RU166736U1 - HELIOBIOGAS GAS INSTALLATION - Google Patents

Abstract

Гелиобиогазовая установка, содержащая реактор, загрузочный люк для приема исходной биомассы, трубопровод отвода готового органического продукта с люком выгрузки, перемешивающее устройство, солнечные коллекторы и систему отбора биогаза, отличающаяся тем, что 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.A solar-biogas plant containing a reactor, a loading hatch for receiving the initial biomass, a finished organic product discharge pipe with a discharge hatch, a mixing device, solar collectors and a biogas extraction system, characterized in that the reactor is placed in a liquid tank, which is a heat accumulator charged by solar collectors and a temperature regulator is installed on the exit pipe from the solar collectors, which turns off the liquid circulation through the solar collectors when it reaches the reactor ie the upper limit temperature of the optimum range of the thermal regime of biomass digestion.

Description

Настоящая полезная модель относится к биоэнергетике и может быть использована для получения биогаза и готовых органических продуктов биохимической переработкой органических отходов.This utility model relates to bioenergy and can be used to produce biogas and finished organic products by biochemical processing of organic waste.

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.Known bioenergy complex [1], containing a digester with a coil, a screw mixing device, loading and unloading pipes of biomass, pipelines for supplying biogas to the gas tank. The complex is equipped with a wind power installation, which allows during the period of absence of solar radiation to maintain a temperature in the range of 47-55 ° C in a digester, an AoGV boiler and a solar collector with a storage tank.

Недостатками этого комплекса являются:The disadvantages of this complex are:

1. возможный перегрев биомассы в реакторе выше предельной верхней температуры оптимального диапазона термического режима сбраживания в часы максимальной солнечной радиации;1. possible overheating of biomass in the reactor above the upper limit temperature of the optimal range of the thermal regime of fermentation during hours of maximum solar radiation;

2. необходимость дублера-догревателя при скорости ветра выше максимальной или ниже нижней минимальной диапазона рабочей скорости ветроэнергетической установки.2. the need for a backup heater when the wind speed is above the maximum or below the lower minimum range of the operating speed of the wind power installation.

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.The closest technical solution to the claimed installation is a bio-energy installation [2], which contains a bioreactor with a water jacket, a solar collector, a stirrer, loading and unloading pipes and a gas holder. The complex is equipped with an electric water heater and a Stirling engine, in which the thermal energy of the burned own biogas is converted into electrical energy and used to heat the biomass fermented in the bioreactor to the required temperature.

Недостатком данного технического решения является необходимость сжигания выработанного собственного биогаза для обогрева сбраживаемой вThe disadvantage of this technical solution is the need to burn its own biogas to heat fermented in

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.a biomass reactor to the required temperature and to ensure continuous operation of the system during periods of lack of solar radiation. As a result of this, the volume of biogas directly supplied to the consumer is reduced by 25-30%, i.e. the biogas plant’s efficiency is also reduced.

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.The task to which the claimed utility model is directed is to create in the reactor of a biogas plant an optimal thermal regime for fermenting biomass only due to the heat of solar radiation for round-the-clock production of biogas without additional energy costs.

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.This problem is solved by the fact that in the inventive heliobiogas plant containing a reactor, a loading hatch for receiving the initial biomass, a pipe for discharging the finished organic product with a discharge hatch, a mixing device for fermented biomass, solar collectors and a biogas extraction system, the reactor is placed in a reservoir with liquid, which is a heat accumulator charged by solar collectors, and a temperature regulator is installed on the exit pipe from the solar collectors, which turns off the liquid circulation through solar collectors when the maximum upper temperature in the reactor reaches the optimum range of the thermal regime of biomass fermentation.

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 вThe technical result provided by the given set of features is to maintain in the reactor an optimal thermal regime for fermenting biomass only due to the heat of solar radiation for round-the-clock biogas production. To avoid overheating of biomass when the maximum upper temperature is reached, the optimal range of the thermal regime of fermentation in the reactor during maximum solar radiation hours, the thermostat switches off the liquid circulation through the solar collectors. Maintaining the optimal thermal regime of biomass fermentation in

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.periods of lack of solar radiation is provided by the use of liquid in the tank around the reactor as a heat-capacitive heat accumulator, i.e. using for this thermal energy released as a result of changing the enthalpy of the liquid when it cools from the upper limit to the lower limit temperature of the optimal range of the thermal mode of fermentation.

