Биогазовая аэродинамическая установка

Полезная модель относится к области охраны окружающей среды, к установкам для экологически безопасного обезвреживания и утилизации биогаза, в том числе свалочного газа с выработкой тепла, и может быть использована при рекультивации отработанных полигонов твердых бытовых отходов.
Известен рекуператор тепла для систем обезвреживания газов, в том числе при сжигании свалочного газа (патент RU 193594, МПК F28D 9/92, F28F 13/18, опубл. 2019), содержащий по крайней мере первый трубопровод, второй трубопровод и блок теплопередачи, блок теплопередачи содержит плоские листы, гофрированные листы и ограничительные элементы, причем плоские листы и гофрированные листы чередуются друг с другом, плоские листы расположены в целом параллельно друг другу. Назначением полезной модели является утилизация тепла отработавших обезвреживаемых газов и возвращение его обратно в технологический процесс.
Недостатками полезной модели является то, что тепло собирается только от исходящих после сжигания газов. Тепло в процессе горения не отводиться, что требует необходимость дополнительной теплоизоляции стенок камеры горения и потери тепла в форме излучения.
Известна аэродинамическая установка для утилизации тепловых отходов, в частности для дымовых газов (патент RU 2435121, МПК F28D 9/00, опубл. 2011), содержащая вытяжную башню с входными окнами в ее нижней части, ветровое колесо с вертикальной осью вращения, соединенное с генератором, и воздухонаправляющие щиты, причем в нее вводится расположенная вокруг основания башни плоская кольцевая распределительная система дымовых газов с выходными отверстиями в верхней стенке и расположенная на ней емкость для жидкости с отверстиями, совпадающими с выходными отверстиями распределительной системы, при этом на емкости для жидкости расположены воздухонаправляющие щиты, касательные к сечению башни, с подвижными воздушными заслонками у их внешних концов, и положенное на воздухонаправляющие щиты горизонтальное перекрытие, находящееся над входными окнами вытяжной башни.
Недостатками изобретения является нахождение движущихся частей установки в горячей зоне, что снижает надежность и срок службы.
Наиболее близкой является биогазовая аэродинамическая установка (патент RU 2689488, МПК F28D 9/92, В09В 3/00, опубл. 2019), содержащая вытяжную башню с воздуховходными окнами в ее основании, ветровое колесо с вертикальной осью вращения, соединенное с электрогенератором, воздухонаправляющие щиты, расположенные вокруг башни и закрытые сверху крышкой, а также расположенную над воздухонаправляющими щитами кольцевую трубу с патрубками, выходные отверстия которых находятся внутри башни, при этом в установку введены газовые горелки, которые установлены на концах патрубков, а сама кольцевая труба соединена газосборным трубопроводом с устройством для извлечения свалочного газа.
Недостатком изобретения является отсутствие практической возможности достижения максимально возможного окисления загрязняющих веществ, содержащихся в биогазе, для снижения выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду; повышенная тепловая нагрузка на стенки вытяжной башни, и, как следствие, снижение надежности работы установки и увеличение пожаро- и взрывоопасности.
Технической проблемой является разработка надежной конструкции установки для эффективного сжигания биогаза (свалочного газа), обеспечивающей низкие выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, а также снижение пожаро- и взрывоопасности.
Техническим результатом является достижение максимально возможного окисления загрязняющих веществ, содержащихся в биогазе, для снижения выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду; уменьшение тепловой нагрузки на стенки вытяжной башни и утилизации тепла, и, как следствие, повышение надежности работы установки со снижением пожаро- и взрывоопасности; получение тепловой энергии в виде нагретой жидкости.
Технический результат достигается в биогазовой аэродинамической установке, содержащей вытяжную башню с воздуховходными окнами, воздухонаправляющие щиты, расположенные вокруг башни, а также расположенную над воздухонаправляющими щитами кольцевую трубу с патрубками для подачи газа, выходные отверстия которых находятся внутри башни, газовые горелки, установленные на концах патрубков, причем над газовыми горелками в вытяжной башне выполнены дополнительные воздуховходные окна с установленными в них сегментированными направляющими для подачи дополнительного воздуха в зону горения биогаза и снижения тепловой нагрузки на стенки вытяжной башни.
