способ использования энергоисточников солнца и биомассы в фермерском хозяйстве

Формула изобретения

Способ для использования энергоисточников солнца и биомассы в фермерском хозяйстве, включающий комплексное использование возобновляемых источников энергии солнца и биомассы навоза, биогаз, шлам в качестве органических удобрений в теплице и участки садово-овощебахчевых культур, отличающийся тем, что первоначально в период с апреля по октябрь месяцы проводят основной режим обогрева теплицы водотрубопроводами, нагреваемыми исключительно одной энергией солнца до температуры 60 70°С при непрерывной циркуляции горячей воды в их замкнутом контуре «теплица-реактор-теплица», когда одновременно подают в реактор фильтруемый навозный субстрат, вырабатывают биогаз и выводят его через коммуникационные газотрубопроводы в газгольдер и к приборам бытового потребления и в нагреватель котельни, посредством которых обеспечивают циркуляцию горячей воды и регулирование постоянной температуры в водопроводах замкнутого контура «теплица-реактор-теплица», одновременно отрабатывают массу биошлама - органических удобрений и подают ее через трубопроводы непосредственно в теплицу и участки садово-овощебахчевых культур, затем в последующий период с ноября по март месяцы используют два промежуточных режима: первый режим, когда нет необходимости в обогреве теплицы по причине рекультивационных и прочих работ, проводят обогрев только навозного субстрата путем непрерывной циркуляции горячей воды в замкнутом контуре водотрубопроводов «котельня-реактор-котельня», выработанную же массу биошлама используют аналогично первоначально основному режиму, а биогаз - к приборам бытового потребления, посредством которых обеспечивают циркуляцию горячей воды и регулирование постоянной температуры в водотрубопроводах замкнутого контура «теплица-реактор-теплица», второй режим проводят, одновременно обогревая и теплицу, и навозной субстрат соответственно путем циркуляции горячей воды в замкнутых контурах водотрубопроводов «котельня-теплица-реактор-теплица» и «котельня-реактор-теплица», а выработанный биогаз и массу биошлама также используют аналогично первоначальному основному режиму, после чего последовательность основного первоначального и двух промежуточных режимов работы повторяют.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству для комплексного использования возобновляемых источников энергии солнца и биомассы (навоза) преимущественно в малых фермерских, крестьянских и семейных смешанных животноводческих и земледельческих хозяйствах, в которых на привязи содержится крупный рогатый скот, имеются теплица, участки плодовых и овощебахчевых культур.

В таких хозяйствах (в особенности в южных районах) для непрерывной работы имеющейся биогазовой установки ежедневно от содержащихся животных получают достаточное количество навоза, а также имеется возможность комбинировать биогазовую установку с оборудованием тепличного хозяйства. В течении года, когда тепловой сезон в среднем составляет 265 дней, в качестве теплового агента для подогрева навозного субстрата используется вода в трубопроводах теплицы, нагреваемая солнечной энергией и определяющая основной «тепловой агент» с температурой порядка 60 70°С. В сезон холодных месяцев же, когда теплица отапливается для подогрева навозного субстрата, используется часть теплового агента, производимая в котельной теплицы с использованием части получаемого биогаза.

Таким образом, существенно упрощается конструкция всего устройства биогазовой установки, позволяющая до 30% сократить затраты на ее изготовление и монтаж.

В качестве наиболее близких аналогов и прототипа можно привести описания существующих технологий и устройств, приведенные в трудах 3-й Международной Научно-Технической конференции (14-15 мая 2003 года, г.Москва, ГНУ ВИЭСХ), часть 4 - нетрадиционные источники энергии, вторичные энергоресурсы, экология, энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве (стр.308-314).

В отличие от прототипа предлагаемый способ для выработки теплового агента не использует солнечные батареи, а использует в теплый сезон только солнечную энергию для получения горячей воды из труб теплицы в нагревательный элемент реактора посредством нагнетательного насоса и вентилей, регулирующих тепловой агент, а в сезон холодных месяцев использует тепличную котельную как для подогрева навозного субстрата нагревательным элементом, помещенным внутри реактора, так и для подогрева теплицы, то есть только лишь в холодное зимнее время года.

Целью изобретения является увеличение объема потребления энергии солнца и биомассы навоза, повышение эксплуатационных показателей и снижение себестоимости продукции растениеводства.

