RU2539100C1 - Biogas unit - Google Patents
Biogas unit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2539100C1 RU2539100C1 RU2013132095/10A RU2013132095A RU2539100C1 RU 2539100 C1 RU2539100 C1 RU 2539100C1 RU 2013132095/10 A RU2013132095/10 A RU 2013132095/10A RU 2013132095 A RU2013132095 A RU 2013132095A RU 2539100 C1 RU2539100 C1 RU 2539100C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- electric
- biogas
- energy
- generator
- Prior art date
Links
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 40
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims abstract description 24
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims abstract description 24
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 15
- 230000029087 digestion Effects 0.000 claims description 7
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 claims description 5
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 claims description 5
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 7
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 6
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 4
- AYEKOFBPNLCAJY-UHFFFAOYSA-O thiamine pyrophosphate Chemical compound CC1=C(CCOP(O)(=O)OP(O)(O)=O)SC=[N+]1CC1=CN=C(C)N=C1N AYEKOFBPNLCAJY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 4
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 3
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 239000012531 culture fluid Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 229940057995 liquid paraffin Drugs 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Treatment Of Sludge (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к биоэнергетике и предназначено для увеличения эффективности работы бродильных агрегатов в составе метантенков и биогазовых установок (БГУ).The present invention relates to bioenergy and is intended to increase the efficiency of the fermentation units in the digesters and biogas plants (BSU).
Существующие БГУ затрачивают значительную часть вырабатываемого ими биогаза для поддержания нужного температурного режима субстрата путем сжигания биогаза в водогрейных котлах [1]. Часто используется для этих целей внешняя тепловая или электрическая энергия, в том числе от некоторых возобновляемых источников.Existing biogas plants spend a significant part of the biogas they produce to maintain the required temperature of the substrate by burning biogas in hot water boilers [1]. Often used for these purposes is external thermal or electrical energy, including from some renewable sources.
Известен «Биоэнергокомплекс» по авторскому свидетельству СССР №1527191 для анаэробного сбраживания биомассы с использованием энергии солнца [2] (аналог).Known "Bioenergocomplex" according to the author's certificate of the USSR No. 1527191 for anaerobic digestion of biomass using solar energy [2] (analog).
Биоэнергокомплекс содержит резервуар-реактор, коллектор солнечной энергии, теплообменники, насос, причем коллектор выполнен в виде горячего ящика с селективным остеклением и расположен с наклоном, а теплообменники сообщены через насос принудительной циркуляции.The bioenergocomplex contains a reactor tank, a solar energy collector, heat exchangers, a pump, the collector made in the form of a hot box with selective glazing and located with a slope, and the heat exchangers communicated through a forced circulation pump.
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности поддерживать необходимую температуру в реакторе в ночное время, в зимний период, а также при наличии сильной облачности, когда величина солнечной инсоляции незначительна.The disadvantage of this device is the inability to maintain the required temperature in the reactor at night, in winter, and also in the presence of strong cloudiness, when the magnitude of solar insolation is insignificant.
Известна также «Биогазовая установка» (аналог) по патенту №2065408 РФ, использующая энергию солнца и ветра [3].Also known "Biogas plant" (analogue) according to the patent No. 2065408 of the Russian Federation, using the energy of the sun and wind [3].
Данная установка содержит реактор, разделенный перегородкой на две сообщающиеся камеры, загрузочный люк для биомассы и люк выгрузки сброженной массы, а также - теплообменник от солнечной нагревательной установки и устройства перемешивания в виде двух рядов лопаток, соединенные с ветродвигателем, причем теплообменник вмонтирован в вертикальную перегородку.This installation contains a reactor divided by a partition into two interconnected chambers, a loading hatch for biomass and a hatch for unloading the fermented mass, as well as a heat exchanger from a solar heating installation and a mixing device in the form of two rows of blades connected to a wind turbine, the heat exchanger being mounted in a vertical partition.
Недостатком данного устройства является также отсутствие возможности точно поддерживать температуру сбраживания биомассы в любой временной период.The disadvantage of this device is the lack of the ability to accurately maintain the fermentation temperature of biomass at any time period.
В книге «Обработка сточных вод и осадков в метантенках» [4] на с.14 указывается: «… с момента установления температуры бактериальные культуры адаптируются к ней; изменение ее на 3-4°C могут привести к торможению метанового и возобновлению кислого брожения…». Солнечный коллектор не способен стабильно поддерживать необходимую температуру в реакторе при отсутствии или слабой солнечной инсоляции.In the book “Treatment of wastewater and sediment in digesters” [4] on p.14 it is stated: “... from the moment the temperature is established, the bacterial cultures adapt to it; changing it by 3-4 ° C can lead to inhibition of methane and the resumption of acid fermentation ... ” The solar collector is not able to stably maintain the required temperature in the reactor in the absence or weak solar insolation.
Другим недостатком этого устройства является использование ветродвигателя непосредственно для перемешивания биомассы в реакторе. В книге «Системы ферментации» [5] на с.21 разъясняется: «… таким образом, основной задачей перемешивания является предотвращение оседания материала, разрушение верхней корки, десорбция биогаза и обеспечение гомогенности культуральной жидкости по физико-химическим параметрам…».Another disadvantage of this device is the use of a wind turbine directly for mixing biomass in the reactor. In the book “Fermentation Systems” [5] on p.21 it is explained: “... thus, the main task of mixing is to prevent settling of the material, destruction of the upper crust, desorption of biogas and ensuring the homogeneity of the culture fluid according to physico-chemical parameters ...”.
