УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ
INSTALLATION FOR HEAT ENERGY GENERATION

Изобретение относится к технике аэробного микробиологического разложения органических отходов и может быть использовано для производства тепловой энергии, удобрений, синтеза различных биологических продуктов переработки отходов различных производств и культивирования микроорганизмов.
Известен «Биореактор для разложения растительного сырья» по авторскому свидетельству №1763478, МПК C12M 1/00, 1989 г. Реактор состоит из корпуса в виде цилиндрической горизонтальной емкости с люком для загрузки сырья, системы трубопроводов для воздуха, вращающихся на валу, снабженного приводом. Биореактор работает следующим образом. Сырье в виде измельченного материала (солома, листья, зерно, крахмал, животная ткань и др.) помещают через загрузочный люк в барабан реактора, куда загружают также прочный наполнитель в виде отдельных частиц и заливают культуральную жидкость. При вращении емкости реактора масса растительного сырья омывается культуральной жидкостью, в которую беспрерывно поступает воздух. Патрубки для воздуха снабжены клапанами. Патрубки, находящиеся вне культуральной жидкости, запираются клапанами. Продольные лопасти на внутренней стенке реактора и наполнитель снимают с поверхностей налипшие разлагаемые биологические материалы. Биореактор имеет ряд недостатков. Барботаж воздуха или газа через биомассу с культуральной жидкостью малоэффективен, так как взаимодействие обрабатываемой массы с воздухом осуществляется только посредством пузырьков воздуха, а не со всей биомассой. Неполное насыщение среды газом снижает энергетический метаболизм бактерий и приводит к медленной и неглубокой переработке сырья. Для более глубокой переработки сырья требуется многоступенчатый реактор, обеспечивающий участие в процессах метаболизма многих бактерий. Для биологического реактора по выработке тепловой энергии требуются теплолюбивые бактерии (термофилы). Для этого нужна лучшая аэрация сырья и более высокая температура 70-80 С°.
Известен «Аппарат для микробиологического разложения органических отходов» патент №2016063, C12M 1/00,1990 г. Аппарат содержит корпус с трубами для подвода и отвода воздуха и среды. Корпус по высоте разделен горизонтальными перегородками, над которыми расположены аэраторы, в виде радиальных горизонтальных уголков с образованием щелевого зазора, а напротив зазора размещены насадки для иммобилизации микроорганизмов в виде отдельных подвешенных вертикальных гибких нитей. Перегородки выполнены полыми и снабжены патрубками для подвода и отвода теплообменной среды. Аппарат работает следующим образом. Стоки, подлежащие микробиологической обработке, поступают в полости перегородок и обрабатываются воздухом, поступающим через отверстия в гранях уголка и щелевого зазора. Стокам сообщается поворотное перемещение и стоки входят в контакт с вертикально подвешенными нитями для иммобилизации микроорганизмов. Последовательное перемещение стоков с вышестоящих полостей в нижестоящие позволяет повысить выход биомассы. Процесс протекает при температуре 36-38 С°, а излишки тепла отводятся. Аппарат малоэффективен для производства тепловой энергии из-за отсутствия условий для теплолюбивых бактерий (термофилов). Для этого нужна лучшая аэрация сырья и более высокая температура 70-80 С°. Наиболее близким по техническому решению и достигаемому результату является лабораторный «Биореактор VT-2», функция которого производство тепла, который взят нами за прототип (www.biowatt.com.ua/trends/bioreakor-diva-proizvodstva-teplovoi-energii/Biowatt. Биореактор для производства тепловой энергии). Биореактор представляет собой теплоизолированный цилиндр с системами аэрации, подогрева и отвода тепла с датчиками температуры. Реактор испытывался на отходах пивного производства (дробленый солод). Реактор разогрелся до 60 С°. Однако в сообщении отсутствует конструкция самого лабораторного биореактора VT-2, что не позволяет в полной мере оценить данное техническое решение.
Решаемая техническая задача - интенсификация процесса получения тепловой энергии за счет более глубокой переработки сырья, где в каждом ярусе реактора установки для выработки тепловой энергии микробиологически разлагают сырье разные бактерии.
