Результат интеллектуальной деятельности: БИОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА

Изобретение относится к биохимии и предназначено для анаэробного сбраживания органических отходов сельскохозяйственного производства с получением биогаза и органических удобрений.

Известна биогазовая установка (RU 2567649, С12М 1/04, 1/07, C02F 11/04, 3/00, В09В 3/00, 10.11.2015 г.), включающая герметичный вертикальный цилиндрический резервуар, снабженный куполом и днищем, имеющими форму усеченного конуса. В резервуаре находится барботажное перемешивающее устройство, включающее спиралевидную перфорированную трубу, расположенную вдоль стен резервуара и днища, а также установленную по центру резервуара вертикальную перфорированную трубу. Витки спиралевидной трубы повторяют форму резервуара и днища. На куполе резервуара установлены загрузочный патрубок для подачи биомассы, датчик давления, патрубок для отвода биогаза, соединенный с трубопроводом выхода биогаза. Последний соединен с газгольдером. В днище резервуара установлен патрубок для выгрузки переработанного субстрата. Внешняя часть резервуара обмотана нагревательной лентой.

Недостатком биогазовой установки является низкая эффективность работы, обусловленная тем, что биомасса, находящаяся в серединной части резервуара, нагревается до температуры, которая недостаточна для быстрого протекания реакции сбраживания, нежели биомасса, находящаяся у стенки резервуара.

Известна биогазовая установка (RU 2605312, С12М 1/04, С12М 1/107, 20.12.2016), выбранная в качестве прототипа, содержащая герметичный вертикальный цилиндрический резервуар с технологическими патрубками, снабженный куполом и днищем, установленное в резервуаре барботажное перемешивающее устройство, представляющее собой спиралевидную перфорированную трубу, расположенную вдоль стен резервуара, витки которой повторяют форму резервуара, внешняя часть которого обмотана нагревательной лентой, купол и днище имеют форму полусферы, в резервуаре установлена вертикальная рамная мешалка, оснащенная вертикальными и горизонтальными лопастями, закрепленными на центральном вертикальном валу, нижняя горизонтальная лопасть имеет радиус кривизны, соответствующий радиусу кривизны днища резервуара, при этом отверстия на спиралевидной трубе выполнены сквозными вертикальными на равном расстоянии друг от друга, купол резервуара выполнен съемным.

Так как нагревательная лента расположена на внешней поверхности вертикального цилиндрического резервуара, биомасса - жидкий навоз недостаточно прогревается в серединной части вертикального цилиндрического резервуара, что ведет к необходимости увеличения продолжительности пребывания биомассы в резервуаре. Отмеченный факт обуславливает низкую эффективность работы биогазовой установки.

Задача настоящего изобретения - повышение эффективности работы биогазовой установки за счет использования индукционного нагрева.

Указанная цель достигается тем, что в биогазовой установке, содержащей герметичный вертикальный цилиндрический резервуар с технологическими патрубками, снабженный куполом и днищем, имеющих форму полусферы, установленное в резервуаре барботажное перемешивающее устройство, представляющее собой спиралевидную перфорированную трубу, расположенную вдоль стен резервуара, витки которой повторяют форму резервуара, в резервуаре установлена вертикальная мешалка, оснащенная горизонтальными лопастями, закрепленными на центральном вертикальном валу, верхний конец которого предназначен для подсоединения к приводу, нижняя горизонтальная лопасть имеет радиус кривизны, соответствующий радиусу кривизны днища резервуара, при этом отверстия на спиралевидной трубе выполнены сквозными вертикальными на равном расстоянии друг от друга, купол резервуара выполнен съемным, центральный вертикальный вал выполнен полым, внутри которого по его высоте регулярно расположены катушки-индукторы, обмотки которых соединены друг с другом и контактными кольцами, жестко закрепленными на внешней поверхности верхней части центрального вертикального вала, выходящей за пределы купола, с контактными кольцами соприкасаются электропроводящие щетки узла скользящего токосъема, жестко закрепленного на наружной поверхности купола, выводы электропроводящих щеток предназначены для соединения с источником переменного напряжения, а горизонтальные лопасти, выполненные из электропроводящего материала жестко прикреплены к наружным боковым поверхностям участков центрального вертикального вала, в которых расположены катушки-индукторы.

Биогазовая установка показана на чертеже.

Биогазовая установка содержит вертикальный герметичный цилиндрический резервуар 1, установленный на опорах 2, снабженный куполом 3 и днищем 4, имеющими форму полусферы. В вертикальном герметичном цилиндрическом резервуаре 1 находятся барботажное перемешивающее устройство, представляющее собой спиралевидную перфорированную трубу 5, и вертикальная механическая мешалка 6, которая состоит из центрального вертикального полого вала 7 и горизонтальных лопастей 8, жестко прикрепленных к внешней боковой поверхности участков 9, внутри которых расположены катушки-индукторы 10. Горизонтальные лопасти 8 выполнены, например, из нержавеющей стали или титанового сплава. Обмотки 11 катушек-индукторов 10 соединены друг с другом и с контактными кольцами 12, изготовленными, например, из меди. Контактные кольца 12 жестко закреплены на внешней поверхности верхней части 13 центрального вертикального вала 7, выходящей за пределы купола 3. С контактными кольцами 12 соприкасаются электропроводящие щетки 14 узла скользящего токосъема 15, жестко закрепленного на наружной поверхности купола 3. Электропроводящие щетки 14 соединены с источником переменного напряжения 16.