Энергия ветра не является стабильной величиной. На территории РФ ветровые потоки в летнее время имеют диапазоны 0,5…2 м/с, что недостаточно для работы ветроэнергетических установок. Требуемый режим перемешивания биомассы через каждые 2…3 часа по несколько минут от ветродвигателей не будет обеспечен, что приведет к образованию в реакторе корки на поверхности жидкости и осадка на дне реактора. Известен также «Ферментатор-газгольдер» [6] по авторскому свидетельству №1583367 СССР, в котором частично решается задача сокращения тепловых потерь.Wind energy is not a stable quantity. In the Russian Federation, wind flows in the summer have ranges of 0.5 ... 2 m / s, which is insufficient for the operation of wind power plants. The required mode of biomass mixing every 2 ... 3 hours for several minutes from the wind turbines will not be provided, which will lead to the formation in the reactor of a crust on the surface of the liquid and sediment at the bottom of the reactor. The “Fermenter-gas holder" [6] is also known according to the author's certificate No. 1583367 of the USSR, in which the task of reducing heat losses is partially solved.
Ферментатор-газгольдер содержит корпус с двойными стенками, между которыми размещен теплоноситель (парафин) с фазовым переходом, теплообменник ввиде трубчатого замкнутого змеевика с горизонтальным верхним участком, заполненным другим теплоносителем (металлическим натрием), при этом верхний участок теплообменника снабжен расположенным коаксиально вокруг него прозрачным вакуумным патрубком и установленной над ним линзой с линейным фокусом и подвижными кронштейнами. Ферментатор-газгольдер содержит также заправочный и сливной патрубки с вентилями, штуцер для выпуска биогаза и плоскую спиральную мембрану для периодического перемешивания биомассы путем ее встряхивания при сбросе давления биогаза.The fermenter-gas holder contains a housing with double walls, between which there is a coolant (paraffin) with a phase transition, a heat exchanger in the form of a closed tubular coil with a horizontal upper section filled with another coolant (metal sodium), while the upper section of the heat exchanger is provided with a transparent vacuum located coaxially around it a nozzle and a lens mounted above it with a linear focus and movable brackets. The fermenter-gas holder also contains filling and drain pipes with valves, a nozzle for biogas discharge and a flat spiral membrane for periodic mixing of biomass by shaking it when the biogas pressure is released.
Недостатком данного устройства является также невозможность длительное время поддерживать стабильную температуру сбраживаемой биомассы. Из описания авторского свидетельства №1583367 следует, что температура участка змеевика с металлическим натрием может разогреваться от солнца оптической системой до 530°C. Это следствие перегрева жидкого парафина, размещенного между двойными стенками корпуса, и соответственно перегрев сбраживаемой биомассы.The disadvantage of this device is the inability for a long time to maintain a stable temperature of the fermented biomass. From the description of copyright certificate No. 1583367 it follows that the temperature of the coil section with metallic sodium can be heated from the sun by the optical system to 530 ° C. This is a consequence of overheating of liquid paraffin placed between the double walls of the casing, and, accordingly, overheating of the fermented biomass.
Эффективное время стабилизации температуры биомассы будет находиться только в диапазоне температуры расплава всего объема парафина до его затвердения (для парафина марки «B5» температура плавления Tплавл=46°C). Таким образом, диапазоны температур до температуры плавления вещества с фазовым переходом и диапазоны после полного расплавления данного объема вещества (перегрев) не могут быть полезно использованы в данном реакторе. Этот недостаток обусловлен тем, что рабочие тела (парафин, металлический натрий) находятся внутри ферментатора-газгольдера. Кроме того, в данном устройстве не предотвращается образование корки, так как при слабом поступлении биогаза спиральная пружина будет срабатывать эпизодически.The effective stabilization time of the biomass temperature will be only in the melt temperature range of the entire paraffin volume until it hardens (for B5 brand paraffin, the melting temperature is Tmelt = 46 ° C). Thus, the temperature ranges up to the melting point of a substance with a phase transition and the ranges after the complete melting of a given volume of a substance (overheating) cannot be useful in this reactor. This disadvantage is due to the fact that the working fluid (paraffin, metallic sodium) is inside the fermenter-gas holder. In addition, in this device, crust formation is not prevented, since with a weak biogas supply, the coil spring will trigger occasionally.
Известна также «Автономная система энергоснабжения сельского хозяйства от нетрадиционных возобновляемых источников питания» (аналог) по авторскому свидетельству СССР №1800073, использующих энергию солнца и ветра [7].Also known is the "Autonomous energy supply system for agriculture from non-traditional renewable power sources" (analogue) according to the USSR author's certificate No. 1800073, using solar and wind energy [7].
