Биоэнергетическая установка

Биоэнергетическая установка относится к области переработки органических отходов, в том числе, сельскохозяйственных и отходов перерабатывающей промышленности, в высокоэффективные органические удобрения, биогаз, тепловую и электрическую энергию. Установка содержит приемную емкость с устройством перемешивания исходного сырья, связанную через подающий насос с метантенками, газгольдерами для хранения биогаза и линией его отвода. Новым в установке является то, что в нее введены: измельчитель-пастообразователь твердых органических отходов(1), устройство для гидроволновой обработки стоков и эффлюента (3). Кроме того, установка имеет не менее двух метантенков (4 и 5), со встроенными в каждый из них мешалками (14), газгольдером (13) и системой перелива 6 эффлюента, прошедшего полный цикл брожения. В каждом метантенке также размещено устройство для очистки его от неорганических отходов (12) без остановки технологического процесса и установлена система аварийного слива субстрата (17). Приемная емкость (2) и установка для сгущения стоков и эффлюента (3) выполнены двухсекционными, а приемная секция (2.2) емкости снабжена устройством для внесения ускорителей метанового брожения (энзимов) (15). Установка снабжена также, связанным с метантенками (4 и 5), фильтром для очистки эффлюента от аммиака (9). При этом установка оснащена электронным блоком управления, электрически связанным с измельчителем-пастрообразователем, мешалками, устройством для внесения ускорителей метанового брожения и с системой аварийного слива субстрата. Техническим эффектом является повышение производительности, надежности, безопасности работы установки; при этом исключается отрицательное влияние ее работы на окружающую среду. 1 с., 2 з.п..ф.

Полезная модель относится к области переработки органических отходов, в том числе, сельскохозяйственных, перерабатывающей и пищевой промышленности в высокоэффективные органические удобрения, биогаз, тепловую и электрическую энергию в условиях существующих производств.

Из уровня техники известны установки для переработки органических отходов, например, биогазовая установка для переработки отходов животноводства и производства удобрений (пат. России 2056393 МПК C05F 3/06, 19.03.1993 г.), содержащая блоки нейтрализации и очистки, компремирования и хранения газа, первый из которых выполнен в виде последовательно установленных накопителя навоза с жидкостным разбавителем и насосом подачи, теплообменника, метантенка и сепаратора с магистралями вывода твердой и жидкой фракций, подключенными, соответственно, через насосы-активаторы к потребителю и отстойнику, при этом перед метантенком на линии подачи подогретого навоза установлен газожидкостный эжектор, а в метантенке установлен эрлифтный барботер, соединенный по входу с выходом газожидкостного компремирования и хранения газа.

Недостатком известного решения является невозможность получения собственной электроической и тепловой энергии, достаточной для обеспечения функционирования биогазового комплекса и потребителя.

Известна также установка для производства биогаза из содержащего жидкие и твердые компоненты органического, биологически разлагаемого материала (патент России 2383497 МПК C02F 3/28, 12.12.2006 г.) Установка содержит резервуар для производства биогаза с подачей биологически разлагаемого материала и зоной сбора биогаза с выпуском биогаза, и флотационное разделительное устройство с устройством для отделения твердых компонентов разлагаемого материала от жидких; перемешивающее устройство, расположенное внутри резервуара для производства биогаза для перемешивания содержимого резервуара, а перед резервуаром производства биогаза имеется устройство разделения материала на твердую и жидкую фазы. Устройство разделения твердой фазы и жидкости снабжено шнековым прессом-сепаратором.

Недостатком известного устройства является низкая надежность работы при низких температурах окружающей среды и в условиях резкого изменения климата, а также неравномерность протекания процесса выработки биогаза при изменениях характеристик исходного сырья, неравномерности его поступления, а также необходимости дополнительных операций по транспортировке разделенных компонентов.

Наиболее близким по сущности и достигаемому техническому результату является Патент на полезную модель 110217 МПК А01С 3/00 опубл. 20.11.2011 г. «Биогазовая установка для производства биогаза из сельскохозяйственных отходов», содержащая приемную емкость с устройством перемешивания исходного сырья, связанную через насос с сепаратором, резервуар производства биогаза с аккумулятором биогаза и линией его отвода, дозатор твердого субстрата и приемный бункер со шнековым транспортером, при этом входная воронка приемного бункера размещена под входным отверстием сепаратора и дозатора, выход шнекового транспортера сообщен с резервуаром производства биогаза, а устройство перемешивания исходного сырья выполнено в виде мешалки периодического действия.

