Биогазовая установка Российский патент 2023 года по МПК A01C3/00 C12M1/04 

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

Известна биогазовая установка (RU 2605312, С12М 1/04, С12М 1/107, 20.12.2016), 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.

Из-за жесткого прикрепления вертикальных и горизонтальных лопастей к центральному вертикальному валу при низких температурах и высоких плотностях биомассы наблюдается большой момент сопротивления вращению лопастей, что обусловливает большое потребление энергии, требуемой для перемешивания биомассы. Отмеченный факт обуславливает низкую эффективность работы биогазовой установки.

Известна биогазовая установками (RU 2743584, С12М 1/00, С12М 1/04, 1/107. 20.12.2021), выбранная в качества прототипа и содержащая 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, отличающаяся тем, что 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.

Недостатком прототипа является повышенное потребление электроэнергии приводом из-за большого сопротивления вращению горизонтальных лопастей со стороны биомассы при невысоких температурах и повышенной плотности биомассы.

Задача настоящего изобретения - понижение потребления электроэнергии приводом при невысоких температурах и повышенной плотности биомассы за счет изменения угла атаки горизонтальных лопастей.

Указанная цель достигается тем, что в биогазовой установке, содержащей герметичный вертикальный цилиндрический резервуар с технологическими патрубками, снабженный куполом и днищем, имеющими 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, состоящая из центрального вертикального вала с горизонтальными лопастями, верхний конец центрального вертикального вала 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, внутри полого центрального вертикального вала 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, предназначенными для соединения с источником переменного напряжения, участки центрального вертикального вала, в которых расположены катушки-индукторы, снабжены горизонтальными лопастями из электропроводящего материала, торцы горизонтальных лопастей жестко прикреплены к основаниям, которые выполнены из материала с эффектом памяти формы и жестко закреплены на боковых поверхностях 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 блокам 9, выполненными из материала с эффектом памяти формы, например, из сплава титана и никеля с 50,5% содержанием никеля. Основания 9 жестко закреплены на внешней боковой поверхности участков 10, внутри которых расположены катушки-индукторы 11. Горизонтальные лопасти 8 выполнены, например, из нержавеющей стали или титанового сплава. Обмотки 12 катушек-индукторов 11 соединены друг с другом и с контактными кольцами 13, изготовленными, например, из меди. Контактные кольца 13 жестко закреплены на внешней поверхности верхней части 14 центрального вертикального вала 7, выходящей за пределы купола 3. С контактными кольцами 13 соприкасаются электропроводящие щетки 15 узла скользящего токосъема 16, жестко закрепленного на наружной поверхности купола 3. Электропроводящие щетки 15 соединены с источником переменного напряжения 17.

Верхняя часть 14 центрального вертикального вала 7 жестко соединена с валом привода 18, 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 19 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 20, соединенному с шаровым краном 21 для подачи биогаза. Купол 3 выполнен съемным.

На куполе 3 герметичного цилиндрического резервуара 1 установлены загрузочный патрубок 22 для подачи перерабатываемой биомассы, датчик давления 23, патрубок 24 для отвода биогаза. Патрубок 24 соединен через трубопровод 25 выхода биогаза с газгольдером, который на чертеже не показан. В днище 4 герметичного цилиндрического резервуара 1 установлен патрубок 26 для выгрузки переработанного субстрата.

Спиралевидная перфорированная труба 5 через стальной уголок 20 и шаровой кран 21 соединена с трубопроводом 27 для подачи биогаза и компрессором, который на чертеже не показан, соединенным с газгольдером. На внешней поверхности вертикального герметичного цилиндрического резервуара 1 жестко закреплен терморегулятор 28.

Биогазовая установка работает следующим образом.

Для создания анаэробности сбраживания в вертикальный герметичный цилиндрический резервуар 1 через загрузочный патрубок 22 заливают воду до верхнего уровня купола 3. Далее часть воды сливают из вертикального герметичного цилиндрического резервуара 1, так чтобы загрузочный патрубок 22 оставался частично загруженным в воде. Затем в вертикальный герметичный цилиндрический резервуар 1 через загрузочный патрубок 22 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 23.