В данной системе ставится задача максимального обеспечения тепловой и электрической энергией потребителей с целью «…создать комфортные условия труда и быта людей в районах, удаленных от централизованного электро-, газо-, водо- и теплоснабжения в труднодоступных районах»…, в том числе с использованием солнечной и ветровой энергии.This system sets the task of maximizing the supply of thermal and electric energy to consumers with the goal of "... creating comfortable working and living conditions for people in areas remote from centralized electricity, gas, water and heat supply in hard-to-reach areas" ..., including using solar and wind energy.
Данная автономная система содержит тепловую электрическую станцию с котлом, паровой турбиной и конденсатором, солнечную тепловую электростанцию с солнечными коллекторами, тепловой аккумулятор для солнечного коллектора, ветровую станцию, электрохимический аккумулятор, биогазовую установку с блоком распределения газа, инверторы для электрической сети потребителей, трубопроводы, датчики и диспетчерский пульт.This autonomous system contains a thermal power station with a boiler, a steam turbine and a condenser, a solar thermal power station with solar collectors, a heat accumulator for the solar collector, a wind station, an electrochemical battery, a biogas plant with a gas distribution unit, inverters for the consumers' electrical network, pipelines, sensors and control room.
Основным звеном в этой конструкции является теплоэлектрическая станция (ТЭС), которая должна вырабатывать как тепловую и электрическую энергию для потребителей, так и обеспечивать горячей водой тепловой аккумулятор солнечного коллектора, соединенного с теплообменником метантенка биогазовой установки. Топливом для ТЭС служит биогаз с данной установки, которого явно будет недостаточно, поэтому авторы предусматривают для ТЭС дополнительное жидкое или газообразное топливо.The main link in this design is the thermoelectric station (TPP), which should generate both thermal and electric energy for consumers, and provide hot water to the solar battery of the solar collector connected to the heat exchanger of the digester of the biogas plant. Biogas from this installation, which will obviously be insufficient, serves as fuel for TPPs, so the authors provide for additional TPPs for liquid or gaseous fuel.
Ветровая станция в системе состоит из двух ветроколес: первое ветроколесо через редуктор работает на мешалку, а второе ветроколесо - на электрический генератор, соединенный через коммутатор и инвертор с сетью.The wind station in the system consists of two wind wheels: the first wind wheel through the gearbox works for the mixer, and the second wind wheel - for the electric generator connected through the switch and the inverter to the network.
Выше уже указывалось, что энергия ветра не является стабильной величиной и требуемый режим перемешивания биомассы мешалкой от ветра не будет обеспечен [5], так как при отсутствии ветра не работает первое ветроколесо и отсутствует перемешивание биомассы, а при длительном отсутствии солнечной инсоляции работа биогазовой установки зависит от ТЭС. Работа второго ветроколеса на генератор, как указывают авторы, обеспечивается только в «ветренные дни», которых чрезвычайно мало на равнинных территориях страны.It was already indicated above that wind energy is not a stable value and the required mode of biomass mixing by a wind mixer will not be ensured [5], since in the absence of wind the first wind wheel does not work and biomass mixing is absent, and in the absence of solar insolation for a long time the operation of a biogas plant depends from TPP. The work of the second wind wheel on the generator, as the authors point out, is provided only in the "windy days", which are extremely few in the flat territories of the country.
Основной недостаток данной системы в наличии ТЭС, без которой она не работоспособна. Кроме того, это устройство сложно в реализации, что обусловлено требованиями к ее автономности и необходимости снабжать потребителей (коммунально-бытовых и производственных) как тепловой так еще и электрической энергией.The main disadvantage of this system is the availability of thermal power plants, without which it is not operational. In addition, this device is difficult to implement, due to the requirements for its autonomy and the need to supply consumers (household and industrial) with thermal as well as electric energy.
В отличие от данного аналога «Биогазовая установка», предлагаемая авторами, решает задачу максимальной выработки биогаза путем создания оптимальных режимов непрерывного сбраживания биомассы. Наиболее близким техническим решением (прототипом), решающим настоящую задачу, является «Установка для анаэробного сбраживания органических отходов с получением биогаза» по патенту РФ №2073360, заявитель АО Центр «ЭкоРос» [8].In contrast to this analogue, the “Biogas plant”, proposed by the authors, solves the problem of maximum biogas production by creating optimal modes of continuous biomass fermentation. The closest technical solution (prototype) that solves this problem is the "Installation for anaerobic digestion of organic waste with biogas" according to the patent of the Russian Federation No. 2073360, applicant JSC Center "EcoRos" [8].
Данная установка содержит камеры сбраживания в метантенке и энергетический блок, подключенный к газгольдеру по линии отбора биогаза с метантенка. Энергетический блок, сжигая биогаз, вырабатывает тепловую и электрическую энергию. Тепловая энергия с блока через элементы регулирования и теплообменники в виде тепловых рубашек поступает в камеры сбраживания. Водяные рубашки камер брожения снабжены также теплоэлектронагревателями, подключенными к линии электроэнергии с энергетического блока.This installation contains digestion chambers in the digester and an energy unit connected to the gas tank through the biogas extraction line from the digester. The energy block, burning biogas, produces thermal and electrical energy. Thermal energy from the unit through the control elements and heat exchangers in the form of thermal jackets enters the digestion chamber. Water chambers of the fermentation chambers are also equipped with heaters connected to the electric power line from the power unit.
