Генератор Биогаза своими руками

Воплощение в жизнь интересных и полезных технологий общего характера практические выкладки и руководства.

Сообщение chimik » 05.09.2008, 23:26

Выкладываю здесь подробное описание установки по производству биогаза вместе с чертежами
Журнал "Моделист-Конструктор" 1987, №1
OCR: mkmagazin.almanacwhf.ru

БИОГАЗ: И ГРЕЕТ, И ВАРИТ


ЧТО ТАКОЕ БИОГАЗ?

Изображение
Рис. 1. Схема установки для получения биогаза: А - с коническим колоколом, Б - с пирамидальным: 1 - яма ферментатора с сырьем, 2 - колокол, 3 - выпускной патрубок, 4 - трубопровод (шланг) подачи биогаза, 5 - канавка гидрозатвора с водой.

Изображение
Рис. 2. Разбухающий резервуар из тракторных камер.

Изображение
Рис. 3. Схема установки для получения биогаэа повышенной производительности. 1 - трубопровод выхода биогаза, 2 - колокол, 3 - корпус ферментатора. 4 - сырье, 5 - система подогрева сырья, 6 - раскосы металлической конструкции колокола, 7 - направляющая труба колокола, 8 - металлический каркас Теплицы, 9 - трубопровод подачи горячей воды.

Изображение
Рис. 4. Схема устройства для отвода конденсированной воды: 1 - шланг подачи биогаза, 2 - U-образная трубка, 3 - конденсированная вода.
Последний раз редактировалось chimik 05.09.2008, 23:28, всего редактировалось 1 раз.
chimik
 


Сообщение chimik » 05.09.2008, 23:30

В последнее время все большее внимание привлекают нетрадиционные - с технической точки зрения - источники энергии: солнечное излучение, морские приливы и волны и многое другое. Некоторые из них - например ветер - находили широкое применение и в прошлом, а сегодня переживают второе рождение. Одним из «забытых» видов сырья является и биогаз, использовавшийся еще в Древнем Китае и вновь «открытый» в наше время.

Что же такое биогаз? Этим термином обозначают газообразный продукт, получаемый в результате анаэробной, то есть происходящей без доступа воздуха, ферментации (перепревания) органических веществ самого разного происхождения. В любом крестьянском хозяйстве в течение года собирается значительное количество навоза, ботвы растений, различных отходов. Обычно после разложения их используют как органическое удобрение. Однако мало кто знает, какое количество биогаза и тепла выделяется при ферментации. А ведь эта энергия тоже может сослужить хорошую службу сельским жителям.

Биогаз - смесь газов. Его основные компоненты: метан (СН4) - 55-70% и углекислый газ (СО2) - 28-43%, а также в очень малых количествах другие газы, например - сероводород (H2S).

В среднем 1 кг органического вещества, биологически разложимого на 70%, производит 0,18 кг метана, 0,32 кг углекислого газа, 0,2 кг воды и 0,3 кг неразложимого остатка.

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОИЗВОДСТВО БИОГАЗА

Поскольку разложение органических отходов происходит за счет деятельности определенных типов бактерий, существенное влияние на него оказывает окружающая среда. Так, количество вырабатываемого газа в значительной степени зависит от температуры: чем теплее, тем выше скорость и степень ферментации органического сырья. Именно поэтому, вероятно, первые установки для получения биогаза появились в странах с теплым климатом. Однако применение надежной теплоизоляции, а иногда и подогретой воды позволяет освоить строительство генераторов биогаза в районах, где температура зимой опускается до - 20°. Существуют определенные требования и к сырью: оно должно быть подходящим для развития бактерий, содержать биологически разлагающееся органическое вещество и в большом количестве воду (90-94%). Желательно, чтобы среда была нейтральной и без веществ, мешающих действию бактерий: например, мыла, стиральных порошков, антибиотиков.

Для получения биогаза можно использовать растительные и хозяйственные отходы, навоз, сточные воды и т. п. В процессе ферментации жидкость в резервуаре имеет тенденцию к разделению на три фракции. Верхняя - корка, образованная из крупных частиц, увлекаемых поднимающимися пузырьками газа, через некоторое время может стать достаточно твердой и будет мешать выделению биогаза. В средней части ферментатора скапливается жидкость, а нижняя, грязеобразная фракция выпадает в осадок.