Недостатками известной установки являются:

Наличие одиночного метантенка, работающего в проточном режиме, не позволяющем при вспышке инфекционных заболеваний перевести работу метантенков с проточного в циклический режим (согласно СНиП 2.04.03-85 стр.84, п.6.356), т.е. технологическая схема работы биогазовой станции не позволяет работать в циклическом режиме. Кроме того, метантенк оснащен одной вертикальной мешалкой, требующей при монтаже уникальных грузоподъемных средств, большой мощности привода и сложной системы запуска. Не предусмотрено оборудование для очистки днища от неогранических отходов без остановки технологического процесса. Кроме того, в метантенке отсутствует средство, позволяющее сливать дозы эффлюента, прошедшие полный цикл брожения. В установке также отсутствует возможность очистки жидких органических удобрений от аммиака. Недостатком известной установки также является то, что газгольдер для хранения биогаза выполнен отдельным сооружением с системой подогрева, что увеличивает площадь застройки и усложняет конструкцию.

Техническая задача полезной модели - повышение производительности, снижение энергоемкости, повышение надежности и экологической безопасности работы установки и исключения отрицательного воздействия на окружающую среду.

Технический результат достигается за счет оснащения установки измельчителем-пастообразователем, устройством для гидроволновой обработки стоков и эффлюента (сгустителем) органических отходов, системой перелива эффлюента, установленной в метантенках и средством для очистки метантенка от неорганических отходов, также смонтированным непосредственно внутри последнего: выполнение приемной емкости и устройства для гидроволновой обработки отходов двухсекционными, снабжения установки фильтром для очистки эффлюента от аммиака и системой аварийного слива субстрата. Управление установкой осуществляется при помощи электронного блока управления.

Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что биоэнергетическая установка, содержащая приемную емкость с устройством перемешивания исходного сырья, связанную через насос с метантенками, оборудованными газгольдерами биогаза, линией подачи биогаза в когенерационную установку заключается в том, что в нее введены измельчитель-пастообразователь твердых органических отходов, установка для сгущения стоков и эффлюента (гидроволновая обработка, при которой, за счет электрогидродинамических воздействий на жидкую среду происходит разрыв молекулярных связей, что позволяет более полно использовать органическое вещество в субстрате, сократить время метанового брожения, уменьшить объем метантенков и повысить процент выхода биогаза из органических стоков, а также уменьшить расход тепловой энергии на подддержание режимов работы метантенков), а также устройство для введения ускорителей процесса метанового брожения (энзимов), система перелива эффлюэнта из метантенков, позволяющая сливать дозы, прошедшие полный цикл брожения. При этом приемная емкость и установка для сгущения стоков и эффлюента выполнены двухсекционными. Метантенки оснащены механическими радиальными и гидравлическими мешалками, встроенными в них газгольдерами и устройствами для очистки их от неорганических отходов.

Установка поясняется графическими материалами, представленными в виде схемы технологического процесса работы установки.

Биоэнергетическая установка содержит измельчитель-пастообразователь 1, связанный с приемной емкостью 2, состоящей из двух секций, соответственно, 2.1. (приемная секция подготовки отходов) и 2.2 (секция твердых отходов) с мешалками и насосами: секция 2.2., в свою очередь, соединена с секцией 3.1. устройства 3 (сгущения стоков и эффлюэнта, состоящей из двух секций 3.1.и 3.2) и с метантенками 4 и 5, В свою очередь, метантенки 4 и 5, через встроенную в них систему перелива 6 соединены с накопителем эфлюента 7 и с блоком очистки биогаза 9. Накопитель эффлюента 7 связан с фильтром очистки эффлюента от аммиака 9, который соединен с устройством сгущения (гидроволновой обработки) стоков - секция 3.2. Секция для сгущения обработанных стоков 3.2 соединена с накопителем твердых органических удобрений 10. Обе секции (3.1 и 3.2) емкости 3 соединены с накопителем технической воды 11. При этом секция 3.1 емкости 3 соединена с секцией 2.2 твердых отходов. Каждый из метантенков оснащен, встроенным в него, устройством для очистки от неорганических отходов 12, позволяющим производить очистку без прекращения работы установки, газгольдером 13 и мешалкой 14. К секции твердых отходов 2.2. приемной емкости подсоединено устройство для внесения энзимов (ускорителей метанового брожения) 15. Установка оборудована когенерационной установкой 16, имеет систему аварийного слива субстрата 17. Установка оснащена электронным блоком управления (на схеме не показан), электрически связанным с измельчителем-пастообразователем, мешалками, системой перелива, который регулирует технологический процесс.