Недостатком прототипа, так же как и предыдущего аналога, является наличие энергетического блока (ТЭС), запитанного по топливу-биогазу от метантенка данной установки. Таким образом, в холодное время года биогаз не будет вырабатываться в необходимых объемах для работы энергетического блока (ТЭС) или он будет использоваться только для собственных нужд, т.е. только для поддержания необходимых температурных режимов камер сбраживания. В данной установке не используется дополнительный внешний теплоаккумулятор с большой теплоемкостью, тепловая энергия с которого могла бы накапливаться, в том числе, от источников возобновляемой энергии и от избыточной (неиспользуемой) в данный момент электроэнергии сетей, что позволило бы работать установке и в холодное время года.The disadvantage of the prototype, as well as the previous analogue, is the presence of an energy block (TPP) powered by biogas fuel from the digester of this installation. Thus, in the cold season, biogas will not be produced in the required volumes for the operation of the energy block (TPP) or it will be used only for own needs, i.e. only to maintain the necessary temperature conditions of the digestion chambers. This installation does not use an additional external heat accumulator with a large heat capacity, the thermal energy from which could be accumulated, including from renewable energy sources and from the excess (unused) electricity of the networks at the moment, which would allow the installation to work in the cold season .
Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков установки прототипа.The objective of the present invention is to remedy these disadvantages of the installation of the prototype.
Технический результат предлагаемого решения заключается в повышении эффективности работы биогазовых установок и увеличении объема перерабатываемой биомассы.The technical result of the proposed solution is to increase the efficiency of biogas plants and increase the volume of processed biomass.
Конкретные формы выполнения технического результата выражаются в следующем:Specific forms of the technical result are expressed in the following:
- увеличение объема вырабатываемого биогаза, в том числе, в холодное время года, за счет использования внешнего автономного теплоаккумулятора большой теплоемкости, входящего в состав блока источников возобновляемой энергии;- an increase in the volume of biogas produced, including in the cold season, through the use of an external autonomous heat accumulator of high heat capacity, which is part of the block of renewable energy sources;
- увеличение эффективности работы БГУ за счет экономии энергоресурсов путем нагрева теплоаккумулятора через использование разных источников возобновляемой тепловой и электрической энергии, в том числе - электроэнергии по дешевым ночным тарифам от сетей с избыточной (не востребованной в данный период) электрической энергии;- increasing the efficiency of the BSU by saving energy by heating the heat accumulator through the use of various sources of renewable heat and electricity, including electricity at cheap night rates from networks with excess (not needed in this period) electric energy;
- увеличение объемов перерабатываемой биомассы путем присоединения к автономному внешнему теплоаккумулятору нескольких метантенков, обеспечиваемых тепловой и электрической энергией от блока источников возобновляемой энергии.- an increase in the volume of processed biomass by connecting several digesters to the autonomous external heat accumulator, provided with thermal and electric energy from a block of renewable energy sources.
В результате поиска по источникам патентной и научно-технической информации совокупность признаков, характеризующая описываемую «Биогазовую установку», авторами не обнаружена.As a result of a search by sources of patent and scientific and technical information, the authors did not find a set of features that characterize the described “Biogas plant”.
Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию «новизна».Thus, the proposed technical solution meets the criterion of "novelty."
На основании сравнительного анализа предложенного решения с известным уровнем техники можно утверждать, что между совокупностью отличительных признаков, выполняемых ими функций и достигаемой задачи предложенное техническое решение не следует явным образом из уровня техники и соответствует критерию охраноспособности «изобретательский уровень».Based on a comparative analysis of the proposed solution with the prior art, it can be argued that between the set of distinctive features, their functions and the task achieved, the proposed technical solution does not follow explicitly from the prior art and meets the eligibility criterion of "inventive step".
Предложенное техническое решение может найти применение в составе любых метантенков биогазовых установок для увеличения эффективности их работы, уменьшения времени сбраживания и увеличения объема перерабатываемой биомассы.The proposed technical solution can find application in the composition of any digesters of biogas plants to increase the efficiency of their work, reduce the time of fermentation and increase the volume of processed biomass.
На чертеже изображена структурная схема предлагаемой «Биогазовой установки».The drawing shows a structural diagram of the proposed "Biogas plant".
Биогазовая установка содержит стандартный теплоизолированный метантенк 1 с экструдером-смесителем 2 для измельчения биомассы, камерами 3, 4, 5 соответственно гидролизного, кислотного и метанового брожения, оснащенными теплообменниками 6, 7, 8, электромешалками 9 и насосами 10. Биогаз с метановой секции метантенка поступает в газгольдер 11.The biogas plant contains a standard thermally insulated digester 1 with an extruder-mixer 2 for grinding biomass, chambers 3, 4, 5 respectively of hydrolysis, acid and methane fermentation, equipped with heat exchangers 6, 7, 8, electric mixers 9 and pumps 10. Biogas from the methane section of the digester is supplied to the gas holder 11.
К метантенку присоединен блок 12 источников возобновляемой и другой избыточной энергии, обеспечивающий тепловую и электрическую энергию для поддержания оптимальных процессов брожения.A block 12 of renewable and other excess energy sources is attached to the digester; it provides thermal and electric energy to maintain optimal fermentation processes.
