RU202623U1

RU202623U1 - Device for thermal utilization of litter manure from poultry farms

Info

Publication number: RU202623U1
Application number: RU2020136680U
Authority: RU
Inventors: Юрий Григорьевич Иванов; Виктор Викторович Целиков; Альберт Фаритович Шафеев
Priority date: 2020-11-09
Filing date: 2020-11-09
Publication date: 2021-03-01

Abstract

Устройство по термической утилизации подстилочного помета птицефабрик относится к области сельского хозяйства, и может быть использовано в частности на птицефабриках с целью утилизации птичьего помета и выработки тепловой энергии. Устройство содержит газоплотный корпус с камерой сжигания с переталкивающей колосниковой решеткой и камерой дожига, соединенных газовым трактом в виде лабиринтного дымохода с теплообменником, размещенным внутри корпуса, со средствами подачи топлива, воздуха и отвода дымовых газов, подсоединенного к зоне колосниковой решетки. В камере сжигания к зонам сушки, возгонки летучих веществ, горения углерода и горения горючих газов раздельно подключены средства подачи воздуха и дымовых газов, при этом колосниковая решетка выполнена в виде не менее трех последовательно размещенных переталкивающих групп колосников для зон сушки, возгонки летучих веществ и горения углерода, приводы которых подсоединены к блоку согласования подачи помета по зонам, к которому подключен привод средства подачи помета в устройство. При этом газоплотный корпус с камерами сжигания и дожига, соединенных удлиненным газовым трактом, выполнен в вертикальной компоновке с верхним расположением теплообменника. Полезная модель позволит обеспечить надежную работоспособность устройства в течение всего цикла выращивания бройлеров. 2 ил.The device for thermal utilization of litter manure from poultry farms belongs to the field of agriculture, and can be used, in particular, in poultry farms for the purpose of utilizing poultry manure and generating heat energy. The device contains a gas-tight casing with a combustion chamber with a pushing grate and an afterburner, connected by a gas path in the form of a labyrinth chimney with a heat exchanger located inside the casing, with means for supplying fuel, air and removing flue gases connected to the grate zone. In the combustion chamber, the air and flue gas supply means are separately connected to the zones of drying, sublimation of volatile substances, combustion of carbon and combustion of combustible gases, while the grate is made in the form of at least three successively placed pushing groups of grates for the zones of drying, sublimation of volatile substances and combustion carbon, the drives of which are connected to the unit for coordinating the supply of droppings by zones, to which the drive of the means for supplying droppings to the device is connected. In this case, the gas-tight housing with combustion and afterburner chambers connected by an elongated gas path is made in a vertical arrangement with the upper location of the heat exchanger. The utility model will ensure reliable operation of the device throughout the entire broiler growing cycle. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к области сельского хозяйства и может быть использована, в частности, на птицефабриках с целью утилизации птичьего помета и выработки тепловой энергии, а также получения золы как ценного удобрения.The utility model relates to the field of agriculture and can be used, in particular, in poultry farms for the purpose of utilizing poultry manure and generating heat energy, as well as obtaining ash as a valuable fertilizer.

В настоящее время одной из важнейших проблем при производстве продукции птицеводства является загрязнение окружающей среды пометом птицефабрик, накопившимся в огромных количествах. По данным экспертов ФГБНУ ФНЦ «ВНИТИП», в РФ ежегодно образуется 15-20 млн. тонн куриного помета, являющегося отходом 3-го класса опасности. Известно, что реально перерабатываются и используются в качестве сырьевых ресурсов и удобрений не более 1,5% органических отходов агропромышленного комплекса. Как следствие, на территориях пометохранилищ скапливается огромное количество разлагающегося материала, выделяющего в атмосферу аммиак, сероводород, метан и др. газы, а жидкие биошламы активно загрязняют грунтовые воды. Вместе с тем, доля энергозатрат на отопление птицефабрик в себестоимости продукции может достигать 20%.Currently, one of the most important problems in the production of poultry products is environmental pollution with poultry droppings, which have accumulated in huge quantities. According to experts from the Federal State Budgetary Scientific Institution FSC "VNITIP", in the Russian Federation annually 15-20 million tons of chicken manure is generated, which is a waste of the 3rd hazard class. It is known that no more than 1.5% of organic waste of the agro-industrial complex is actually processed and used as raw materials and fertilizers. As a result, a huge amount of decomposing material accumulates on the territories of manure storages, emitting ammonia, hydrogen sulphide, methane and other gases into the atmosphere, and liquid bio-sludge actively contaminates groundwater. At the same time, the share of energy consumption for heating poultry farms in the cost of production can reach 20%.

