ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО И УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОГАЗА
THERMOREGULATING DEVICE AND BIOGAS PLANT

Настоящее изобретение относится к терморегулирующему устройству с признаками ограничительной части пункта 1 формулы изобретения и к установке для получения биогаза с признаками ограничительной части пункта 11 формулы изобретения.
°
В установках для получения биогаза за обменное разложение и преобразование биомассы с образованием биогаза ответственны бактерии. При этом бактерии обретают оптимальные условия жизни только при оптимальной температуре, при которой биохимический процесс протекает эффективно. Отсюда для микробиологического преобразования биомассы в биогаз необходимо поддержание постоянной температуры в метановом реакторе. При мезофильном процессе оптимальная температура находится около от 35 до 40С. К тому же для обеспечения бактерий свежими питательными веществами необходимо перемешивание находящейся в метановом реакторе биомассы.
Обычно в качестве теплообменника для нагревания биомассы в метановых реакторах применяются изготовленные из труб цилиндрические или плоские нагревательные устройства с протеканием горячей воды. При этом, например, из немецкого выложенного описания изобретения к неакцептованной заявке 28 21 790 и JP 3 161039 A известны нагревательные устройства, которые во взаимодействии с перемешиванием нагревают биомассу, чтобы поддерживать в биомассе по возможности равномерно и эффективно необходимый температурный режим.
DE 10 2009 002 925 A1 раскрывает устройство для нагревания и перемешивания, в котором устройства для нагревания позиционированы по отношению к устройству для перемешивания так, что созданный устройством для перемешивания поток, по меньшей мере, частично может протекать через и обтекать устройство для нагревания. Нагревательное устройство и перемешивающее устройство образуют при этом блок, который как единый узел может применяться в метановом реакторе. При этом преимущественно при установке комбинированного блока не должно приниматься во внимание надлежащее расстояние между устройством для перемешивания и устройством для нагревания, и установка возможна в наполненный метановый реактор. Нагревательное устройство образовано из труб, расположенных в плоскости поперек к направлению течения биомассы, чтобы увеличить поверхность передачи теплоты. Недостатком приведенного здесь нагревательного устройства является то, что промежуточные пространства, через которые протекает биомасса, имеют ограниченное свободное поперечное сечение, в котором могут образовываться нежелательные отложения или временные заторы.
В основе изобретения лежит задача создания терморегулирующего устройства, с помощью которого по возможности равномерно и эффективно поддерживается необходимая температура биомассы и одновременно на нем могут предотвращаться отложения биомассы, а также создания установки для получения биогаза, которая имеет терморегулирующее устройство с необходимыми свойствами.
Эта задача решается с помощь терморегулирующего устройства с признаками пункта 1 формулы изобретения и установки для получения биогаза с признаками пункта 11 формулы изобретения.
В соответствии с этим предусмотрено терморегулирующее устройство для поддержания необходимой температуры находящейся в реакторе биомассы, имеющее, по меньшей мере, средство для поддержания необходимой температуры и, по меньшей мере, транспортирующее устройство для транспортировки массового потока биомассы вдоль направления основного потока, причем, по меньшей мере, одно транспортирующее устройство имеет, по меньшей мере, перемешивающее устройство, и, причем, по меньшей мере, одно средство для поддержания необходимой температуры расположено в созданном, по меньшей мере, одним транспортирующим устройством направлении основного потока, причем, по меньшей мере, одно средство для поддержания необходимой температуры выполнено в виде трубы с внутренней трубой и расположенной коаксиально к внутренней трубе наружной трубой, причем внутренняя труба и наружная труба образуют промежуточное пространство, через которое может протекать среда для поддержания необходимой температуры, и, по меньшей мере, одно средство для поддержания необходимой температуры, таким образом ориентировано по отношению к, по меньшей мере, одному транспортирующему устройству, что в области терморегулирующего устройства преимущественно, по меньшей мере, 40% транспортируемого объема созданного, по меньшей мере, одним транспортирующим устройством массового потока проходит через внутреннюю трубу. Перемешивающее устройство движет биомассу через трубчатый теплообменник. Трубчатая конструкция является предпочтительной, так как поверхность ориентирована главным образом параллельно к направлению течения биомассы и таким образом могут предотвращаться отложения и заторы. Дальше трубчатая конструкция представляет большую контактную поверхность, через которую осуществляется поддержание необходимой температуры биомассы. С помощью созданного перемешивающим устройством направленного течения повышается производительность теплообменника в отношении биомассы, что ведет к равномерному распределению температуры биомассы в реакторе.