В зависимости от наличия и величины ветровой или гидравлической энергии используется в работе ветроэнергетическая установка 13 или гидротурбина 14, которые через многоступенчатый мультипликатор 15 вращают электрический генератор 16, соединенный с первым ТЭНом 17 теплоаккумулятора 18 с большой теплоемкостью в теплоизолированном корпусе. Для увеличения вырабатываемой тепловой энергии на другой выход мультипликатора присоединен вихревой теплогенератор 19, нагруженный через вентиль 20 на первый теплообменник 21 теплоаккумулятора. При наличии солнечной энергии используется в работе солнечный коллектор 22, передающий тепловую энергию через вентиль 23 на второй теплообменник 24 теплоаккумулятора. Второй ТЭН 25 теплоаккумулятора через первый переключатель 26 подсоединен к электрической сети 27, второй переключатель 28 нормальнозамкнутым контактом соединен с генератором, нормальноразомкнутым контактом подключен к сети, а его переключающий контакт соединен с потребителями электроэнергии в метантенке: экструдером-смесителем, насосами, электрическими мешалками и др. (Электрические датчики, пульт управления на чертеже не показаны). Холодная вода из магистрали подается на вход 29 теплоаккумулятора, горячая вода с его выходов 30, 31, 32, 33 поступает соответственно через вентили 34, 35, 36 в теплообменники камер метанового, кислотного и гидролизного брожения, а через вентиль 37 - в экструдер-смеситель. К выходу метановой камеры метантенка подключен сепаратор 38 сброженного сырья, на одном выходе которого выделяется сухой остаток, а отсепарированная жидкость подается обратно в камеры метантенка.Depending on the presence and magnitude of wind or hydraulic energy, a wind power installation 13 or a hydraulic turbine 14 is used in operation, which, through a multi-stage multiplier 15, rotate an electric generator 16 connected to the first heating element 17 of the heat accumulator 18 with a high heat capacity in a heat-insulated casing. To increase the generated thermal energy, a vortex heat generator 19 is connected to another output of the multiplier, loaded through the valve 20 to the first heat accumulator 21 of the heat accumulator. In the presence of solar energy, a solar collector 22 is used in the work, transmitting thermal energy through the valve 23 to the second heat exchanger 24 of the heat accumulator. The second heating element 25 of the heat accumulator through the first switch 26 is connected to the electric network 27, the second switch 28 is connected by a normally closed contact to the generator, the normally open contact is connected to the network, and its switching contact is connected to the consumers in the digester: extruder-mixer, pumps, electric mixers, etc. . (Electric sensors, control panel are not shown in the drawing). Cold water from the main is fed to the inlet 29 of the heat accumulator, hot water from its outputs 30, 31, 32, 33 enters, respectively, through the valves 34, 35, 36 to the heat exchangers of the methane, acid and hydrolysis fermentation chambers, and through the valve 37 to the extruder-mixer . A separator 38 of fermented feedstock is connected to the output of the methane chamber of the methane tank, on which one the dry residue is separated, and the separated liquid is fed back to the cameras of the methane tank.
Блок 12 источников возобновляемой и другой избыточной энергии может обеспечивать работу нескольких метантенков, передавая или тепловую энергию через дополнительные теплоизолированные трубопроводы и вентили 39, 40, 41, 42, или электрическую - через дополнительный кабель и третий переключатель 43.Block 12 sources of renewable and other excess energy can provide the operation of several digesters, transferring either thermal energy through additional insulated pipelines and valves 39, 40, 41, 42, or electric through an additional cable and a third switch 43.
Биогазовая установка работает следующим образом. Биомасса поступает в экструдер-смеситель 2, куда подается также через вентиль 37 заранее накопленная горячая вода из теплоаккумулятора 18. Из экструдера-смесителя 2 измельченная биомасса передается в камеру 3 гидролизного брожения и далее, в процессе сбраживания, - в камеру 4 кислотного и 5 камеру метанового брожения. В каждой камере должна быть своя определенная рабочая температура, которая обеспечивается в необходимых количествах подачей горячей воды в теплообменники 6, 7, 8 камер 3, 4, 5 метантенка через регулирующие клапаны 36, 35, 34, подключенные к соответствующим выходам 32, 31, 30 теплоаккумулятора 18.Biogas plant works as follows. The biomass enters the extruder-mixer 2, where pre-accumulated hot water from the heat accumulator 18 is also fed through the valve 37. From the extruder-mixer 2, the crushed biomass is transferred to the hydrolysis fermentation chamber 3 and then, in the process of fermentation, to the acid chamber 4 and chamber 5 methane fermentation. Each chamber must have its own specific operating temperature, which is provided in the required quantities by supplying hot water to the heat exchangers 6, 7, 8 of chambers 3, 4, 5 of the digester through control valves 36, 35, 34, connected to the corresponding outputs 32, 31, 30 heat accumulator 18.