Решаемая техническая задача в установке для выработки тепловой энергии, содержащая теплоизолированный цилиндрический корпус, устройства: загрузки обрабатываемого сырья, где сырье представляет собой измельченный биологический материал, аэрации, подогрева сырья, отвода тепловой энергии и датчики температуры, достигается тем, что внутри цилиндрического теплоизолирующего корпуса установлены соосно с ним в последовательности операций технологического процесса, устройство загрузки сырья, включающее дозатор и распределитель в виде струнных сит, расположенных с зазором, где струны каждого из сит смещены относительно друг друга на угол α, где 0<α≤90°, реактор, представляющий собой перфорированную обечайку, внутри которой ярусно с зазором закреплены сита струнного типа, выполненные с возможностью удерживания микроорганизмов, обеспечивающих микробиологическое разложение сырья, где струны каждого сита смещены относительно друг друга на угол α, где 0<α≤90°, устройство аэрации, содержащее теплообменник для нагрева сырья и вентилятор, которые установлены внизу на наружной стенке корпуса реактора и сообщены с трубой, расположенной под реактором и перфорированной по всей ее длине в нижней ее части для выхода воздуха, при этом установка дополнительно содержит теплообменник для отвода полезного тепла, который расположен над устройством загрузки сырья и функционально взаимосвязан воздуховодом с теплообменником для нагрева сырья и вентилятором устройства аэрации, а разгрузочное устройство взаимосвязано с устройством загрузки сырья и представляет собой цилиндрическую емкость, в верхней части которой установлены створки с противовесами для автоматической разгрузки переработанной массы, причем регулировка работой установки осуществляется блоком управления. На фиг. 1 изображен общий вид установки для выработки тепловой энергии; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1. В примере конкретной реализации установка для выработки тепловой энергии содержит теплоизолированный цилиндрический корпус 1, внутри которого установлены соосно с ним в последовательности операций технологического процесса, устройство загрузки сырья, включающее дозатор 2 и распределитель в виде струнных сит 3, расположенных с зазором, где струны каждого из сит смещены относительно друг друга на угол α, где 0<α≤90° (фиг. 1, 2). Распределитель предназначен для более равномерного распределения сырья по всей поверхности в реакторе 4. Реактор представляет собой перфорированную обечайку 5 (перфорация на обечайке не показана), внутри которой ярусно с зазором закреплены сита струнного типа 6, выполненные с возможностью удерживания микроорганизмов, обеспечивающих микробиологическое разложение сырья, где струны каждого сита смещены относительно друг друга на угол α, где 0<α<90°. Устройство аэрации содержит теплообменник для нагрева сырья 7 и вентилятор 8, установленные внизу на наружной стенке корпуса реактора 1 и сообщенные с трубой 9, расположенной под реактором 4 и перфорированной по всей ее длине в нижней ее части 10 для выхода воздуха, расположенной под реактором 4. Реактор 4 содержит теплообменник 11 для отвода полезного тепла, расположенный над устройством загрузки сырья, и функционально взаимосвязан воздуховодом 12 с теплообменником 7 и вентилятором 8 устройства аэрации, регулировка работой которых осуществляется блоком управления 13. Разгрузочное устройство взаимосвязано с устройством загрузки сырья и представляет собой цилиндрическую емкость 14, в верхней части которой установлены створки 15 с противовесами 16 для автоматической разгрузки переработанной массы, которая собирается в лоток 17.
Установка для выработки тепловой энергии работает следующим образом. Сырье в виде измельченного биологического материала поступает в дозатор 2 реактора и падает на распределитель в виде струнных сит 3, проходя которые оно распределяется более равномерно по поверхности, чему способствует размещение сит со значительным зазором и смещение струн каждого сита 3 относительно друг друга на угол α. Сырье поступает в реактор 4 на сита 6. Струнные сита 6 могут иметь также шероховатую поверхность, удерживающую соответствующую колонию микроорганизмов. Из блока управления 13 подается команда на включение работы устройства аэрации, теплообменника 7 и вентилятора 8. Нагретый воздух поступает в трубу 9 и за счет ее перфорации 10 поступает в реактор 4 и вышестоящие зоны. Нагрев сырья производится до температуры 70-80 С°. Энергетический метаболизм обеспечивается за счет биологического окисления в организме термофильных бактерий, приводящих к химическим реакциям с выделением тепла. По мере протекания реакций часть микроорганизмов не выдерживают этой температуры и погибает, остаются только термофильные бактерии. Изменяются и условия среды для существования бактерий. Биологическая масса поступает на нижестоящие струнные сита, где работают уже другие термофильные бактерии, для которых эта среда пригодна для энергетического метаболизма. И так происходит поэтапно на всех струнных ситах. Наличие струнных сит приводит их к самоочищению. Биологическое разложение сырья, происходящее в одном сите или в нескольких ситах 6 с одинаковыми условиями среды, образует ярус, которых в этом реакторе много. Данный реактор является многоярусной с вертикальным расслоением в реакторе на разновысокие структурные части. В каждом ярусе реакции протекают с разными бактериями без контроля отвода продуктов метаболизма, что и обеспечивает более глубокую переработку сырья. По мере достижения оптимальной температуры выключаются теплообменник 7 и вентилятор 8 и теплый воздух при необходимости поступает уже из теплообменника 11 по воздуховоду 12 в трубу 9 и реактор 4. Теплообмен может происходить произвольно за счет разности температур воздуха в верхних и нижних частях реактора. Поступающий воздух контактирует сразу со всей обрабатываемой массой на ситах со всех сторон сверху и снизу, что и интенсифицирует процесс метаболизма бактерий. Полученная тепловая энергия поступает в теплообменники. Контроль работы реактора осуществляется блоком управления 13. Переработанная масса поступает в разгрузочное устройство, в емкость 14 со створками 15, с противовесами 16, которые позволяют по мере накопления переработанной массы автоматически открываться, и масса поступает в лоток 17. При открытии створок 15 поступает команда на блок управления 13 и включается дозатор 2. Для ведения процесса необходимая влага, которая образуется в виде сконденсированных капель воды на поверхности 18 теплообменника 11 и поступает в реактор 4, а излишки стекают в лоток 17. Контроль температуры осуществляется датчиками 19. Выполнение реактора многоярусным с лучшей аэрацией позволяет провести более глубокое микробиологическое разложение биологических отходов производств и повысить выход тепловой энергии. В настоящее время изготовлена опытная установка для выработки тепловой энергии, которая проходит всесторонние испытания.