Преимущественно предусмотрено, что более чем 75% транспортируемого объема созданного, по меньшей мере, одним транспортирующим устройством массового потока проходит через внутреннюю трубу. При этом является предпочтительным, когда даже более чем 90% транспортируемого объема созданного, по меньшей мере, одним транспортирующим устройством массового объема проходит через внутреннюю трубу.
К тому же является предпочтительным, когда, по меньшей мере, одно средство для поддержания необходимой температуры расположено ниже по течению, по меньшей мере, одного транспортирующего устройства и ориентировано так, что продольная ось, по меньшей мере, одного средства для поддержания необходимой температуры совпадает с осью вращения, по меньшей мере, одного перемешивающего устройства.
В форме осуществления, по меньшей мере, одно средство для поддержания необходимой температуры представлено теплообменником.
В форме осуществления транспортирующее устройство так подобрано по размерам, что диаметр огибающей, по меньшей мере, одного транспортирующего устройства лежит в диапазоне между 100 и 140% внутреннего диаметра внутренней трубы, по меньшей мере, одного средства для поддержания необходимой температуры. Благодаря этому может гарантироваться, что одна часть массового потока проходит через внутреннюю трубу, а другая часть вдоль наружной стороны, по меньшей мере, одного средства для поддержания необходимой температуры.
В другой форме осуществления предусмотрено таким образом подбирать размеры, по меньшей мере, одного транспортирующего устройства, что оно расположено во внутренней трубе, по меньшей мере, одного средства для поддержания необходимой температуры.
В форме осуществления предусмотрено, что, по меньшей мере, одно транспортирующее устройство представлено одним единственным перемешивающим устройством.
Для создания терморегулирующего устройства по возможности более компактным, его выполняют с имеющим основание приспособлением для крепления, причем основание образовано для установки терморегулирующего устройства на дне реактора, а на приспособлении для крепления закреплены, по меньшей мере, одно транспортирующее устройство и, по меньшей мере, одно средство для поддержания необходимой температуры. Приспособление для крепления может быть стационарно установлено в реакторе, но оно может быть выполнено и портативным.
Предпочтительно предусмотрено, что созданное, по меньшей мере, одним транспортирующим устройством направление основного потока ориентировано параллельно основанию.
Дальше предусмотрена установка для получения биогаза с реактором для размещения биомассы и с терморегулирующим устройством для поддержания необходимой температуры находящейся в реакторе биомассы с, по меньшей мере, одной из указанных выше характеристик.
°
При этом является предпочтительным, когда реактор имеет форму круглого цилиндра и терморегулирующее устройство расположено в реакторе так, что направление основного потока ориентировано в направлении середины реактора и под углом от 10 до 40 к радиусу дна. В больших реакторах предпочтителен меньший угол, таким образом, может обеспечиваться хорошее перемешивание и поддержание необходимой температуры. Для равномерного перемешивания биомассы в реакторе могут быть предусмотрены, по меньшей мере, два других перемешивающих устройства, которые расположены на стенке реактора и с нагревательным устройством равномерно распределены по реактору.
Ниже с помощью чертежей более подробно описывается пример осуществления изобретения, где показывают:
фиг. 1: пространственный вид терморегулирующего устройства с перемешивающим устройством,
фиг. 2: вид сбоку терморегулирующего устройства с перемешивающим устройством,
фиг. 3: вид сверху установки для получения биогаза с реактором и расположенным в нем терморегулирующим устройством согласно фиг. 1, а также
фиг. 4: пространственный вид установки для получения биогаза с реактором и расположенным в нем терморегулирующим устройством согласно фиг. 1.
