляторов. Давление биогаза, поступающего в двигательгенератор, должно быть не менее 0,4 кПа, удельный расход биогаза (60 метана) при полной нагрузке двигателя составляет 0,65 м 3/кВтч. Например,двигатель-генератор мощностью 2 кВт будет работать 3 часа от газгольдера объемом 4 м 3, что позволит подзарядить аккумуляторную батарею емкостью 4060 Ач или обеспечить выработку электроэнергии для покрытия бытовой или производственной нагрузки до 6 кВтч. В летний период для нагрева реактора за счет солнечной энергии используется светопрозрачное ограждение 6, изготовленное из листового пластмассового материала с воздушными каналами,которое,пропуская солнечное излучение,обеспечивают нагрев газгольдера в дневное время и тепловую изоляцию в ночное время. Это ограждение 6 уменьшает коэффициент теплопередачи в окружающую среду до 3,33,5 Вт/м 2 К. Для бесперебойной подачи биогаза к потребителю, в газгольдере необходимо создать заданное давление (0,40,5 кПа), которое в предлагаемой конструкции регулируется массой газгольдера. Кроме того, для предотвращения выброса биогаза через гидрозатвор при наполнении газгольдера необходимо создать в нем определенное противодавление столба жидкости. Величина противодавления в гидрозатворе зависит от глубины погружения нижнего края колокола газгольдера и определяется по формулеатм,(1) где- плотность жидкости- ускорение свободного падения- глубина погружения нижнего края колокола газгольдера- площадь сечения водяного затвора Ратм - атмосферное давление. Для опытного образца биогазовой установки с объемом реактора 5 м 3 глубина погружения нижнего края колокола газгольдера равна 285 мм. Таким образом, для условий, например,отдаленного фермерского хозяйства с фермой на 20 голов КРС предполагаемое изобретение обеспечивает эффективное использование биогаза в следующих процессах- обеспечение электроэнергией основных бытовых нагрузок жилого дома до 1 кВт (освещение,холодильник, телевизор и др.)- обеспечение освещения животноводческих помещений и подъема воды из скважины для поения скота насосом (мощностью до 0,5-0,7 кВт). Таким образом,за счет повышения эффективности биогазовой установки можно создавать автономные системы энергообеспечения фермерских хозяйств удаленных от линий централизованного электроснабжения за счет биоконверсии отходов животноводстве. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Реактор биогазовой установки, содержащий корпус, газгольдер гидрозатвор-теплообменник,загрузочную и разгрузочную камеры и огнепреградительный затвор, оборудованный также топливным котлом, электроконтактным манометром, электромагнитным клапаном, компрессором, ресивером, двигателем-генератором, контролером и аккумуляторной батареей, отличающийся тем, что перегородка между загрузочной и разгрузочной камерами выполнена в виде гофрированной поверхности теплообмена. 2. Реактор биогазовой установки по п. 1,отличающийся тем,что на газгольдере установлено светопрозрачное покрытие. 3. Реактор биогазовой установки п.п. 1,отличающийся тем, что глубина погружения нижнего края газгольдера выбирается в соответствии с величиной противодавления в гидрозатвореатм,где р - плотность жидкости- ускорение свободного падения- площадь сечения водяного затвора- глубина погружения нижнего края газгольдера Ратм - атмосферное давление.