Установлено, что подстилочный помет птицефабрик обладает значительным энергетическим потенциалом. Сжигание 1 тонны подстилочного помета позволяет получить около 2 Гкал тепловой энергии в виде горячей воды. Эта тепловая энергия может быть использована на технологические нужды производственного процесса птицефабрики, например, повышение температуры в птичнике при содержании бройлеров в начальный период их выращивания, подогрев воды для цехов птицепереработки и др. Несмотря на широкое распространение установок для сжигания различных вида твердого топлива, в настоящее время не производятся установки для термической утилизации помета птицефабрик. Это обусловлено тем, что помет с подстилкой обладает специфическими теплотехническими свойствами, мало изученными с точки зрения возможности его использования для сжигания.It was found that litter manure from poultry farms has a significant energy potential. Burning 1 ton of litter manure allows you to get about 2 Gcal of thermal energy in the form of hot water. This thermal energy can be used for the technological needs of the poultry farm production process, for example, raising the temperature in the poultry house when keeping broilers in the initial period of their rearing, heating water for poultry processing shops, etc. Despite the widespread use of installations for burning various types of solid fuel, at present installations for thermal utilization of manure from poultry farms have not been made for the time being. This is due to the fact that litter with litter has specific heat engineering properties that are poorly studied from the point of view of the possibility of its use for incineration.

В качестве аналогов предлагаемого изобретения могут быть выбраны следующие технические решения.The following technical solutions can be selected as analogs of the proposed invention.

Известно устройство для сжигания смеси углеродосодержащих материалов и помета (патент RU 2375637, F23G 7/00, 2009), содержащее корпус, топку с камерой дожигания в верхней части, воздухоподогреватель, канал для движения газа (газоход), теплообменник. Отличительной особенностью известного устройства является то, что топка содержит перфорированное днище, камеру для смеси углеродосодержащих материалов и помета, камеру для топлива, поддерживающего горение (уголь, торф, дрова). При этом вышеуказанные камеры разделены перфорированной перегородкой. Кроме того, устройство содержит воздухозаборник, вентилятор, воздуховод для подачи воздуха под перфорированное днище, воздуховод для подачи нагретого воздуха в топку и камеру дожигания.Known device for burning a mixture of carbonaceous materials and droppings (patent RU 2375637, F23G 7/00, 2009), containing a housing, a furnace with a combustion chamber in the upper part, an air heater, a channel for gas movement (flue), a heat exchanger. A distinctive feature of the known device is that the furnace contains a perforated bottom, a chamber for a mixture of carbonaceous materials and droppings, a chamber for fuel that supports combustion (coal, peat, wood). In this case, the above chambers are separated by a perforated partition. In addition, the device contains an air intake, a fan, an air duct for supplying air under the perforated bottom, an air duct for supplying heated air to the furnace and an afterburner.

