УДК: 636.4.087.8:615
Доктор техн. наук Ю. Н. СИДЫГАНОВ
(СПбГАУ, )
Кандидат техн. наук Е.М. ОНУЧИН
(Марийский ГТУ, OnuchinEM@marstu.net)
Аспирант А.А. МЕДЯКОВ
(Марийский ГТУ, MedyakovAA@marstu.net)
РАЗРАБОТКА БИОРЕАКТОРА С СИСТЕМОЙ БАРБОТАЖНОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ И
КАТАЛИТИЧЕСКОГО ОБОГРЕВА ДЛЯ АНАЭРОБНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ
ЖИВОТНОВОДСТВА
Биогазовые установки анаэробного
сбраживания органических отходов являются мощным инструментом для оптимизации
технологических процессов на сельскохозяйственных предприятиях.
Для
повышения эффективности биогазовых установок в работах [1,2,3,5] предлагается
комплексное решение задач перемешивания и обогрева с использованием
каталитических обогревательных устройств. В рамках разрабатываемого устройства совершенствуются
методы перемешивания и обогрева субстрата, а так же предлагается комплексное
решение задач эффективных перемешивания и обогрева.
На фоне механических способов
перемешивания выделяется более простой и надежный способ – это барботажное
перемешивание. Оно осуществляется за счет отбора из верхней части биореактора
выделяющегося биогаза и барботировании его через толщу сбраживаемого субстрата.
Достоинствами
барботажного перемешивания являются простота устройства ввиду отсутствия движущихся
частей, к которой так же относится простота проектирования, высокая надежность
в эксплуатации, а так же легкость поддержания нерастворенной фазы субстрата во
взвешенном состоянии. [4]
По сравнению с традиционными
источниками тепла более эффективными являются каталитические устройства
сжигания. В результате взаимодействия молекул кислорода и углеводородов на
поверхности катализатора происходит процесс низкотемпературного окисления с
образованием паров воды и углекислого газа.
К преимуществам каталитических
устройств следует отнести:
1) полноту сжигания топлива, которая
способствует повышению эффективности процесса горения;
2) снижение температуры процесса
горения, которое обеспечивает конструктивные преимущества каталитических
устройств горения;
3) сокращение выбросов вредных газов
в атмосферу в связи со снижением температуры горения и более полным сжиганием
топлива;
4) снижение тепловых выбросов в
атмосферу с уходящими газами [6]
Рисунок 1.
Схема комплексного решения задач перемешивания и обогрева
Принцип функционирования
разработанного устройства
Каждая установка обладает рядом характеристик, которые
характеризуют процессы происходящие при их функционировании. При решении задач
эффективных перемешивания и обогрева были использованы характеристики биогазовых
установок, каталитических обогревателей и барботажных устройств. В результате
была выработана схема комплексного решения задач, представленная на Рисунке 1.
Каталитический обогреватель,
потребляя биогаз, производит тепловую
энергия и уходящие после процесса горения газы. Тепловая энергия
непосредственно используется для обогрева биогазовой установки, а барботажное
устройство с помощью уходящих газов создает тепловой барботаж, который
одновременно служит для перемешивания субстрата и для его обогрева. В
результате вырабатывается биогаз, часть которого используется для отопления, а
основная часть отправляется потребителям.
На Рисунке 2 изображена одна из
конструкций устройства, реализующего схему комплексного решения.
Рисунок 2. Устройство для
перемешивания и каталитического обогрева субстрата
В процессе работы устройства газ и
воздух поступают в камеру смешивания, откуда с помощью горелочного устройства
поступают в камеру каталитического горения, в которой происходит процесс окисления
с выработкой тепла. Затем уходящие газы, двигаясь по теплообменнику, отдают
теплоту, выделяющуюся при горении. Затем, проходя через распределительные
трубопроводы, они поступают в барботажное устройство и барботируются через
толщу субстрата, отдавая всю заключенную в них теплоту.
В результате субстрату полностью
передается теплота уходящих газов, а так же создается циркулирующий поток
внутри биогазовой установки.
Выводы
Применение
комплексного решения задач эффективных перемешивания и обогрева позволит:
1) снизить
материалоемкость установки ввиду отсутствия традиционных систем водяного
отопления
2) снизить
себестоимость выработки кубического метра газа ввиду повышения эффективности
получения тепловой энергии, а так же более полного использования вырабатываемого
тепла
Список литературы
1. Онучин Е. М. Биогазовая установка с устройством
для перемешивания и каталитического обогрева субстрата / Е. М. Онучин, А. А. Медяков, Р. В. Яблонский //
Альтернативная энергетика и экология. – 2010. - №11. – С. 91-94.
2. Онучин Е.
М. Экспериментальный стенд для исследования процессов каталитического обогрева
и перемешивания субстрата при анаэробном сбраживании / Е. М. Онучин, Д. В.
Костромин, Ю. Н. Сидыганов, А. А. Медяков, Р. В. Яблонский // Известия
Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. – 2011. - № 24. –
С. 348-355.
3. Патент на полезную модель 106138 Российская Федерация, МПК51 B01F
15/06 (2006/01) Устройство для перемешивания субстрата с подогревом / Медяков
А. А., Сидыганов Ю. Н., Онучин Е. М.,
Шамшуров Д. Н., Костромин Д. В. , Яблонский Р. В.; заявитель и
патентообладатель Марийский гос. техн.
ун-т. – № 2010153209/05; заявл. 24.12.2010; опубл. 10.07.2011, Бюл. № 19. – 2
с.: ил.
4. Сидыганов, Ю. Н. Анаэробная
переработка отходов для получения биогаза / Ю. Н. Сидыганов, Д. Н. Шамшуров, Д.
В. Костромин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2008. – №
6. – С. 42-43
5. Патент на полезную модель 106139 Российская Федерация, МПК51 B01F
15/06 (2006/01) Устройство для перемешивания и каталитического обогрева
субстрата / Яблонский Р. В., Сидыганов
Ю. Н., Онучин Е. М., Шамшуров Д. Н., Костромин Д. В., Медяков А. А.; заявитель
и патентообладатель Марийский гос.
техн. ун-т. – № 2010153211/05; заявл. 24.12.2010; опубл. 10.07.2011, Бюл. № 19.
– 2 с.: ил.
6. Лукьянов
Б. Н. Экологически чистое окисление углеводородных газов в каталитических
нагревательных элементах / Б. Н. Лукьянов, Н. А. Кузин, В. А. Кириллов, В. А. Куликов, В. Б.
Шигаров, М. М. Данилова // Химия в
интересах устойчивого развития. – 2001. – №9. – с. 667 - 677