На фигурах 1 и 2 показано терморегулирующее устройство 1 для реактора установки для получения биогаза с перемешивающим устройством 2 и теплообменником 3. Теплообменник 3 и перемешивающее устройство 2 через несущее устройство 4 соединены с приспособлением 5 для крепления. Приспособление 5 для крепления имеет донную раму 6 (основание) для установки терморегулирующего устройства 1 на дне реактора. Перемешивающее устройство 2 со своей осью вращения расположено параллельно донной раме 6. Перемешивающее устройство 2 непосредственно соединено с приводом 8, приводящим в действие терморегулирующее устройство внутри реактора соответственно биомассы. Перемешивающее устройство 2 имеет три смонтированные на валу 9 перемешивающего устройства перемешивающие лопасти 10, которые посредством привода 8 приводятся во вращение вокруг оси 7 вращения. При этом перемешивающие лопасти 10 выполнены так, что биомасса придвигается к перемешивающему устройству со стороны, ближней к приводу, и биомасса отодвигается от перемешивающего устройства на стороне дальней от привода. Благодаря этому получается преимущественно осевое направленное от привода 8 основное течение 11 биомассы. Ниже по течению перемешивающего устройства 2 на дальней от привода стороне расположен теплообменник 3. Теплообменник 3 выполнен трубчатым и с двойной стенкой. Теплообменник 3 имеет внутреннюю трубу 12, по которой может протекать биомасса, и расположенную коаксиально к ней по отношению к продольной оси наружную трубу 13. В образованном между внутренней трубой 12 и наружной трубой 13 промежуточном пространстве осуществляется протекание среды, поддерживающей необходимую температуру. Промежуточное пространство в области, ближней к перемешивающему устройству, соединено с выпуском 14 среды для поддержания необходимой температуры и в области, дальней от перемешивающего устройства, соединено с впуском 15 среды для поддержания необходимой температуры. Выпуск 14 и впуск 15 при этом расположены диаметрально. Теплообменник 3 позиционирован так, что его продольная ось 16 совпадает с осью 7 вращения перемешивающего устройства 2. Внутренний диаметр теплообменника 3 несколько меньше, чем диаметр огибающей перемешивающего устройства 2 соответственно перемешивающих лопастей 10. Теплообменник 3 имеет длину преимущественно между 1 и 3 м. Теплообменник 3 расположен непосредственно в направлении 11 течения позади перемешивающего устройства 2. Расстояние между ближней к перемешивающему устройству торцевой стороной 17 теплообменника 3 и образованным лопастями 10 перемешивающего устройства наружным концом 18 перемешивающего устройства 2 лежит в диапазоне между 10 см и 3 м.
Приспособление 5 для крепления имеет, кроме того, подающее устройство 19, которое в процессе эксплуатации выступает из находящейся в ректоре биомассы. С помощью подающего устройства 19 терморегулирующее устройство 1 в виде имеющего теплообменник 3 и перемешивающее устройство 2 конструктивного элемента может извлекаться, перемещаться и устанавливаться даже в заполненный биомассой реактор, без необходимости выполнения нежелательной разгрузки реактора.
º
Терморегулирующее устройство 1, как представлено на фигурах 3 и 4, расположено преимущественно в имеющем форму кругового цилиндра реакторе 20. Реактор 20 имеет круглое дно 21 и расположенную вертикально к нему стенку 22. Продольная ось 16 теплообменника 3, соответственно ось 7 вращения перемешивающего устройства 2, ориентирована под углом 30 к радиусу 23 дна 21 реактора 20, так что перемешивающее устройство 2 перемещает биомассу от стенки 22 по направлению внутрь реактора 20. При этом расстояние от стенки 22 следует выбирать в идеале порядка величины от 1 до 3 м.
