Биоэнергетическая установка для производства биогаза

Изобретение относится к ус­тановкам для переработки орга­нических отходов сельскохозяй­ственного производства в анаэ­робных условиях и может быть использовано для производства биогаза.

Биоэнергетическая ус­тановка содержит метантенк с водяной рубашкой, теплоизоля­цией, мешалкой, загрузочным и выгрузочным патрубками, тру­бопроводы подачи биогаза и газгольдер.

Установка снабже­на гелиоколлектором, электро­водонагревателем и двигателем Стирлинга в виде термомехани­ческого генератора с располо­женной со стороны днища дви­гателя биогазовой горелкой, ко­торая соединена с трубопрово­дом для подачи биогаза из газгольдера. В двигателе Стирлин­га тепловая энергия сжигаемо­го в биогазовой горелке биога­за преобразовывается в элект­рическую энергию и используе­тся для обогрева сбраживаемой в метантенке биомассы до не­обходимой температуры и обес­печения непрерывной работы системы в периоды отсутствия поступления солнечного излу­чения. Изобретение обеспечи­вает автономное энергоснабже­ние локальных потребителей в сельской местности с комбини­рованным использованием эне­ргии солнечного излучения и энергии биомассы.

Известна установка для производства биогаза из органичес­ких отходов, в частности, пре­дусматривающая для обогрева сбраживаемого субстрата ис­пользование солнечной энергии и содержащая метантенк, сол­нечные коллекторы, теплооб­менники, газгольдер, компрес­сор, вентили, котел, насосы, отстойник и регулирующие кла­паны (Амерханов РА., Бессараб АС, Драганов Б.Х., Рудобашта СП., Шишко ГГ. Теплоэнергети­ческие установки и системы се­льского хозяйства. — М.: Колос-Пресс, 2002. С 269).

Известен также биоэнерго-комлекс, содержащий метан­тенк, коллектор солнечной энер­гии, нагреватель сбраживаемой массы (а.с. СССР №1745707, БИ №25, 1992).

Известен биоэнергокомплекс с использованием солнечной энергии для обогрева сбражи­ваемой биомассы, содержащий метантенк с системой загрузки и выгрузки биомассы, солнеч­ный коллектор с трубопровода­ми (а.с. СССР №1527191, 06.07. 1987).

Наиболее близким по техни­ческой сущности к предлагае­мой установке является био­энергетическая установка, со­держащая метантенк с водяной рубашкой, теплоизоляцией, ме­шалкой, загрузочным и выгру­зочным патрубками, трубопро­воды для отвода биогаза, элек­троводонагреватель, трубопро­воды подачи биогаза и газголь­дер (а.с. №1733407, МКИ С 02 Р 11/04, опубликовано 15.05. 1992).

Недостатком известного био-энергокомплекса является не­возможность обеспечения ста­бильного обогрева сбраживае­мого субстрата и обеспечения гарантированного минимума энергоснабжения локальных энергопотребителей в условиях отсутствия централизованного источника электрической энер­гии, поскольку количество теп­лоты, поступающей на землю с солнечным излучением, резко колеблется в зависимости от местных климатических усло­вий.

Задачей предлагаемого изо­бретения является обеспечение стабильного обогрева сбражи­ваемого субстрата и гарантиро­ванного минимума автономного энергоснабжения локальных по­требителей в условиях отсут­ствия централизованного источ­ника электрической энергии.