Сегментированные направляющие установлены с возможностью поворота и фиксации на угол не более 90° относительно оси вытяжной башни.
Установка снабжена змеевиком для нагрева жидкости.
Технический результат полезной модели достигается применением в биогазовой аэродинамической установке новых конструктивных элементов, а именно: «над газовыми горелками в вытяжной башне выполнены дополнительные воздуховходные окна с установленными в них сегментированными направляющими для подачи дополнительного воздуха в зону горения биогаза и снижения тепловой нагрузки на стенки вытяжной башни» для формирования зоны горения без соприкосновения со стенками вытяжной башни, максимального насыщение зоны горения окислителем (кислородом, содержащимся в наружном воздухе) для обеспечения полноты сгорания загрязняющих веществ; нагрева жидкости.
Поджог биогаза осуществляется в автоматическом и ручном режимах, предусмотренных в эксплуатационной документации.
Полученное на биогазовой аэродинамической установке тепло может быть использовано для отопления объектов, нагрева воды для биоактивации и интенсификации процессов образования биогаза (свалочного газа), снижения пожаро- и взрывоопасности на объектах размещения отходов. Нагретая в змеевике жидкость через отводной патрубок может подаваться в производственно-технические или коммунально-бытовые системы теплоснабжения.
Установка также может использоваться для снижения вероятности возгорания и/или взрыва накопленных отходов в теле полигона. На фиг. 1 представлена схема установки. На фиг. 2 вид сверху установки.
Установка (фиг. 1, фиг. 2) содержит вытяжную башню 1 с кольцевым воздуховходным окном 4 и воздухонаправляющими щитами 5. Газовые горелки 8 установлены на концах патрубков 7, которые соединяют горелки с кольцевой трубой 6, связанной с устройством извлечения биогаза 10, включающим газодренажные скважины, пробуренные в теле мусорного полигона (на фигурах не показаны). Над газовыми горелками в вытяжной башне выполнены дополнительные воздуховходные окна 2, оборудованные сегментированными направляющими 3. Сегментированные направляющие 3 расположены под углом относительно радиуса вытяжной башни 1, причем угол может меняться в диапазоне от 0 до 90 градусов. В верхней части вытяжной башни может быть установлен теплообменник 7.
Установка работает следующим образом:
Вначале сегментированные направляющие 3 ставятся под углом 45 градусов к радиусу основания вытяжной башни 1. Поджог биогаза происходит на газовых горелках 8. При недостатке в биогазе горючих компонентов, в кольцевую трубу 6 добавляют дополнительную горючую смесь. Пламя газовых горелок 8 нагревает находящийся в вытяжной башне 1 газовоздушную смесь, в результате теплый воздух поднимается и выходит через верхний конец вытяжной башни 1, при этом через кольцевое воздуховходное окно 4 и дополнительные воздуховходные окна 2 начинает поступать наружный воздух. Поток воздуха, поступающего через несколько секций воздуховодного окна 4, закручивается с помощью воздухонаправляющих щитов. Сегментированные направляющие 3 дополнительно закручивают воздух, которой в свою очередь формирует зону горения, а, следовательно, обеспечивают максимальную производительность биогазовой аэродинамической установки.
Направление и интенсивность потока дополнительного количества поступающего в зону горения наружного воздуха регулируется угловым положением сегментированных направляющих 3 относительно оси вытяжной башни 1, который может меняться в диапазоне от 0 до 90 градусов, для достижения максимального закручивания воздушного потока вокруг зоны горения, формирования зоны горения без соприкосновения со стенками вытяжной башни 1 и для наиболее полного сгорания биогаза с содержащимися загрязняющими веществами в биогазовой аэродинамической установке. Параллельно может происходить нагрев в змеевике 9 жидкости для утилизации образующегося тепла.
Таким образом разработана установка для эффективного сжигания биогаза (свалочного газа), в которой достигается максимально возможное окисление загрязняющих веществ, содержащихся в биогазе, снижение выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду; уменьшение тепловой нагрузки на стенки вытяжной башни и утилизация тепла, и, как следствие, повышается надежность работы установки со снижением пожаро- и взрывоопасности.