Предварительное накопление тепловой энергии в теплоаккумуляторе с большой теплоемкостью может осуществляться от одного или нескольких источников возобновляемой энергии, а также от электросетей с «провальной» ночной энергии по дешевым тарифам, т.е. когда сети имеют избыточную невостребованную энергию. В частности, при наличии гидравлической энергии и работе гидротурбины 14, механическая энергия которой передается через многоступенчатый мультипликатор 15 на электрический генератор 16, последним вырабатывается электрическая энергия для первого ТЭНа 17, греющего воду в теплоаккумуляторе.Preliminary accumulation of thermal energy in a heat accumulator with high heat capacity can be carried out from one or several renewable energy sources, as well as from electric networks with “failed” night energy at cheap rates, i.e. when networks have excess unclaimed energy. In particular, in the presence of hydraulic energy and the operation of a hydraulic turbine 14, the mechanical energy of which is transmitted through a multi-stage multiplier 15 to an electric generator 16, the latter generates electric energy for the first heating element 17, which heats the water in the heat accumulator.
При наличии энергии ветра ветроустановка 13 также вращает мультипликатор 15, причем на его выходах кроме электрического генератора может быть подключен вихревой теплогенератор 19, подающий горячую воду через вентиль 20 в первый теплообменник 21 теплооаккумулятора.In the presence of wind energy, the wind turbine 13 also rotates the multiplier 15, and at its outputs, in addition to the electric generator, a vortex heat generator 19 can be connected, supplying hot water through the valve 20 to the first heat accumulator 21 of the heat accumulator.
Солнечный коллектор 22 нагревает горячую воду при достаточной солнечной инсоляции и передает ее через вентиль 23 во второй теплообменник 24 теплоаккумулятора.The solar collector 22 heats the hot water with sufficient solar insolation and transfers it through the valve 23 to the second heat exchanger 24 of the heat accumulator.
При отсутствии энергии от возобновляемых источников ТЭН 25 теплоаккумулятора подключают через первый переключатель 26 к электрической сети 27 во время действия ночных дешевых по стоимости тарифов, например, с помощью программных реле-часов (не показаны на чертеже).In the absence of energy from renewable sources, the heat accumulator 25 is connected via the first switch 26 to the electric network 27 during the operation of nightly low-cost tariffs, for example, using software relay hours (not shown in the drawing).
Электрическая энергия поступает на экструдер-смеситель 2, электрические мешалки 9, насосы 10 и другую аппаратуру, требующую электрического питания, через нормальнозамкнутые контакты второго переключателя 28 от генератора 16 либо от сети 27 через первый переключатель 26 и замкнувшиеся ранее разомкнутые контакты переключателя 28 во время действия ночных тарифов.Electrical energy is supplied to the extruder-mixer 2, electric mixers 9, pumps 10 and other equipment requiring electric power through the normally closed contacts of the second switch 28 from the generator 16 or from the network 27 through the first switch 26 and previously closed contacts of the switch 28 during operation nightly rates.
Биогаз из камеры 5 метанового брожения метантенка 1 поступает в газгольдер 11 и далее - потребителям.Biogas from methane fermentation chamber 5 methane tank 1 enters gas tank 11 and then to consumers.
Сброженный осадок из камеры 5 передается на сепаратор 38, с одного выхода которого сухой остаток также поступает потребителям как ценное удобрение, а отсепарированная жидкость, сохранившая тепло камер метантенка, направляется по теплоизолированным трубопроводам обратно в камеры. Эта жидкость насыщена метановыми бактериями, что способствует быстрому их воспроизводству и сокращению общего времени брожения.The fermented sludge from the chamber 5 is transferred to the separator 38, from one outlet of which the dry residue is also supplied to consumers as a valuable fertilizer, and the separated liquid, which has kept the heat of the digesters chambers, is sent back to the chambers through insulated pipelines. This liquid is saturated with methane bacteria, which contributes to their rapid reproduction and reduction of the total fermentation time.
Такого рода циркуляция жидкости: из теплоаккумулятора 18 в экструдер-смеситель 2 для подогрева биомассы и далее последовательно в камеры 3, 4, 5 брожения, затем из камеры 5 в сепаратор 38, а из сепаратора 38 отжатая еще не остывшая жидкость поступает в камеры 4, 5 кислого и метанового брожения, создает условия для максимальной экономии тепловой и электрической энергии. Кроме того, создается также экономия за счет меньшего требуемого объема подпиточной воды из магистрали, подаваемой на вход 29 теплоаккумулятора 18, и, соответственно, меньшие затраты энергии на ее догрев до температуры общей массы воды, находящейся в теплоаккумуляторе.This kind of liquid circulation: from the heat accumulator 18 to the extruder-mixer 2 for heating the biomass and then sequentially to the fermentation chambers 3, 4, 5, then from the chamber 5 to the separator 38, and from the separator 38 the still-cooled liquid is pressed into the chambers 4, 5 acidic and methane fermentation, creates the conditions for maximum savings of thermal and electrical energy. In addition, savings are also created due to the smaller required volume of make-up water from the line supplied to the inlet 29 of the heat accumulator 18, and, accordingly, lower energy costs for heating it up to the temperature of the total mass of water in the heat accumulator.
В настоящее время обычно метантенки обогреваются за счет сжигания большей части собственного выработанного биогаза или за счет разогрева всего объема жидкости в камерах от электросети в течение суток и более [1, 7, 8].At present, usually digesters are heated by burning most of their own produced biogas or by heating the entire volume of liquid in the chambers from the mains for a day or more [1, 7, 8].