Бактерии наиболее активны в средней зоне. Поэтому содержимое резервуара необходимо периодически перемешивать - хотя бы один раз в сутки, а желательно - до шести раз. Перемешивание может осуществляться с помощью механических приспособлений, гидравлическими средствами (рециркуляция под действием насоса), под напором пневматической системы (частичная рециркуляция биогаза) или с помощью различных методов самоперемешивания.

УСТАНОВКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОГАЗА

В Румынии генераторы биогаза получили широкое распространение. Одна из первых- индивидуальных установок (рис. 1А) была введена в эксплуатацию еще в декабре 1982 года. С тех пор она успешно обеспечивает газом три соседствующие семьи, имеющие каждая по обычной газовой плите с тремя конфорками и духовкой.

Ферментатор находится в яме диаметром около 4 м и глубиной 2 м (объем примерно 25 м3), выложенной изнутри кровельным железом, сваренным дважды: сначала электрической сваркой, а затем, для надежности, газовой. Для антикоррозионной защиты внутренняя поверхность резервуара покрыта смолой. Снаружи верхней кромки ферментатора сделана кольцевая канавка из бетона глубиной примерно 1 м, выполняющая функцию гидрозатвора; в этой канавке, заполненной водой, скользит вертикальная часть колокола, закрывающего резервуар. Колокол высотой около 2,5 м - из листовой двухмиллиметровой стали. В верхней его части и собирается газ,

Автор этого проекта выбрал вариант собирания газа в отличие от других установок с помощью трубы, находящейся внутри ферментатора и имеющей три подземных ответвления - к трем хозяйствам. Кроме того, вода в канавке гидрозатвора проточная, что предотвращает обледенение в зимнее время.

Ферментатор загружается примерно 12 м3 свежего навоза, поверх которого выливается коровья моча (без добавления соды). Генератор начинает работать через 7 дней после наполнения.

Похожую компоновку имеет еще одна установка (рис. 1б). Ее ферментатор сделан в яме, имеющей квадратное поперечное сечение размерами 2X2 и глубиной примерно 2,5 м. Яма облицована железобетонными плитами толщиной 10-12 см, оштукатурена цементом и покрыта для герметичности смолой. Канавка гидрозатвора глубиной около 50 см также бетонная, колокол сварен из кровельного железа и может на четырех «ушках» свободно скользить по четырем вертикальным направляющим, установленным на бетонном резервуаре. Высота колокола примерно 3 м, из которых 0,5 м погружено в канавку.

При первом наполнении в ферментатор было загружено 8 м3 свежего коровьего навоза, а сверху залито примерно 400 л коровьей мочи. Через 7-8 дней установка уже полностью обеспечивала владельцев газом.

Аналогичную конструкцию имеет и генератор биогаза, рассчитанный на прием 6 м3 смешанного навоза (от коров, овец и свиней). Этого оказалось достаточно, чтобы обеспечить нормальную работу газовой плиты с тремя конфорками и духовкой.

Еще одна установка отличается любопытной конструктивной деталью: рядом с ферментатором уложены присоединенные к нему с помощью Т-образного шланга три большие тракторные камеры, соединенные и между собой (рис. 2). В ночное время, когда биогаз не используется и накапливается под колоколом, возникает опасность, что последний из-за избыточного давления опрокинется. Резиновый резервуар служит дополнительной емкостью. Ферментатора размером 2x2x1,5 м вполне достаточно для работы двух горелок, а при увеличении полезного объема установки до 1 м3 можно получить количество биогаза, достаточное и для обогрева жилища. Особенность этого варианта установки - устройство колокола ?138 см и высотой 150 см из прорезиненного полотна, применяемого для изготовления надувных лодок. Ферментатор представляет собой металлический резервуар ?140x300 см и имеет объем 4,7 м3. Колокол вводится в находящийся в ферментаторе навоз на глубину не менее 30 см для обеспечения гидравлического заслона выходу биогаза в атмосферу. В верхней части разбухающего резервуара предусмотрен кран, соединенный со шлангом; по нему газ поступает к газовой плите с тремя конфорками и колонке для нагрева воды. Чтобы обеспечить оптимальные условия для работы ферментатора, навоз смешивается с горячей водой. Наилучшие результаты установка показала при влажности сырья 90% и температуре 30-35°.

Для обогрева ферментатора используется и эффект теплицы. Над емкостью сооружается металлический каркас, который покрывают полиэтиленовой пленкой: при неблагоприятных погодных условиях она сохраняет тепло и позволяет заметно ускорить процесс разложения сырья.

