Устройство по термической утилизации подстилочного помета птицефабрик

Полезная модель относится к области сельского хозяйства и может быть использована, в частности, на птицефабриках с целью утилизации птичьего помета и выработки тепловой энергии, а также получения золы как ценного удобрения.
В настоящее время одной из важнейших проблем при производстве продукции птицеводства является загрязнение окружающей среды пометом птицефабрик, накопившимся в огромных количествах. По данным экспертов ФГБНУ ФНЦ «ВНИТИП», в РФ ежегодно образуется 15-20 млн. тонн куриного помета, являющегося отходом 3-го класса опасности. Известно, что реально перерабатываются и используются в качестве сырьевых ресурсов и удобрений не более 1,5% органических отходов агропромышленного комплекса. Как следствие, на территориях пометохранилищ скапливается огромное количество разлагающегося материала, выделяющего в атмосферу аммиак, сероводород, метан и др. газы, а жидкие биошламы активно загрязняют грунтовые воды. Вместе с тем, доля энергозатрат на отопление птицефабрик в себестоимости продукции может достигать 20%.
Установлено, что подстилочный помет птицефабрик обладает значительным энергетическим потенциалом. Сжигание 1 тонны подстилочного помета позволяет получить около 2 Гкал тепловой энергии в виде горячей воды. Эта тепловая энергия может быть использована на технологические нужды производственного процесса птицефабрики, например, повышение температуры в птичнике при содержании бройлеров в начальный период их выращивания, подогрев воды для цехов птицепереработки и др. Несмотря на широкое распространение установок для сжигания различных вида твердого топлива, в настоящее время не производятся установки для термической утилизации помета птицефабрик. Это обусловлено тем, что помет с подстилкой обладает специфическими теплотехническими свойствами, мало изученными с точки зрения возможности его использования для сжигания.
В качестве аналогов предлагаемого изобретения могут быть выбраны следующие технические решения.
Известно устройство для сжигания смеси углеродосодержащих материалов и помета (патент RU 2375637, F23G 7/00, 2009), содержащее корпус, топку с камерой дожигания в верхней части, воздухоподогреватель, канал для движения газа (газоход), теплообменник. Отличительной особенностью известного устройства является то, что топка содержит перфорированное днище, камеру для смеси углеродосодержащих материалов и помета, камеру для топлива, поддерживающего горение (уголь, торф, дрова). При этом вышеуказанные камеры разделены перфорированной перегородкой. Кроме того, устройство содержит воздухозаборник, вентилятор, воздуховод для подачи воздуха под перфорированное днище, воздуховод для подачи нагретого воздуха в топку и камеру дожигания.
Известному устройству присущи следующие недостатки. Во-первых, низкая экологичность, которая обусловлена такими факторами, как недожег топлива, следствием которого является большое содержание несгоревшего топлива в золе, большой унос несгоревших сложных газов в атмосферу (неприятный запах ощущается на расстоянии до 3-х км), а также высокая степень уноса золы с дымовыми газами. Во-вторых, известное устройство имеет низкий КПД, не превышающий 50%. В-третьих, известное устройство характеризуется низким коэффициентом технического использования. Данный недостаток связан с периодическим забиванием теплообменного оборудования продуктами сгорания, содержащимися в дымовых газах.
Известен также способ сжигания птичьего помета (патент RU на №2538566, МПК F23G 7/00, 2015) с организацией процесса сжигания в нижней слоевой части на неподвижной слоевой решетке с подачей помета в верхнюю вихревую часть топочной камеры. Недостатком данного способа является низкий интервал работы оборудования.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению относится устройство для получения тепловой энергии из топлива, содержащего птичий помет (патент RU №144007 U1 F23G7/00, 2006), содержащий корпус со средствами подачи топлива и воздуха и средствами отвода дымовых газов, внутри которого размещена колосниковая решетка и камера дожита, соединенные газовым трактом с теплообменником, отличающийся тем, что газовый тракт выполнен в виде лабиринтного дымохода, включающего не менее трех оборотов, при этом отношение площади колосниковой решетки к объему камеры дожига находится в пределах от 0,24 до 0,32.
Устройству присущи следующие недостатки.
При утилизации подстилочного помета в данном устройстве возникают следующие проблемы, препятствующие полноценному использованию данного устройства в производственном цикле птицефабрик:
- значительная амплитуда колебаний производимой тепловой мощности, достигающая 60%, что усложняет возможность использования устройства в теплосети предприятия;
- образование шлаков на колосниковой решетке из расплавленных компонентов на поверхности топлива, что приводит к систематическим отказам работы устройства и останову оборудования для внерегламентных работ по его чистке.