Верхняя часть 13 центрального вертикального вала 7 жестко соединена с валом привода 17, например, двигателем постоянного тока или асинхронным двигателем.

Нижняя горизонтальная лопасть 8 имеет радиус кривизны, соответствующий радиусу кривизны днища 4 вертикального герметичного цилиндрического резервуара 1. Спиралевидная перфорированная труба 5 расположена вдоль стен резервуара 1. Витки спиралевидной перфорированной трубы 5 повторяют форму резервуара 1. Отверстия 18 на спиралевидной перфорированной трубе 5 выполнены сквозными вертикальными и расположены на равном расстоянии друг от друга. Нижний конец спиралевидной перфорированной трубы 5 жестко прикреплен к стальному цилиндрическому уголку 19, соединенному с шаровым краном 20 для подачи биогаза. Купол 3 выполнен съемным.

На куполе 3 герметичного цилиндрического резервуара 1 установлены загрузочный патрубок 21 для подачи перерабатываемой биомассы, датчик давления 22, патрубок 23 для отвода биогаза. Патрубок 23 соединен через трубопровод 24 выхода биогаза с газгольдером, который на чертеже не показан. В днище 4 герметичного цилиндрического резервуара 1 установлен патрубок 25 для выгрузки переработанного субстрата.

Спиралевидная перфорированная труба 5 через стальной уголок 19 и шаровой кран 20 соединена с трубопроводом 26 для подачи биогаза и компрессором, который на чертеже не показан, соединенным с газгольдером. На внешней поверхности вертикального герметичного цилиндрического резервуара 1 жестко закреплен терморегулятор 27.

Биогазовая установка работает следующим образом.

Для создания анаэробности сбраживания в вертикальный герметичный цилиндрический резервуар 1 через загрузочный патрубок 21 заливают воду до верхнего уровня купола 3. Далее часть воды сливают из вертикального герметичного цилиндрического резервуара 1, так чтобы загрузочный патрубок 21 оставался частично загруженным в воде. Затем в вертикальный герметичный цилиндрический резервуар 1 через загрузочный патрубок 21 загружают разжиженный свежий навоз (помет) с влажностью 92-93% до верхнего уровня купола 3. Форма купола 3 биогазовой установки образует емкость для скапливания образующегося биогаза. Давление в вертикальном герметичном цилиндрическом резервуаре 1 отслеживают при помощи датчика давления 22. После заполнения вертикального герметичного цилиндрического резервуара 1 биомассой включают источник переменного напряжения 16. По обмоткам 11 катушек-индукторов 10 начинает протекать переменный ток, который создает переменное электромагнитное поле, индуцирующее в горизонтальных лопастях 8 вихревые токи. Под действием этих токов горизонтальные лопасти 8 нагреваются и отдают свою теплоту окружающим слоям биомассы. Одновременно с этим включают привод 17, который начинает вращать центральный вертикальный вал 7. В этом случае подача электрического тока от неподвижного источника переменного напряжения 16 на обмотки 11 вращающихся катушек-индукторов 10 происходит с помощью узла скользящего токосъема 15, в котором электропроводящие щетки 14 скользят по поверхности контактных колец 12.

В результате вращения нагретых горизонтальных лопастей 8 осуществляется интенсивный и быстрый теплообмен между областями биомассы, непосредственно контактирующими с горизонтальными лопастями 8, и периферийными областями.

Получаемый в вертикальном герметичном цилиндрическом резервуаре 1 биогаз через патрубок 23 и трубопровод 24 поступает в газгольдер, где часть его через трубопровод поступает в компрессор. Для усиления эффекта перемешивания биомассы, обеспечения питательными веществами метанообразующих бактерий, предотвращения осадочного материала и корки под куполом 3, которая препятствует выходу биогаза, периодически запускают барботажное перемешивающее устройство. Для этого открывают кран 20, после чего находящийся в компрессоре биогаз по трубопроводу 26 под давлением поступает в спиралевидную перфорированную трубу 5, выходит через отверстия 18 в биомассу, ускоряя процесс поднятия образованным метановым брожением пузырьков биогаза.

При превышении температуры перемешиваемой биомассы допустимого значения, например 36-38°С, терморегулятор 27 отключает источник переменного напряжения 16.

Выгрузку переработанных отходов осуществляют периодически через патрубок 25.

Оставшаяся часть биогаза в газгольдере может применяться в бытовых нуждах, а переработанный субстрат - как концентрат органического удобрения.

Использование источников тепла - нагреваемых индукционно и вращающихся горизонтальных лопастей 8 внутри вертикального герметичного цилиндрического резервуара 1 позволит сократить временной цикл производства биогаза, т.е. повысить эффективность работы биогазовой установки.