Сущность полезной модели поясняется чертежом на фиг. 1, где показан продольный разрез гелиобиогазовой установки.The essence of the utility model is illustrated by the drawing in FIG. 1, which shows a longitudinal section of a heliobiogas plant.

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.The solar biogas plant is a reactor 1, which is placed in a tank 2 with a liquid 3, connected to the solar collectors 4. In this case, the spherical cover 5 of the tank 2 with the liquid and the reactor 1 is common. The free end 6 of the loading hatch 7 is introduced into the lower part of the fermented biomass 8. The core of the mixing device 9 passes through the cover to the bottom of the reactor 1. The resulting biogas 10 enters the gas tank 11, from where it is distributed to consumers. Finished organic products obtained by biochemical processing of organic waste are discharged through the discharge hatch pipe 12. A temperature regulator 13 is installed on the exit pipe from the solar collectors, which disables the circulation of liquid through the solar collectors 4. The expansion tank 14 is installed outside the tank 2 with the liquid at the upper point of the circulating pipeline liquids. The outer surface of the tank 2 with the liquid is covered with a layer of thermal insulation 15.

РАБОТАЕТ ГЕЛИОБИОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМHELIOBIOGAS GAS INSTALLATION WORKS AS FOLLOWS

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 черезPrepared moistened raw materials (pet manure, plant biomass and other organic waste) are fed into the reactor 1 through the loading hatch 7, where the fermentation process is carried out under anaerobic conditions. The resulting biogas 10 from the top of the reactor through

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.the biogas outlet pipeline enters the gas holder 11, from where it is supplied to consumers. The remainder of the fermented biomass from the bottom of the reactor through the discharge hatch 12 is transported in the form of finished organic products (fertilizers, feed additives for animals, etc.). Collectors, a thermally insulated tank 2 with a liquid in which the reactor 1 is placed, and the connecting pipes of the system are filled with liquid coolant. The liquid heated in the collectors 4 by the thermosiphon principle enters the upper part of the jacket from the liquid around the reactor 1, and its place in the collectors is occupied by the colder liquid, which flows from the lower part of the jacket from the liquid back to the collectors 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.To avoid overheating of the biomass when the maximum upper temperature is reached, the optimal range of the thermal regime of fermentation in the reactor 1 during peak hours of solar radiation, the temperature regulator 13 turns off the liquid circulation through the solar collectors. The maintenance of the optimal thermal regime for fermenting biomass at night and cloudy weather is ensured by the use of liquid in the tank around the reactor as a heat-storage heat carrier, i.e. using for this thermal energy equal to the change in the enthalpy of the liquid when it cools from the upper limit to the lower limit temperature of the optimal range of the thermal mode of fermentation.

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.In this case, the area of solar collectors is calculated from the condition that the minimum one-day thermal energy generated by the collectors is sufficient for heating the entire mass of liquid in the system from ambient temperature to the maximum upper temperature of the range of the optimal thermal mode of fermentation. The amount of liquid in the tank 2 is calculated from the condition that the thermal energy accumulated by the liquid exceeds the heat loss through the outer surface of the tank for possible periods of lack of solar radiation.

Таким образом, предлагаемая гелиобиогазовая установка работает автономно и единственным источником тепловой энергии, необходимой для круглосуточного производства биогаза, является тепло, получаемое от солнечных коллекторов.Thus, the proposed heliobiogas plant works autonomously and the only source of thermal energy needed for round-the-clock biogas production is the heat received from solar collectors.

Источники информации:Information sources:

1. Авторское свидетельство RU №2440308, 15.12.2009 г.1. Copyright certificate RU No. 2440308, December 15, 2009

2. Авторское свидетельство RU №2284967, 10.10.2006 г.2. Copyright certificate RU No. 2284967, 10.10.2006,

Claims (1)

Гелиобиогазовая установка, содержащая реактор, загрузочный люк для приема исходной биомассы, трубопровод отвода готового органического продукта с люком выгрузки, перемешивающее устройство, солнечные коллекторы и систему отбора биогаза, отличающаяся тем, что 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.

A solar-biogas plant containing a reactor, a loading hatch for receiving the initial biomass, a finished organic product discharge pipe with a discharge hatch, a mixing device, solar collectors and a biogas extraction system, characterized in that the reactor is placed in a liquid tank, which is a heat accumulator charged by solar collectors and a temperature regulator is installed on the exit pipe from the solar collectors, which turns off the liquid circulation through the solar collectors when it reaches the reactor ie the upper limit temperature of the optimum range of the thermal regime of biomass digestion.

Images