В Румынии генераторы биогаза используются и в государственных или кооперативных хозяйствах. Вот один из них. Он имеет два ферментатора емкостью по 200 м3, закрытых каркасом с полиэтиленовой пленкой (рис. 3). Зимой навоз обогревается горячей водой. Производительность установки составляет 300-480 м3 газа в день. Такого количества вполне хватает для обеспечения всех потребностей местного агропромышленного комплекса.

ПРАКТИЧЕСКИЕ СОВЕТЫ

Как уже отмечалось, решающую роль в развитии процесса ферментации играет температура: нагрев сырья с 15 до 20° может вдвое увеличить производство энергоносителя. Поэтому часть генераторов имеет специальную систему подогрева сырья, однако большинство установок не оборудовано ею; они используют лишь тепло, выделяемое в процессе самого разложения органических веществ. Одним из важнейших условий нормальной работы ферментатора является наличие надежной теплоизоляции. Кроме того, необходимо свести к минимуму потери тепла при очистка и наполнении бункера ферментатора.

Необходимо помнить также о необходимости обеспечения биохимического равновесия. Иногда темпы производства бактериями кислот выше, чем темпы их потребления бактериями второй группы. В этом случае кислотность массы растет, а выработка биогаза снижается. Положение может быть исправлено либо уменьшением ежедневной порции сырья, либо увеличением его растворимости (по возможности, горячей водой), либо, наконец, добавкой нейтрализующего вещества - например известкового молока, стиральной или питьевой соды.

Производство биогаза гложет уменьшиться за счет нарушения соотношения между углеродом и азотом. В этом случае в ферментатор вводят вещества, содержащие азот, - мочу или в небольшом количестве соли аммония, используемые обычно в качестве химических удобрений (50 - 100 г на 1 m3 сырья).

Следует помнить, что высокая влажность и наличие сероводорода (содержание которого в биогазе может достигать 0,5%) стимулируют повышенную коррозию металлических частей установки. Поэтому состояние всех остальных элементов ферментатора следует регулярно контролировать и в местах повреждении тщательно защищать: лучше всего свинцовым суриком - в один или два слоя, а затем еще двумя слоями любой масляной краски.

В качестве трубопровода для транспортировки биогаза от выпускного патрубка в верхней части колокола установки до потребителя могут использоваться как трубы (металлические или пластмассовые), так и резиновые шланги. Их желательно вести в глубокой траншее, чтобы исключить разрывы из-за замерзания зимой конденсировавшейся воды. Если же транспортировка газа с помощью шланга осуществляется по воздуху, то для отвода конденсата необходимо специальное устройство. Самая простая схема такого приспособления представляет собой U-образную трубку, присоединенную к шлангу в самой нижней его точке (рис. 4). Длина свободной ветви трубки (х) должна быть больше, чем выраженное в миллиметрах водяного столба давление биогаза. По мере того как в трубку стекает конденсат из трубопровода, вода выливается через ее свободный конец без утечки газа.

В верхней части колокола целесообразно также предусмотреть патрубок для установки манометра, чтобы по величине давления судить о количестве накопленного биогаза.

Опыт эксплуатации установок показал, что использование в качестве сырья смеси разных органических веществ дает больше биогаза, чем при загрузке ферментатора одним из компонентов. Влажность сырья рекомендуется немного уменьшать зимой (до 88-90%) и повышать летом (92 - 94%). Вода, которую используют для разбавления, должна быть теплой (желательно 35-40°). Сырье подается порциями, по крайней мере один раз в сутки. После первой загрузки ферментатора нередко сначала вырабатывается биогаз, который содержит более 60% углекислого газа и поэтому не горит. Этот газ удаляют в атмосферу, и через 1-3 дня установка начнет функционировать нормально.
chimik
 

Сообщение chimik » 05.09.2008, 23:33

ЕЩЕ РАЗ ПРО БИОГАЗ

Редакция получила много писем по публикации «Биогаз: и греет, и варит» (см. «М-К» № 1 за 1987 год), подготовленной по материалам румынского журнала «Техниум». Читателей привлекла как сама тема, так и описываемые в статье конструкции. Многие интересуются деталями устройств биоустановок, спрашивают, как изготовить отдельные узлы. Дополнительные разъяснения и рекомендации возможных решений элементов конструкций дает наш консультант инженер П. Зак.

У читателей прежде всего возникает вопрос о согласовании имеющихся потребностей с размерами установки. Так многие и пишут: размер дома, скажем, 5X6 м (или объем, например, 150 м3), семья - 4 человека, надо обогреваться и кухню обеспечить; каких размеров требуется установка?