Установка работает следующим образом.

Твердые органические отходы направляются в измельчитель-пастообразователь 1, где они измельчаются до состояния пасты, после чего попадают в секцию 2.1. приемной емкости, куда направляют также и жидкие органические отходы, где они подвергаются перемешиванию посредством механической лопастной мешалки. Полученный субстрат по трубопроводу направляется на сгущение в секцию 3.1 для гидроволновой обработки стоков. В установке происходит сгущение стоков с получением подогретой условно твердой фракции и воды. После чего, вода подается в накопитель 11, а сгущенная фракция поступает в секцию 2.2. приемной емкости, где также подвергается перемешиванию. При этом, в полученный субстрат, через устройство для внесения энзимов 15, сообщающееся с секцией 2.2., вводятся ускорители метанового брожения (энзимы). Полученная смесь подается в два метантенка 4 и 5. В метантенках фракция перемешивается механическими радиальными и гидравлическими мешалками 14 (гидравлические мешалки оснащены инжекторными соплами для разрушения элементов плавающей корки). Конструкция метантенков позволяет работать в проточном и циклическом режимах. ^Летантенки 4 и 5 работают по методу расхода и имеют систему перелива 6, которая позволяет самотеком сливать дозы эффлюента, прошедшие полный цикл брожения в накопитель 7. Подогрев субстрата в метантенках осуществляется трубчатыми нагревателями, расположенными с наружной стороны стен метантенков и защищенными теплоизоляцией (на схеме не показано). Накопители биогаза (газгольдеры) 13 встроены в метантенки. (Что, по сравнению с прототипом, более экономично и технологично). В линии подачи эффлюента на сгущение установлен фильтр очистки эффлюента от аммиака 9, эффлюент самотеком из метантенков 4 и 5 подается в накопитель 7 и, через фильтр 9, подается в секцию 3.2 установки для гидроволновой обработки эффлюента, где происходит сгущение эффлюента и получение твердой фракции органических удобрений и воды. Вода подается в накопитель 11, а твердая фракция - в накопительЮ твердых органических удобрений. Линия подачи биогаза в когенерационную установку 16 оснащена фильтрами, осушителями и контрольными приборами (блок очистки биогаза) 8. Из газгольдеров 13 (накопителей биогаза), встроенных в метантенки, биогаз, через блок очистки 8, поступает в когенерационную установку 16, где он сжигается с получением тепла и электроэнергии и откуда передается на нужды потребителя (использующего тепло и электроэнергию).

Управление технологическим процессом работы установки производится при помощи электронного программного обеспечения.

В результате применения предлагаемой конструкции (и компоновки) биоэнергетической установки повышается производительность, надежность, безопасность работы установки и предотвращается отрицательное влияние на окружающую среду. Т.е. задача, стоящая перед полезной моделью решена.

1. Биоэнергетическая установка, содержащая приемную емкость с устройством перемешивания исходного сырья, связанную через подающий насос с метатенками, газгольдерами для хранения биогаза и линией его отвода, отличающаяся тем, что в нее введены измельчитель-пастообразователь твердых органических отходов, устройство для гидроволновой обработки стоков и эффлюента, при этом установка имеет не менее двух метантенков со встроенными в каждый из них мешалками, газгольдером и системой перелива из емкости эффлюента, прошедшего полный цикл брожения, причем приемная емкость и установка для сгущения стоков и эффлюента выполнены двухсекционными, а приемная секция емкости снабжена устройством для внесения ускорителей метанового брожения, кроме того, установка снабжена связанным с метантенками фильтром для очистки эффлюента от аммиака, при этом установка оснащена электронным блоком управления, электрически связанным с измельчителем-пастрообразователем, мешалками, устройством для внесения ускорителей метанового брожения.

2. Биоэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что каждый из метантенков дополнительно оборудован устройством для его очистки от неорганических отходов без остановки технологического процесса.

3. Биоэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что она оборудована системой аварийного слива субстрата.