Для достижения поставленной цели первоначально в период с апреля по октябрь месяцы проводят основной режим обогрева теплицы водотрубопроводами, нагреваемыми исключительно одной энергией солнца до температуры 60 70 С при непрерывной циркуляции горячей воды в их замкнутом контуре «теплица-реактор-теплица», при этом одновременно подают в реактор фильтруемый навозный субстрат, вырабатывают биогаз и выводят его через коммуникационные газотрубопроводы в газгольдер и к приборам бытового потребления и в нагреватель котельни, посредством которых обеспечивают циркуляцию горячей воды и регулирование постоянной температуры в водопроводах замкнутого контура «теплица-реактор-теплица», одновременно отрабатывают массу биошлама органических удобрений и подают ее через трубопроводы непосредственно в теплицу и участки садово-овощебахчевых культур, затем в последующий период с ноября по март месяцы используют два промежуточных режима: первый режим, когда нет необходимости в обогреве теплицы по причине рекультивационных и прочих работ, проводят обогрев только навозного субстрата при непрерывной циркуляции горячей воды в замкнутом контуре водотрубопроводов «котельня-реактор-котельня», второй режим проводят, одновременно обогревая теплицу и навозный субстрат соответственно путем циркуляции горячей воды в замкнутых контурах водотрубопроводов «котельня-теплица-реактор-теплица» и «котельня-реактор-теплица». Выработанную массу биошлама также используют аналогично первоначальному основному режиму, после чего последовательность основного первоначального и двух промежуточных режимов работы повторяют.

Вместе с тем, в способе для использования энергоисточников солнца и биомассы в фермерском хозяйстве теплообменник помещен в нижнюю цилиндрическую часть реактора, выполнен комбинированным с входным и выходным трубопроводами горячей воды и регулированием постоянной температуры обогрева навозного субстрата и теплицы в замкнутом контуре с котлом-водонагревателем.

На фигуре приведена технологическая схема работы способа использования энергоисточников солнца и биомассы в фермерском хозяйстве.

Как видно из схемы, способ технологического процесса осуществляется посредством автономно (изолированно) расположенного реактора 1 с оптимальной планировкой, соответствующей наикратчайшему расстоянию от теплиц, участков садовых и овощебахчевых культур, а также компактно-экономной эксплуатации коммуникационных трубопроводов с нагнетательным насосом и трубопроводами 17, 18, 19 горячей воды с регулируемыми вентилями 20, 21, 22, 23, 24 горячей воды, которые опоясывают в замкнутом контуре реактор 1 слева, теплицу 16 в центре и котельню теплицы 15 справа, которая имеет расположенную над ней по выводному контуру в напралении подачи горячей воды расширительный бак 28 с патрубком. Реактор 1 имеет расположенный с наружной стороны в его нижней части цилиндра приемный патрубок 5 навозного субстрата с заправочной горловиной фильтра 4 навозного субстрата. Причем патрубок 5 выполнен наклонно сверху вниз под углом подачи от фильтруемого навозного субстрата в центральной части реактора 1 под внтренний нагревательный элемент 2.

Вырабатываемый биогаз собирается в верхней цилиндрической части реактора со сферической выпуклой поверхностью колпака (наголовника) 13, контролирующего давление биогаза манометром 14, выводным трубопроводом 12 подачи биогаза в газгольдер 11, который посредством выводной трубы 27 подает биогаз непосредственно к приборам бытового потребления - газовым горелкам плиты 25 и котла 26.

При выполнении технологического процесса навозный субстрат через фильтр 4 и приемный патрубок 5 подается в реактор 1 под нагревательный элемент винтообразной формы, где происходит анаэробное брожение и вырабатывается биогаз 10, который накапливается предварительно в колпаке 13 (наголовнике), где контролируется давление газа посредством манометра 14 и подается через трубопровод 12 в газгольдер 11, где накапливаемый газ из газгольдера 11 посредством выводной трубы 27 подается в приборы бытового потребления 25 и 26. После анаэробного брожения полученный в реакторе 1 биошлам выводится через разгрузочный патрубок 6 и в качестве удобрений подается через центральный выводной трубопровод 7 соответственно трубопроводом 9 в теплицу и трубопроводом 8 в участок плодо-овощебахчевых культур. Как отмечалось, для подогрева навозного субстрата в реакторе 1 горячая вода в холодный сезон вырабатывается в котельной 15 теплицы 16, а в теплый сезон - исключительно солнечной энергией в нагревательных трубопроводах 17 теплицы, который нагнетательным насосом 3 принудительно подается в нагревательный элемент 2 реактора 1 при соответствующем открытом положении вентилей 22 и 24 и закрытом положении вентиля 23. Соответственно, регулирование потока теплового агента в режиме холодного сезона года производится вентилями 20, 21 и 23. При этом котельня 15, нагреваемая прибором бытового потребления 26 и снабженная баком 28 через отводной патрубок, из которого выводятся излишки пара и горячей воды, обеспечивается регулированием объема горячей воды.

Способ находится на стадии внедрения в смешанном фермерском хозяйстве, где в первом году эксплуатации был получен весьма ощутимый экономический эффект при реализации выращиваемой сельскохозяйственной продукции в закрытом и открытом грунте, обусловленный, во-первых, широким использованием энергии солнца для выработки биогаза и удобрения, во-вторых, получением экологически чистого органического удобрения, исключающего приобретение минерального удобрения и необходимость использования различных химикатов для борьбы с сорняками и болезнями растений; в-третьих, экономией горюче-смазочных материалов на транспортировку удобрений и биологического газа и, в-четвертых, широким использованием биологического газа в приборах бытового потребления в домах и хозяйственных помещениях.