Имеющийся опыт свидетельствует, что в среднем на отопление дома площадью 40-50 м2 и четырехконфорочную плиту необходимо в час 3,0-3,5 м3 биогаза. При оборудовании местной системы обогрева можно использовать широко применяемый автоматический отопительный газовый водонагреватель АОГВ-11, 3-3-У.

Важный фактор, определяющий интенсивность газообразования, - температура процесса. Не следует забывать, что в статье «Биогаз: и греет, и варит» описан опыт, относящийся к стране с достаточно мягким климатом. Видимо, для более суровых климатических условий подогрев нужнее, возможно, даже и в установившемся процессе. А если подогрев предусматривать, то представляется целесообразным использовать его как эффективный регулирующий фактор, за счет которого можно увеличить газообразование в несколько раз. (Об еще одном управляющем факторе - перемешивании - скажем далее.)

Теперь, учитывая совместное влияние названных факторов на мощность установки, можно дать некоторые рекомендации.

При выборе размеров ферментатора можно ориентироваться на варианты, приведенные в прошлой публикации; с учетом более сурового климата стоит добавить в установку нагревательный элемент, например, в виде змеевиков. Пробная эксплуатация сразу позволит выявить влияние нагрева на производительность устройства. Для систематизации доводочных работ рекомендуется завести тетрадь (не полагаясь на память) и записывать все изменения - как вводимые, так и получаемые. Практика показывает, что каждые 10° дополнительного нагрева биомассы удваивают выход газа с 1 м3 ферментатора.

Вот некоторые данные для тех, кто собирается заняться проектированием установки. Из 1 т сырья получается 80-100 м2 газа. Его теплотворная способность примерно 5500-6000 ккал/м3. Для сравнения: бытовой газ не намного калорийнее - всего 7000 ккал/м 3.

Теперь о биологии процесса. Метанопроизводящие бактерии имеются в самом сырье. Культуры их развиваются в ферментаторе до трех недель, пока масса не начнет выделять газ. При использовании готовой «закваски» из предыдущей порции из уже работающего ферментатора срок начала выработки газа сокращается примерно до недели.

Метанопроизводящие бактерии разделяются на три группы. Психрофильные эффективно работают в диапазоне +5...+20°. При дальнейшем повышении температуры развиваются мезофильные бактерии, их рабочий диапазон +30...+42°. А при еще более высокой температуре проявляется действие уже термофильных бактерий, которые работают в очень узком диапазоне: +54...+56°.

Большое число вопросов относится к конструкции установки, в первую очередь - созданию возможности периодической дозаправки сырья и перемешивания биомассы без разгерметизации колокола. Прежде всего нужно сказать, что беспрерывную выработку газа можно получить путем дублирования установок. С двумя ферментаторами при поочередной их перезаправке удается обойтись без усложнения конструкции.

Поэтому будущему создателю установки для производства биогаза следует сравнить, применительно к своим возможностям, три схемы: простейшая с периодической перезаправкой; спаренные простейшие, с поочередной перезаправкой; со специальным устройством, обеспечивающим непрерывную подачу газа.

Выбирая третью схему, надо иметь в виду, что для работы ферментатора требуется не только дозаправка сырьем, но и удаление отходов.

В последней схеме дозаправка сырья и удаление отходов не равнозначны по периодичности. Так, удаление отходов можно совмещать с остановкой процесса на чистку и ревизию системы. Что же касается дозаправки, то она делается чаще и осуществляется проще: ежедневно снизу убирается 1/10 объема и сверху добавляется столько же свежего биосырья.

Один из возможных путей дозаправки ферментатора без потери газа основан на так называемом принципе сообщающихся сосудов. Для этого рядом с ямой ферментатора устраивается небольшая заправочная емкость, соединенная с ней трубопроводом, расположенным ниже уровня жидкости (рис. 1). Трубопровод делается из куска керамической канализационной или асбоцементной трубы, которая вмуровывается в стенки емкостей. Такая система сама по себе является жидкостным затвором газа. Повысить эффективность подачи концентрата можно с помощью вставной воронки-бункера (рис. 1a). Проталкивать гущу через трубопровод можно и простейшим сетчатым поршнем. Одновременно он используется и в качестве заслонки, препятствующей самоперемешиванию биомассы между обеими емкостями.