В результате использования предлагаемого изобретения по­вышается КПД и надежность ра­боты биоэнергетической установки для получения биогаза в условиях отсутствия централизо­ванного источника электрической энергии, появляется возмож­ность прямого преобразования тепловой энергии сжигаемого биогаза в электрическую энергию и обеспечения гарантированно­го минимума энергоснабжения локальных потребителей.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что биоэнергетическая установка, содержащая-метантенк с водя­ной рубашкой, теплоизоляцией, мешалкой, загрузочным и выгру­зочным патрубками,трубопрово­ды для отвода биогаза, электро­водонагреватель, трубопроводы подачи биогаза и газгольдер, снабжена гелиоколлектором, электроводонагревателем и дви­гателем Стирлинга в виде термо­механического генератора с расположенной со стороны днища двигателя биогазовой горелкой,которая соединена с трубопроводом для подачи биогаза из газгольдера, при этом в двигателе Стирлинга тепловая энергия сжигаемого в биогазовой горелке биогаза преобразовывается в электрическую энергию и используется для обогрева сбраживаемой в метантенке биомассы до необходимой температуры и обеспечения непрерывной работы системы в периоды отсутствия поступления солнечного излучения.

Вырабатываемая двигателем Стирлинга в виде термомехани­ческого генератора электроэнер­гия используется частично для обогрева метантенка через элек­троводонагреватель, остальная часть вырабатываемой электри­ческой энергии идет для обеспе­чения гарантированного миниму­ма энергоснабжения локальных потребителей.

Сущность изобретения пояс­няется рис 1 и рис.2.

представлена техно­логическая схема автономной энергетической установки для получения биогаза и электричес­кой энергии.

На рис. 1 представлена техно­логическая схема автономной энергетической установки для получения биогаза и электричес­кой энергии.

конструкция термомеханического генератора - двигателя Стирлинга в сочетании с биогазовой горелкой.

На рис.2 представлена конструкция термомеханического генератора — двигателя Стирлинга в сочетании с биогазовой горелкой.

Установка содержит газгольдер 1, трубопровод отвода биогаза 2, метантенк 3 с водяной рубашкой 4, мешалкой 5 и теплоизоляцией 6, загрузочным 7 и выгрузочным 8 патрубками, бак-аккумулятор 9 и вентиль 10 горячей воды, плоский гелиоколлек-тор 11, трубопроводы воды 12 и 13, электроводонагреватель 14, биогазовую горелку 15 и трубопровод подачи биогаза 16, двигатель Стирлинга 17 и систему электрического соединения 18.
Двигатель Стирлинга, являющийся тепловым двигателем, выполнен в виде термомеханического генератора, который в отличие от обычного двигателя Стирлинга с рабочим и вытесни-тельными поршнями (Кудрин О.И. Солнечные высокотемпературные космические энергодвигательные установки. Под ред. В.П.Белякова. — М.: Машиностроение, 1987. — 248 с.) имеет еледующие особенности:
— отсутствие кривошипно-шатунного механизма и полная изоляция обоих торцов цилиндра, поскольку агрегат не содержит ни шатунов, ни каких-либо других рычагов, связанных с поршнями;
— рабочий поршень здесь заменен металлической диафрагмой.
Используемая в биоэнергетической установке конструкция термомеханического генератора в сочетании с биогазовой горелкой представлена на фиг.2. и содержит радиатор 19, обмотки 20 и якорь 21 генератора, диафрагму 22, пружину 23, цилиндр 24, вытеснитель 25, охлаждающий змеевик 26 и биогазовую горелку 27.
Рабочий цикл термомеханического генератора полностью идентичен циклу двигателя Стирлинга с рабочим и вытес-нительными поршнями, за исключением того, что здесь вытеснитель 25 приводится в действие пружиной 23, расположенной между ним и корпусом цилиндра 24. Замкнутый металлический цилиндр, содержащий рабочее тело двигателя, нагревается со стороны днища биогазовой горелкой 27 и охлаждается с внешней стороны диафрагмы 22, расположенной в верхней части цилиндра, охлаждающим змеевиком 26 с радиатором 19. Металлическая диафрагма 22, изготавливаемая из нержавеющей стали и установленная в термомеханическом генераторе вместо рабочего поршня, перемещается в цилиндре 24 вверх и вниз. Эта диафрагма колеблется под действием изменяющегося давления рабочего тела в цилиндре. С диафрагмой жестко связан якорь (постоянный магнит) 21, который совершает колебательные движения в обмотке 20 генератора, возбуждая электрический ток. Необходимость установки пружины для приведения в действие вытеснителя объясняется тем, что диафрагма совершает колебания с амплитудой, не превышающей нескольких миллиметров. Действие пружины, соединенной с вытеснителем, дает возможность системе совешать резонансные колебания при частоте, равной частоте собственных колебаний системы. Частота колебаний регулируется подбором пружины и движущихся масс, что позволяет «подстроиться» под любую частоту в системе электроснабжения.
Работа биоэнергетической установки, согласно технологической схеме, представленной на фиг.1, осуществляется следующим образом.
Исходная биомасса в виде органических отходов животноводства через загрузочный патрубок 7 загружается в метантенк 3 с водяной рубашкой 4, мешалкой 5 и теплоизоляцией 6.
Необходимый температурный режим процесса анаэробного метанового’ сбраживания биомассы в метантенке 3 обеспечивается посредством преобразованной в тепловую энергию в гелиоколлекторе 11 энергии солнечного излучения: нагреваемая в гелиоколлекторе 11 и накапливаемая в баке-аккумуляторе 9 вода через вентиль 10 горячей воды и трубопровод воды 12 поступает в водяную рубашку 4 метантенка 3.
В процессе анаэробной бактериальной деструкцйи органических веществ биомассы в метантенке 3 выделяется биогаз, который через трубопровод от­вода биогаза 2 поступает и на­капливается в газгольдере 1.