При наличии центрального теплоаккумулятора большого объема с достаточной теплоемкостью по предлагаемой схеме и предварительным накоплением тепловой энергии от возобновляемых источников энергии или от избыточной (невостребованной) в данный момент электроэнергии представляется возможным значительно увеличить объемы переработки биомассы за счет использования в составе биогазовой установки нескольких метантенков, в которые горячая вода подается по вентилям 39, 40, 41, 42, а электроэнергия - через третий переключатель 43.In the presence of a large central heat accumulator with sufficient heat capacity according to the proposed scheme and preliminary accumulation of thermal energy from renewable energy sources or from excess (unclaimed) electricity at the moment, it seems possible to significantly increase the biomass processing volumes by using several digesters in the biogas plant, into which hot water is supplied through valves 39, 40, 41, 42, and electricity through a third switch 43.
Предлагаемая установка может найти широкое применение, в том числе, в зонах холодного климата с большим числом градусо-суток отопительного перепада.The proposed installation can be widely used, including in cold climate zones with a large number of degree-days of heating difference.
Источники информацииInformation sources
1. Арбузова Е.В., Щеклеин С.Е. К проблеме энергетической эффективности биогазовых технологий в климатических условиях России. //Альтернативная энергетика и экология. 2011, №7, с.108-110.1. Arbuzova E.V., Scheklein S.E. To the problem of energy efficiency of biogas technologies in the climatic conditions of Russia. // Alternative energy and ecology. 2011, No. 7, pp. 108-110.
2. Авторское свидетельство №1527191. СССР. МПК C02F 03/28. Биоэнергокомплекс. В.И. Селиванов, А.А Баланюк и др. - №4276522; заявл. 06.07.87; опубл. 07.12.89 (аналог).2. Copyright certificate No. 1527191. THE USSR. IPC C02F 03/28. Bioenergy complex. IN AND. Selivanov, A.A Balanyuk et al. - No. 4276522; declared 07/06/87; publ. 12/07/89 (analog).
3. Патент №2065408 РФ. МПК C02F 3/28; C02F 11/04. Биогазовая установка. А.К. Ильин; О.П. Ковалев, В.А. Тимошенко. - №94011881; заявл. 05.04.94; опубл. 20.08.96. (аналог).3. Patent No. 2065408 of the Russian Federation. IPC C02F 3/28; C02F 11/04. Biogas plant. A.K. Ilyin; O.P. Kovalev, V.A. Tymoshenko. - No. 94011881; declared 04/05/94; publ. 08/20/96. (analogue).
4. Янко В.Г., Янко Ю.Г. Обработка сточных вод и осадка в метантенках. Киев, 1978, 120 с.4. Yanko V.G., Yanko Yu.G. Wastewater and sludge treatment in digesters. Kiev, 1978, 120 p.
5. Виестур У.Э., Кузнецов A.M.; Савенков В.В. Системы ферментации. - Рига, 1986, 174 с.5. Viestur U.E., Kuznetsov A.M .; Savenkov V.V. Fermentation systems. - Riga, 1986, 174 p.
6. Авторское свидетельство №1583367 СССР. МПК C02F 3/28. Ферментатор-газгольдер. А.И. Еламанов. - №449484; заявл. 18.10.88; опубл. 07.08.90. (аналог).6. Copyright certificate No. 1583367 of the USSR. IPC C02F 3/28. Fermenter-gas holder. A.I. Elamanov. - No. 449484; declared 10/18/88; publ. 08/07/90. (analogue).
7. Авторское свидетельство №1800073 ССР. МПК F01K 13/00 Автономная система энергоснабжения сельского хозяйства от нетрадиционных возобновляемых источников энергии. М.И. Гончар и др. - №4866897/06; заявл. 05.06.90. Опубл. 07.03.93.(аналог).7. Copyright certificate No. 1800073 of the Soviet Socialist Republic. IPC F01K 13/00 Autonomous energy supply system for agriculture from non-traditional renewable energy sources. M.I. Gonchar et al. - No. 4866897/06; declared 06/05/90. Publ. 03/07/93. (Analog).
8. Патент №2073360 РФ. МПК C02F 11/04. Установка для анаэробного сбраживания органических отходов с получением биогаза. Е.С. Панцхава и др. Заявитель АО Центр «ЭкоРос». Заявл. 9405177/26 от 19.12.94. Опубл. 10.02.97. (прототип).8. Patent No. 2073360 of the Russian Federation. IPC C02F 11/04. Installation for anaerobic digestion of organic waste with biogas production. E.S. Panzhava et al. Applicant EcoRos Center JSC. Claim 9405177/26 from 12.19.94. Publ. 02/10/97. (prototype).
9. Патент №2315721 РФ. МПК C02F 3/28; C02F 11/04. Способ анаэробной переработки органических отходов и установка для его осуществления. В.В. Мохов, Е.В. Фомичева. - 2006110378; заявл. 03.04.2006; опубл. 27.01.2008. (аналог).9. Patent No. 2315721 of the Russian Federation. IPC C02F 3/28; C02F 11/04. The method of anaerobic processing of organic waste and installation for its implementation. V.V. Mokhov, E.V. Fomicheva. - 2006110378; declared 04/03/2006; publ. 01/27/2008. (analogue).