Изображение

Много вопросов вызывает необходимость периодического перемешивания биомассы. Как выполнять эту операцию без разгерметизации? Не все знают о возможности ее самоперемешивания. Вспомним эффект конвекции: его можно наблюдать в комнате, когда какая-нибудь пушинка оказывается над батареей отопления, плывет вверх, опускается у противоположной стены и снова увлекается воздушным потоком к батарее. Этот эффект тепловой циркуляции среды нетрудно получить и в ферментаторе, если разместить в нижней его части подогревательные трубы (змеевик), сместив их к одному краю; конвекция обеспечит самоперемешивание. В начавшемся процессе газообразования к этому добавится эффект подъема газовых пузырьков в зоне, находящейся над подогревателем.

Несложно сделать и механический перемешиватель биомассы. Особенно целесообразен он в местности с мягким климатом, где отпадает необходимость в использовании подогрева. Как показывает практика, лучше это предусмотреть заранее. Ведь если система сама выйдет на подогрев, то зачем тогда, спрашивается, тратить энергию на перевешивание. Кроме того, вовсе не обязательно перемешивать массу непрерывно. Можно делать это периодически, например, утром и вечером. Стоит даже превратить эту операцию в дополнительную, регулировочную. Для этого достаточно следить за положением колокола: как только он опустится к нижнему уровню (малый запас газа), надо перемешать биомассу - и выделение газа тотчас же увеличится.

Изображение

Простейшую мешалку несложно изготовить в виде крыльчатки с приводом гибкими связями через тот же сифонный трубопровод (рис. 3). При этом нет необходимости в непрерывном вращении в одну сторону. Если мешалка имеет радиальные лопасти, достаточно качательных движений. Можно ограничиться и одной лопастью (рис. 2). Вообще здесь простор для собственных решений. В качестве тяг лучше использовать негниющие материалы, например, изолированный электропровод или капроновый (хлоридный) шнур, продающийся в хозяйственных магазинах как бельевой.

Существует и проблема устойчивости колокола. Читатели, внимательно изучившие материал «Биогаз: и греет, и варит», уже подметили, что если схемы, изображенные на рисунке 1, осуществить, не дорабатывая конструкцию, то колокол может потерять равновесие сразу, как всплывет: либо опрокинется, либо заклинит. На рисунке 3 в той же публикации не случайно предусмотрена направляющая труба для колокола, но подобная установка сложнее для домашнего изготовления.

На рисунке мы показываем схему уравновешивания колокола с двумя блоками (рис. 4а) и противовесом и вариант «журавль» (рис. 4б). Погрешность, получающаяся за счет нестрого вертикального перемещения точки подвески колокола на «журавле» (по дуге окружности), пренебрежима в связи со значительным превышением плеча рычага над ходом коромысла.

Изображение

Такая система уравновешивания колокола выгодна еще и тем, что ее можно использовать в качестве подъемного устройства при ревизии и очистке ферментатора. Учитывая это, нетрудно дополнить конструкцию некоторыми вспомогательными элементами: блоки лучше расположить на повторной стреле (ведь только приподнять колокол, чтобы работать под ним, категорически не разрешается - «НЕ СТОЙ ПОД ГРУЗОМ!»). Стоит сделать поворотной и опору коромысла «журавля», а противовес наборным, как на складских весах. Но если в вашей местности морозов не бывает, предусмотрите противовес в виде емкости, заполненной водой.
chimik
 

Сообщение chimik » 05.09.2008, 23:33

Самое же серьезное затруднение, стоящее на пути самодельщика, - изготовление колокола. Оцинкованное кровельное железо позволяет придать ему нужную форму простыми средствами, к тому же он будет нетяжелым. Но недолговечность такого материала при быстрой коррозии в условиях агрессивной среды заставляет искать другие варианты. Поэтому мы настоятельно советуем присмотреться к доступному металлолому. Старые емкости, например, от нефтепродуктов, будучи обрезанными, могут оказаться очень подходящим полуфабрикатом, как по форме (обычно с приварными сферическими днищами), так и по толщине листового материала: от 2 до 5 мм.

Видимо, ходовыми размерами колокола будут ?2-3 м и такая же высота. Если «бочка» окажется меньше, стоит подумать, делать ли большой колокол или взять два поменьше (например, ?1,5 м), заодно вернувшись к варианту спаренных простейших установок.