Известному устройству присущи следующие недостатки. Во-первых, низкая экологичность, которая обусловлена такими факторами, как недожег топлива, следствием которого является большое содержание несгоревшего топлива в золе, большой унос несгоревших сложных газов в атмосферу (неприятный запах ощущается на расстоянии до 3-х км), а также высокая степень уноса золы с дымовыми газами. Во-вторых, известное устройство имеет низкий КПД, не превышающий 50%. В-третьих, известное устройство характеризуется низким коэффициентом технического использования. Данный недостаток связан с периодическим забиванием теплообменного оборудования продуктами сгорания, содержащимися в дымовых газах.The known device has the following disadvantages. Firstly, low environmental friendliness, which is due to such factors as underburning of fuel, which results in a high content of unburned fuel in ash, a large entrainment of unburned complex gases into the atmosphere (an unpleasant smell is felt at a distance of up to 3 km), as well as a high degree of fly ash with flue gases. Secondly, the known device has a low efficiency, not exceeding 50%. Thirdly, the known device is characterized by a low technical utilization rate. This disadvantage is associated with the periodic clogging of the heat exchange equipment with combustion products contained in the flue gases.

Известен также способ сжигания птичьего помета (патент RU на №2538566, МПК F23G 7/00, 2015) с организацией процесса сжигания в нижней слоевой части на неподвижной слоевой решетке с подачей помета в верхнюю вихревую часть топочной камеры. Недостатком данного способа является низкий интервал работы оборудования.There is also known a method of burning poultry droppings (RU patent No. 2538566, IPC F23G 7/00, 2015) with the organization of the combustion process in the lower layer part on a fixed layer grate with feeding the droppings into the upper vortex part of the combustion chamber. The disadvantage of this method is the low operating interval of the equipment.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению относится устройство для получения тепловой энергии из топлива, содержащего птичий помет (патент RU №144007 U1 F23G7/00, 2006), содержащий корпус со средствами подачи топлива и воздуха и средствами отвода дымовых газов, внутри которого размещена колосниковая решетка и камера дожита, соединенные газовым трактом с теплообменником, отличающийся тем, что газовый тракт выполнен в виде лабиринтного дымохода, включающего не менее трех оборотов, при этом отношение площади колосниковой решетки к объему камеры дожига находится в пределах от 0,24 до 0,32.The closest in technical essence to the claimed solution is a device for obtaining thermal energy from fuel containing bird droppings (patent RU No. 144007 U1 F23G7 / 00, 2006), containing a housing with means for supplying fuel and air and means for removing flue gases, inside which is located the grate and the surviving chamber, connected by a gas path to a heat exchanger, characterized in that the gas path is made in the form of a labyrinth chimney, including at least three turns, while the ratio of the grate area to the volume of the afterburner is in the range from 0.24 to 0, 32.

Устройству присущи следующие недостатки. The device has the following disadvantages.

При утилизации подстилочного помета в данном устройстве возникают следующие проблемы, препятствующие полноценному использованию данного устройства в производственном цикле птицефабрик:When disposing of litter manure in this device, the following problems arise that prevent the full use of this device in the production cycle of poultry farms:

- значительная амплитуда колебаний производимой тепловой мощности, достигающая 60%, что усложняет возможность использования устройства в теплосети предприятия;- a significant amplitude of fluctuations in the produced thermal power, reaching 60%, which complicates the possibility of using the device in the heating network of an enterprise;

- образование шлаков на колосниковой решетке из расплавленных компонентов на поверхности топлива, что приводит к систематическим отказам работы устройства и останову оборудования для внерегламентных работ по его чистке.- the formation of slags on the grate of molten components on the fuel surface, which leads to systematic failures of the device and shutdown of equipment for out-of-order cleaning.