Данные обстоятельства не позволяют обеспечить надежную работоспособность устройства в течение всего цикла выращивания бройлеров (мяса птицы), который составляет не менее 40 дней, что является проблемой птицефабрик. Предложенное устройство позволит обеспечить технический результат, заключающийся в обеспечении надежности работоспособности, за счет соответствия цикличности работы дозатора питателя и колосников при перемещении помета с подстилкой по зонам, с учетом изменения его массы по мере сушки и горения, обеспечивающих равномерность теплового потока. Для решения поставленной проблемы и обеспечения технического результата предлагается устройство по термической утилизации подстилочного помета, в котором колосниковая решетка выполнена в виде не менее трех последовательно размещенных переталкивающих групп колосников, образующих зону сушки сырья, зону возгонки летучих веществ, зону горения углерода и горючих газов, к каждой их которых раздельно подключены средства подачи воздуха, а к зоне возгонки - средства подачи дымовых газов, при этом приводы колосников и средств подачи сырья по зонам сушки, возгонки летучих веществ и горения углерода соединены с установленным блоком согласования, обеспечивающим регулировку скорости подачи помета и движения колосников с учетом изменения массы помета, а газоплотный корпус с камерами сжигания и дожита выполнен в вертикальной компоновке с верхним расположением теплообменника.
Выполнение газового тракта в виде лабиринтного дымохода, включающего удлиненный вертикальный дымоход, позволяет снизить скорость движения дымовых газов, а также заметно очистить дымовые газы от раскаленных частиц золы до их контакта с трубной решеткой теплообменника и тем самым предотвратить забивание межтрубного пространства.
Предложенное устройство поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства.
На фиг. 2 показана циклограмма подачи подстилочного помета дозатором питателя и колосниками 2-ой, 3-ой и 4-ей зоны.
Устройство состоит из дозатора питателя 1, колосниковой решетки выполненной в виде не менее трех последовательно размещенных переталкивающих групп колосников 2, 3, 4. Приводы средства подачи помета и приводы колосников подсоединены к блоку согласования подачи помета 5 по зонам сушки, возгонки летучих веществ и горения углерода. Газоплотный корпус выполнен в вертикальной компоновке с лабиринтным дымоходом 6, с горизонтальным и вертикальным трактами и верхним расположением теплообменника 7. Устройство также оснащено дымососом 8, средствами подачи дымовых газов 9 и воздуха 10, 11, 12 под колосниковую решетку.
Работает устройство следующим образом.
Подстилочный помет влажностью до 65% из дозатора питателя 1 с помощью гидравлического привода, подается на переталкивающую колосниковую решетку, состоящую из трех последовательно размещенных переталкивающих групп колосников 2, 3, 4 и последовательно, с разной скоростью, проходит зоны сушки, возгонки и горения углерода.
Для обеспечения равномерного теплового потока в топке зависимость толщины слоя подстилочного помета по зонам сушки и горения должна иметь характер близкий к линейному, что обеспечивается работой блока 5 согласования подачи помета по зонам, который регулирует скорость движения подачи помета и колосников с учетом изменения массы помета. Производительность по группам колосников 2, 3, 4 определяется по формуле:
,
где  - производительность колосника в i-ой зоне, кг/час;
2
- площадь колосника в i-ой зоне (колосников), м;
н
3
Р - насыпная плотность подстилочного помета, кг/м;
упл
ψ - коэффициент уплотнения, зависящий от диаметра, хода поршня, влажности подстилочного помета;
зап
ϕ - коэффициент заполнения колосниковой зоны;
- потеря высоты слоя в i-ой зоне, м;
i
Δt - время пребывания в i-ой зоне, с.
Циклограмма подачи подстилочного помета дозатором питателя и колосниками 2-ой, 3-ой и 4-ей зоны приведена на рисунке.
В зоны горения принудительно нагнетается воздух от приточных вентиляторов 10, 11, 12 с регулируемыми заслонками. Причем в зону группы колосников 3 - возгонки летучих - подаются также дымовые газы 9, необходимые для ограничения температуры горения, путем снижения концентрации кислорода. Дымовые газы, проходя через камеру дожига 6 и по вертикальному дымоходу, освобождаются от золы и поступают в межтрубное пространство теплообменника 7, где отдают тепловую энергию.
Равномерность слоя помета во всей зоне обеспечивает получение равномерного теплового потока. Закономерность изменения массы подстилочного помета при сгорании в зонах 2, 3 и 4 определяется путем термогравиметрического анализа.
По сравнению с прототипом, предложенная полезная модель позволит обеспечить надежную работоспособность устройства в течение всего цикла выращивания бройлеров и увеличить межсервисный период работы устройства с 10 до 45 дней, за счет снижения амплитуды колебаний тепловой мощности с 60 до 20%.