У некоторых читателей возник вопрос об определении давления газа. Видимо, они не обратили внимания на очевидное: как только колокол всплывет - сила давления газа достигла величины массы колокола. Поясним это на примере. При диаметре юбки колокола 2 м площадь ее сечения составит S = ?R2 = 3,14X1=3,14 м2 = 31 400 см2. При толщине стенки колокола 5 мм и высоте 2 м вес его составит около 500 кг. Допустим, что фактический вес колокола равен 470 кг. Тогда колокол всплывет при давлении газа 0,15 атм. (В системе СИ масса М = 470 кг, сила веса G = = 4700 Н, давление газа р = 4700:31 400=0,15 Н/см2 = 0,15 атм).

По мере подъема колокола давление почти не изменится, его повышение будет происходить только за счет вытеснения объема жидкости, равного всплывшей части стенок колокола.

Отмечая невысокое давление газа, видим, что его (в случае необходимости) можно повысить простым способом: установить на колоколе дополнительный груз, расположив его пониже, для лучшего равновесия колокола.

Несколько любопытных примеров для сравнения. Давление газа в городской сети находится в пределах 200-300 мм вод. ст., а допускаемое - до 600 мм вод. ст. В нашей же системе это давление должно быть также предельным. Естественно, возникает вопрос: разве личное подворье способно дать биосырья в достаточном количестве? Конечно же, нет. Наши рекомендации относятся в первую очередь к кооперативным животноводческим хозяйствам, получающим с каждым днем все большее развитие. Кроме того, резервы, и немалые кроются в колхозах и совхозах: иногда возле животноводческих ферм скапливается значительное количество навоза, который никак не используется. Местные жители могли бы его утилизировать, а затем уже вывозить на поля. Ведь отработанное сырье из ферментатора практически не теряет свою ценность как удобрение. Налицо двойная экономическая выгода.

В заключение вновь обращаемся к читателям с просьбой делиться своим опытом в конструировании и эксплуатации биогазозых установок.

Источник: "Моделист-Конструктор" 1988, №5
chimik
 

Сообщение Че Гевара » 11.01.2009, 01:19

Мудренная схема приведена ниже.

Имя изобретателя: Осмонов Орозмамат Мамасалиевич (RU); Ковалев Дмитрий Александрович (RU)
Имя патентообладателя: Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) (RU)

БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БИОГАЗА ИЗ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ОТХОДОВ

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно 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.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к установкам для переработки органических отходов сельскохозяйственного производства в анаэробных условиях, и может быть использовано для производства биогаза из органических отходов.

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 Р.А., Бессараб А.С., Драганов Б.Х., Рудобашта С.П., Шишко Г.Г. Теплоэнергетические установки и системы сельского хозяйства. - М.: Колос-Пресс, 2002, с.269, рис.11.51).

Известен также биоэнергокомлекс, 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 F 11/04, опубликовано 15.05.1992).

Недостатком известного биоэнергокомплекса 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.

1.gif

2.gif
2.gif (12.61 КБ) Просмотров: 6384

Сущность изобретения поясняется фиг.1 и фиг.2.

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

На фиг.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 гелиоколлектор 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 вытеснительными поршнями (Кудрин О.И. Солнечные высокотемпературные космические энергодвигательные установки. Под ред. В.П.Белякова. - М.: Машиностроение, 1987. - 248 с.) имеет следующие 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 вытеснительными 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 деструкции органических веществ биомассы в метантенке 3 выделяется биогаз, который через трубопровод отвода биогаза 2 поступает и накапливается в газгольдере 1.
Последний раз редактировалось Че Гевара 11.01.2009, 01:46, всего редактировалось 1 раз.
Че Гевара
Друг ЦИАН
Друг ЦИАН
 
Сообщения: 246
Зарегистрирован: 04.01.2009, 17:37

Сообщение Че Гевара » 11.01.2009, 01:19

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, трубопроводы 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.
Последний раз редактировалось Че Гевара 11.01.2009, 01:46, всего редактировалось 1 раз.
Че Гевара
Друг ЦИАН
Друг ЦИАН
 
Сообщения: 246
Зарегистрирован: 04.01.2009, 17:37

Сообщение Professor » 26.01.2014, 21:49

Вот на видео показывают как самостоятельно такую установку построили.
Установка простая, если добавить мешалку и отопитель, то можно будет еще и регулировать процесс.



Изображение

Закупка навоза думаю выйдет гораздо дешевле, а то и вообще бесплатно.
Аватара пользователя
Professor
Частый гость
Частый гость
 
Сообщения: 49
Зарегистрирован: 02.01.2014, 19:12



Вернуться в Мастерская и сделанное своими руками



Кто сейчас на конференции

Зарегистрированные пользователи: Bing [Bot], Google [Bot], Yandex [Bot]