º
°
Чтобы получить хорошее перемешивание биомассы, предусмотрены два других перемешивающих устройства 24, 25. Эти оба перемешивающих устройства 24, 25 расположены на внутренней стороне стенки 22 и ориентированы под углом 60 к радиусу 26, 27 дна 21 реактора 20. Перемешивающие устройства 24, 25, исходя из центра дна, расположены соответственно под углом 120 к терморегулирующему устройству 1. При этом оба перемешивающих устройства 24, 25 и терморегулирующее устройство 1 ориентированы так, что они расположены соответственно в направлении течения и таким образом создают в направлении периметра круглого дна более или менее однонаправленное основное течение.
На фиг. 3 перемешивающие устройства 24, 25, 2 расположены так, что течение образуется, главным образом, в направлении движения часовой стрелки.
При эксплуатации тепло от теплообменника передается находящейся в реакторе биомассе. Если при реакции обменного разложения с образованием биогаза температура будет повышаться слишком сильно, с помощью теплообменника тепло может также отводиться из метанового реактора. Таким образом, охлаждение биомассы точно также возможно. В качестве среды для поддержания необходимой температуры может применяться всякий любой теплоноситель, преимущественно вода или термальные масла. Перемешивающее устройство перемещает биомассу через трубчатый теплообменник наружу. Трубчатая конструкция является предпочтительной, так как поверхность ориентирована, главным образом, параллельно к направлению течения биомассы и таким образом могут предотвращаться отложения и заторы. Дальше трубчатая конструкция предлагает большую контактную поверхность, через которую осуществляется поддержание необходимой температуры биомассы. Благодаря созданному перемешивающим устройством направленному течению повышается производительность теплообменника по биомассе, что ведет к равномерному распределению температуры биомассы в реакторе.
Также может быть предусмотрено расположение друг за другом ниже по течению нескольких перемешивающих устройств с соответственно одним теплообменником.
Предложенное в соответствии с изобретением терморегулирующее устройство может в комбинации стационарно встраиваться в реактор. Но может быть также предусмотрено портативное исполнение терморегулирующего устройства, так что устройство, к примеру, для технического обслуживания или для замены может выниматься из реактора.
В зависимости от области применения терморегулирующее устройство может устанавливаться в реактор горизонтально или вертикально. К примеру, в имеющих форму кругового цилиндра или лежащих имеющих форму бака реакторах (например, биохимических реакторах) предпочтительна горизонтальная ориентация. Напротив, в стоящих имеющих форму бака реакторах предпочтительна вертикальная ориентация терморегулирующего устройства.
Перемешивающее устройство выполнено преимущественно в виде перекачивающего по оси перемешивающего устройства с от двух до четырех перемешивающими лопастями. Перемешивающие лопасти при этом изогнуты, благодаря чему достигается наиболее возможная скорость биомассы при медленно работающем перемешивающем устройстве и таким образом оптимальное перемешивание.
В больших реакторах может быть предусмотрено, что терморегулирующее устройство имеет трубу, которая присоединяется в направлении течения ниже по течению к, по меньшей мере, одному средству для поддержания необходимой температуры. При этом предпочтительно, когда труба имеет примерно одинаковый внутренний диаметр, что и, по меньшей мере, одно средство для поддержания необходимой температуры и транспортирующее устройство, соответственно перемешивающее устройство, расположено внутри теплообменника. Это исполнение предложенного в соответствии с изобретением терморегулирующего устройства создает предпосылки для поддержания необходимой температуры и перемешивания биомассы с большим радиусом действия. Так как 100% созданного перемешивающим устройством массового потока проходит через теплообменник и насаженную на него трубу и вне трубы образуется возвратный поток, перемешивание может осуществляться также и в удаленных областях реактора.
Предложенное в соответствии с изобретением терморегулирующее устройство среди прочего предусмотрено для применения в метановых реакторах, соответственно биологических реактора, биологических реакторах для гидролиза и реакторах вторичного брожения установок для биогаза, а также реакторах очистных установок. Терморегулирующее устройство выполнено так, что в биомассе может равномерно и эффективно поддерживаться необходимая температура и предотвращаются отложения биомассы на наружной стороне.