ГЕЛИОБИОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА

Настоящая полезная модель относится к биоэнергетике и может быть использована для получения биогаза и готовых органических продуктов биохимической переработкой органических отходов.
Известен биоэнергетический комплекс [1], содержащий метантенк со змеевиком, шнековое перемешивающее устройство, загрузочный и выгрузочный патрубки биомассы, трубопроводы подачи биогаза в газгольдер. Комплекс снабжен ветроэнергетической установкой, позволяющей в период отсутствия солнечного излучения поддерживать температуру в интервале 47-55°С в метантенке, котлом АоГВ и гелиоколлектором с баком-аккумулятором.
Недостатками этого комплекса являются:
1. возможный перегрев биомассы в реакторе выше предельной верхней температуры оптимального диапазона термического режима сбраживания в часы максимальной солнечной радиации;
2. необходимость дублера-догревателя при скорости ветра выше максимальной или ниже нижней минимальной диапазона рабочей скорости ветроэнергетической установки.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой установке является биоэнергетическая установка [2], которая содержит биореактор с водяной рубашкой, солнечный коллектор, мешалка, загрузочный и выгрузочный патрубки и газгольдер. Комплекс снабжен электроводонагревателем и двигателем Стерлинга, в котором тепловая энергия сжигаемого собственного биогаза преобразовывается в электрическую энергию и используется для обогрева сбраживаемой в биореакторе биомассы до необходимой температуры.
Недостатком данного технического решения является необходимость сжигания выработанного собственного биогаза для обогрева сбраживаемой в
реакторе биомассы до необходимой температуры и обеспечения непрерывной работы системы в периоды отсутствия поступления солнечного излучения. В результате этого объем биогаза, непосредственно подаваемого потребителю, сокращается на 25-30%, т.е. настолько же снижается и эффективность биогазовой установки.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание в реакторе биогазовой установки оптимального термического режима для сбраживания биомассы только за счет тепла солнечной радиации для круглосуточного производства биогаза без дополнительных энергозатрат.
Данная задача решается тем, что в заявленной гелиобиогазовой установке, содержащей реактор, загрузочный люк для приема исходной биомассы, трубопровод отвода готового органического продукта с люком выгрузки, устройство перемешивания сбраживаемой биомассы, солнечные коллекторы и систему отбора биогаза, реактор помещен в резервуар с жидкостью, являющейся тепловым аккумулятором, заряжаемым солнечными коллекторами, а на трубопроводе выхода из солнечных коллекторов установлен терморегулятор, который отключает циркуляцию жидкости через солнечные коллекторы при достижении в реакторе предельной верхней температуры оптимального диапазона термического режима сбраживания биомассы.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является поддержание в реакторе оптимального термического режима для сбраживания биомассы только за счет тепла солнечной радиации для круглосуточного производства биогаза. Для исключения перегрева биомассы при достижении предельной верхней температуры оптимального диапазона термического режима сбраживания в реакторе в часы максимальной солнечной радиации терморегулятор отключает циркуляцию жидкости через солнечные коллекторы. Поддержание оптимального термического режима сбраживания биомассы в
периоды отсутствия солнечного излучения обеспечивается использованием жидкости в резервуаре вокруг реактора как теплоемкостного теплового аккумулятора, т.е. использованием для этого тепловой энергии, выделяемой в результате изменения энтальпии жидкости при остывании ее от предельной верхней до предельной нижней температуры оптимального диапазона термического режима сбраживания.
Сущность полезной модели поясняется чертежом на фиг. 1, где показан продольный разрез гелиобиогазовой установки.
Гелиобиогазовая установка представляет собой реактор 1, который помещен в резервуар 2 с жидкостью 3, соединенный с солнечными коллекторами 4. При этом сферическая крышка 5 резервуара 2 с жидкостью и реактора 1 является общей. Свободный конец 6 загрузочного люка 7 введен в нижнюю часть сбраживаемой биомассы 8. Стержень перемешивающего устройства 9 проходит через крышку до днища реактора 1. Образующийся биогаз 10 поступает в газгольдер 11, откуда распределяется по потребителям. Готовая органическая продукция, полученная биохимической переработкой органических отходов, отводится по трубопроводу люка выгрузки 12. На трубопроводе выхода из солнечных коллекторов установлен терморегулятор 13, который отключает циркуляцию жидкости через солнечные коллекторы 4. Расширительный бачок 14 установлен снаружи резервуара 2 с жидкостью в верхней точке трубопровода циркулируемой жидкости. Наружная поверхность резервуара 2 с жидкостью покрыта слоем теплоизоляции 15.
РАБОТАЕТ ГЕЛИОБИОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ
Подготовленное увлажненное сырье (навоз домашних животных, растительная биомасса и другие органические отходы) подается в реактор 1 через загрузочный люк 7, где в анаэробных условиях осуществляется процесс сбраживания. Образующийся биогаз 10 из верхней части реактора через
трубопровод выхода биогаза поступает в газгольдер 11, откуда подается потребителям. Остаток сброженной биомассы из нижней части реактора по трубопроводу люка выгрузки 12 вывозят в виде готовых органических продуктов (удобрения, кормовые добавки для животных и др.). Коллекторы, теплоизолированный снаружи резервуар 2 с жидкостью, в которой помещен реактор 1, и соединительные трубопроводы системы заполняются жидким теплоносителем. Нагретая в коллекторах 4 жидкость по термосифонному принципу поступает в верхнюю часть рубашки из жидкости вокруг реактора 1, а ее место в коллекторах занимает более холодная жидкость, поступающая из нижней части рубашки из жидкости обратно в коллекторы 4.
Для исключения перегрева биомассы при достижении предельной верхней температуры оптимального диапазона термического режима сбраживания в реакторе 1 в часы пика солнечной радиации терморегулятор 13 отключает циркуляцию жидкости через солнечные коллекторы. Поддержание оптимального термического режима для сбраживания биомассы в ночное время и пасмурную погоду обеспечивается использованием жидкости в резервуаре вокруг реактора как теплоемкостного теплонакопителя, т.е. использованием для этого тепловой энергии, равной изменению энтальпии жидкости при остывании ее от предельной верхней до предельной нижней температуры оптимального диапазона термического режима сбраживания.
При этом площадь солнечных коллекторов рассчитывается из условия достаточности минимальной однодневной тепловой энергии, вырабатываемой коллекторами, для разогрева всей массы жидкости в системе от температуры окружающей среды до предельной верхней температуры диапазона оптимального термического режима сбраживания. Количество жидкости в резервуаре 2 рассчитывается из условия превышения тепловой энергии, аккумулированной жидкостью, над теплопотерями через наружную поверхность резервуара за возможные периоды отсутствия солнечного излучения.
Таким образом, предлагаемая гелиобиогазовая установка работает автономно и единственным источником тепловой энергии, необходимой для круглосуточного производства биогаза, является тепло, получаемое от солнечных коллекторов.
Источники информации:
1. Авторское свидетельство RU №2440308, 15.12.2009 г.
2. Авторское свидетельство RU №2284967, 10.10.2006 г.