Основания 9, выполненные из материала с эффектом памяти формы, при изготовлении предварительно были деформированы таким образом, что жестко прикрепленные к ним горизонтальные лопасти 8 при температурах загружаемого навоза располагают свои плоскости под углом атаки по отношению к вектору линейной скорости вращения горизонтальных лопастей 8, равным нулю.

После заполнения вертикального герметичного цилиндрического резервуара 1 биомассой включают источник переменного напряжения 17. По обмоткам 12 катушек-индукторов 11 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 18, который начинает вращать центральный вертикальный вал 7. В этом случае подача электрического тока от неподвижного источника переменного напряжения 17 на обмотки 12 вращающихся катушек-индукторов 11 происходит с помощью узла скользящего токосъема 16, в котором электропроводящие щетки 15 скользят по поверхности контактных колец 13.

Так как в начале процесса нагрева горизонтальных лопастей 8, когда плотность биомассы еще значительна, их угол атаки равен нулю, и момент сопротивления вращению горизонтальных лопастей 8 со стороны биомассы минимален. По мере нагрева оснований 9, горизонтальных лопастей 8 и биомассы, плотность биомассы уменьшается, основания 9 скручиваются благодаря мартенситовым превращениям вокруг осей, перпендикулярных оси вращения центрального вертикального вала 7. В результате угол атаки горизонтальных лопастей 8 становится отличным от нуля, следовательно, повышается эффективность перемешивания нагретой биомассы.

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 24 и трубопровод 25 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 21, после чего находящийся в компрессоре биогаз по трубопроводу 27 под давлением поступает в спиралевидную перфорированную трубу 5, выходит через отверстия 19 в биомассу, ускоряя процесс поднятия образованным метановым брожением пузырьков биогаза.

При превышении температуры перемешиваемой биомассы допустимого значения, например 36-38°С, терморегулятор 28 отключает источник переменного напряжения 17.

Выгрузку переработанных отходов осуществляют периодически через патрубок 26.

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

Изменение угла атаки горизонтальных лопастей 8 обусловливает возможность автоматического изменения момента сопротивления вращению горизонтальных лопастей 8 в зависимости от плотности перемешиваемой биомассы, что приводит к уменьшению потребления электроэнергии приводом.

Изобретение предназначено для анаэробного сбраживания органических отходов сельскохозяйственного производства с получением биогаза и органических удобрений. Установка содержит герметичный вертикальный цилиндрический резервуар, установленные в резервуаре барботажное перемешивающее устройство, вертикальную мешалку, состоящую из центрального вертикального вала с горизонтальными лопастями. Внутри полого центрального вертикального вала 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. С контактными кольцами соприкасаются электропроводящие щетки узла скользящего токосъема, выводы электропроводящих щеток предназначены для соединения с источником переменного напряжения. Участки центрального вертикального вала, в которых расположены катушки-индукторы, снабжены горизонтальными лопастями из электропроводящего материала, при этом торцы горизонтальных лопастей жестко прикреплены к основаниям, которые выполнены из материала с эффектом памяти формы и жестко закреплены на боковых поверхностях участков центрального вертикального вала, в которых расположены катушки-индукторы. Установка обеспечивает снижение потребления электроэнергии. 1 ил.

Биогазовая установка, содержащая герметичный вертикальный цилиндрический резервуар с технологическими патрубками, снабженный куполом и днищем, имеющими 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, состоящая из центрального вертикального вала с горизонтальными лопастями, верхний конец центрального вертикального вала 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, внутри полого центрального вертикального вала 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, предназначенные для соединения с источником переменного напряжения, участки центрального вертикального вала, в которых расположены катушки-индукторы, снабжены горизонтальными лопастями из электропроводящего материала, отличающаяся тем, что торцы горизонтальных лопастей жестко прикреплены к основаниям, которые выполнены из материала с эффектом памяти формы и жестко закреплены на боковых поверхностях участков центрального вертикального вала, в которых расположены катушки-индукторы.