Далее осуществляется утили­зация получаемого биогаза: часть получаемого биогаза ис­пользуется путем непосред­ственного сжигания в бытовых отопительных газовых прибо­рах; часть его идет по мере не­обходимости, в периоды отсут­ствия поступления солнечного излучения, по трубопроводу для подачи биогаза 16 для сжигания в биогазовой горелке 15, распо­ложенной со стороны днища дви­гателя Стирлинга 17. В двигате­ле Стирлинга в виде термомеха­нического генератора тепловая энергия сжигаемого в биогазовой горелке биогаза преобразовыва­ется в электрическую энергию. Полученная таким образом элек­трическая энергия через элект­роводонагреватель 14 и трубо­проводы воды 13 используется для обогрева сбраживаемой в метантенке биомассы до необхо­димой температуры и поддержи­вания ее в постоянном режиме. Далее процесс выработки и использования биогаза и электро­энергии продолжается, как указа­но выше.

Учитывая, что в настоящее время в условиях высокой сто­имости производства и распре­деления электроэнергии особое внимание привлекают местные топливно-энергетические ресур­сы, применение биоэнергетичес­кой установки с двигателем Стир­линга в виде термомеханическо­го генератора может существен­но повысить уровень энергообес­печения потребителей в услови­ях отсутствия централизованно­го энергоснабжения. Формула изобретения Биоэнергетическая установка, содержащая метантенк с водя­ной рубашкой, теплоизоляцией, мешалкой, загрузочным и выгру­зочным патрубками,трубопрово-ды подачи биогаза и газгольдер, отличающаяся тем, что она снабжена гелиоколлектором, электроводонагревателем и двигателем Стирлинга в виде термомеханического генерато­ра с расположенной со сторо­ны днища двигателя биогазовой горелкой, которая соединена с трубопроводом для подачи био­газа из газгольдера, при этом в двигателе Стирлинга тепловая энергия сжигаемого в биогазо­вой горелке биогаза преобразо­вывается в электрическую энер­гию и используется для обогре­ва сбраживаемой в метантенке биомассы до необходимой тем­пературы и обеспечения непре­рывной работы системы в пери­оды отсутствия поступления солнечного излучения.


ПОДЕЛИТЬСЯ:

Комментариев пока нет

Перейти к разговору

Комментариев пока нет!

Вы должны быть избранным, чтобы начать разговор.

Ваши данные будут в безопасности!Ваш адрес электронной почты не будет опубликован. Также другие данные не будут переданы третьим лицам.