10. Авторское свидетельство №1353753 СССР. МПК C02F 11/04 Метантенк. А.А. Ковалев, В.П. Лосяков.- №4036561; заявл. 12.03.86; опубл. 23.11.87. (аналог).10. Copyright certificate No. 1353753 of the USSR. IPC C02F 11/04 Metantenk. A.A. Kovalev, V.P. Losyakov. - No. 4036561; declared 03/12/86; publ. 11/23/87. (analogue).
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013132095/10A RU2539100C1 (en) | 2013-07-10 | 2013-07-10 | Biogas unit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013132095/10A RU2539100C1 (en) | 2013-07-10 | 2013-07-10 | Biogas unit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2539100C1 true RU2539100C1 (en) | 2015-01-10 |
| RU2013132095A RU2013132095A (en) | 2015-01-20 |
Family
ID=53280714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013132095/10A RU2539100C1 (en) | 2013-07-10 | 2013-07-10 | Biogas unit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2539100C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109439540A (en) * | 2018-12-21 | 2019-03-08 | 桂林电子科技大学 | A kind of energy conserving system and method for LBP integrated equipment for wastewater treatment entirety |
| RU2782674C2 (en) * | 2021-04-21 | 2022-10-31 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Biomass heating unit of a biogas plant |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2073360C1 (en) * | 1994-12-19 | 1997-02-10 | Панцхава Евгений Семенович | INSTALLATION FOR ANAEROBIC ORGANIZATION OF ORGANIC WASTE WITH OBTAINING BIOGAS |
| RU110217U1 (en) * | 2011-04-13 | 2011-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Инженерный центр "Прогресс" | BIOGAS PLANT FOR PRODUCING BIOGAS FROM AGRICULTURAL WASTE |
| RU2463761C1 (en) * | 2011-04-06 | 2012-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Инженерный центр "Прогресс" | Method of production of biogas from agricultural waste and biogas plant for its implementation |
-
2013
- 2013-07-10 RU RU2013132095/10A patent/RU2539100C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2073360C1 (en) * | 1994-12-19 | 1997-02-10 | Панцхава Евгений Семенович | INSTALLATION FOR ANAEROBIC ORGANIZATION OF ORGANIC WASTE WITH OBTAINING BIOGAS |
| RU2463761C1 (en) * | 2011-04-06 | 2012-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Инженерный центр "Прогресс" | Method of production of biogas from agricultural waste and biogas plant for its implementation |
| RU110217U1 (en) * | 2011-04-13 | 2011-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Инженерный центр "Прогресс" | BIOGAS PLANT FOR PRODUCING BIOGAS FROM AGRICULTURAL WASTE |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109439540A (en) * | 2018-12-21 | 2019-03-08 | 桂林电子科技大学 | A kind of energy conserving system and method for LBP integrated equipment for wastewater treatment entirety |
| RU2782674C2 (en) * | 2021-04-21 | 2022-10-31 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Biomass heating unit of a biogas plant |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013132095A (en) | 2015-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Su et al. | Using photovoltaic thermal technology to enhance biomethane generation via biogas upgrading in anaerobic digestion | |
| CN102241464A (en) | Urban sludge treating method and equipment | |
| CN102418679B (en) | Solar energy and exogenous steam complementary power generation equipment | |
| WO2019202318A1 (en) | Wastewater treatment apparatus and method | |
| CN102491613B (en) | System for combined supply of electricity, thermal fertilizer and cold fertilizer through generation of hydrogen and biogas via anaerobic digestion of biomasses | |
| RU2539100C1 (en) | Biogas unit | |
| KR101561978B1 (en) | solar energy and external source steam complementary power generation apparatus | |
| CN102199534B (en) | Solar-assisted biogas fermentation device and method | |
| CN203346382U (en) | Solar constant-temperature methane fermentation tank | |
| RU2734456C1 (en) | Autonomous solar biogas plant | |
| CN210856090U (en) | Energy storage type distributed energy system | |
| Nirunsin et al. | Enhancement of household biogas production by solar collector and solar greenhouse | |
| Miri et al. | Electrolyte process of hydrogen production by solar energy | |
| RU166736U1 (en) | HELIOBIOGAS GAS INSTALLATION | |
| RU97182U1 (en) | UNIVERSAL COAXIAL HELIO-ELECTRIC WATER HEATER | |
| Ganesh et al. | Hardware Implementation of Anaerobic Biogas Digester for Household and Community Purposes | |
| RU2785600C2 (en) | Helio-biogas complex | |
| CN109762734A (en) | High-temperature dry-type anaerobic fermentation system and method based on solar energy optical-thermal auxiliary | |
| CN119482658B (en) | Bioenergy and photovoltaic coupling power generation system | |
| RU209922U1 (en) | Mobile autonomous power plant | |
| CN216427045U (en) | Self-heating type treatment device for municipal sludge and kitchen waste | |
| ES2968496B2 (en) | Biogas production system | |
| RU2253211C1 (en) | Bioenergetic apparatus | |
| RU2577166C2 (en) | Line of recycling manure with obtaining biogas and fertilisers | |
| CN104418396A (en) | Seawater desalination or sewage purification device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170711 |