Данные обстоятельства не позволяют обеспечить надежную работоспособность устройства в течение всего цикла выращивания бройлеров (мяса птицы), который составляет не менее 40 дней, что является проблемой птицефабрик. Предложенное устройство позволит обеспечить технический результат, заключающийся в обеспечении надежности работоспособности, за счет соответствия цикличности работы дозатора питателя и колосников при перемещении помета с подстилкой по зонам, с учетом изменения его массы по мере сушки и горения, обеспечивающих равномерность теплового потока. Для решения поставленной проблемы и обеспечения технического результата предлагается устройство по термической утилизации подстилочного помета, в котором колосниковая решетка выполнена в виде не менее трех последовательно размещенных переталкивающих групп колосников, образующих зону сушки сырья, зону возгонки летучих веществ, зону горения углерода и горючих газов, к каждой их которых раздельно подключены средства подачи воздуха, а к зоне возгонки - средства подачи дымовых газов, при этом приводы колосников и средств подачи сырья по зонам сушки, возгонки летучих веществ и горения углерода соединены с установленным блоком согласования, обеспечивающим регулировку скорости подачи помета и движения колосников с учетом изменения массы помета, а газоплотный корпус с камерами сжигания и дожита выполнен в вертикальной компоновке с верхним расположением теплообменника.These circumstances do not allow to ensure reliable operation of the device during the entire broiler (poultry) growing cycle, which is at least 40 days, which is a problem for poultry farms. The proposed device will provide the technical result, which consists in ensuring the reliability of operability, due to the correspondence of the cyclic operation of the feeder dispenser and the grate when moving the litter with litter through the zones, taking into account the change in its weight as it dries and burning, ensuring the uniformity of the heat flow. To solve the problem and ensure the technical result, a device is proposed for the thermal utilization of litter manure, in which the grate is made in the form of at least three successively placed pushing groups of grates, forming a zone for drying raw materials, a zone for the sublimation of volatile substances, a zone of combustion of carbon and combustible gases, to each of which is separately connected to the air supply means, and to the sublimation zone - the flue gas supply means, while the drives of the grate and the feedstock supply means through the drying, volatile matter sublimation and carbon combustion zones are connected to the installed matching unit, which ensures the regulation of the manure feed rate and movement grates taking into account the change in the weight of the droppings, and the gas-tight housing with combustion and surviving chambers is made in a vertical arrangement with the upper location of the heat exchanger.

Выполнение газового тракта в виде лабиринтного дымохода, включающего удлиненный вертикальный дымоход, позволяет снизить скорость движения дымовых газов, а также заметно очистить дымовые газы от раскаленных частиц золы до их контакта с трубной решеткой теплообменника и тем самым предотвратить забивание межтрубного пространства.The execution of the gas path in the form of a labyrinth chimney, including an elongated vertical chimney, makes it possible to reduce the speed of movement of flue gases, as well as to significantly clean the flue gases from incandescent ash particles before their contact with the tube sheet of the heat exchanger and thereby prevent clogging of the annular space.

Предложенное устройство поясняется чертежами.The proposed device is illustrated by drawings.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства.FIG. 1 shows a general view of the device.

На фиг. 2 показана циклограмма подачи подстилочного помета дозатором питателя и колосниками 2-ой, 3-ой и 4-ей зоны.FIG. 2 shows a cyclogram of feeding litter manure by the feeder dispenser and grates of the 2nd, 3rd and 4th zones.

Устройство состоит из дозатора питателя 1, колосниковой решетки выполненной в виде не менее трех последовательно размещенных переталкивающих групп колосников 2, 3, 4. Приводы средства подачи помета и приводы колосников подсоединены к блоку согласования подачи помета 5 по зонам сушки, возгонки летучих веществ и горения углерода. Газоплотный корпус выполнен в вертикальной компоновке с лабиринтным дымоходом 6, с горизонтальным и вертикальным трактами и верхним расположением теплообменника 7. Устройство также оснащено дымососом 8, средствами подачи дымовых газов 9 и воздуха 10, 11, 12 под колосниковую решетку.The device consists of a feeder dispenser 1, a grate made in the form of at least three sequentially placed pushing groups of grates 2, 3, 4. Drives of the droppings supply and grate drives are connected to the block for matching the supply of droppings 5 along the zones of drying, sublimation of volatile substances and combustion ... The gas-tight body is made in a vertical arrangement with a labyrinth chimney 6, with horizontal and vertical paths and an upper location of the heat exchanger 7. The device is also equipped with a smoke exhauster 8, means for supplying flue gases 9 and air 10, 11, 12 under the grate.

Работает устройство следующим образом.The device works as follows.

Подстилочный помет влажностью до 65% из дозатора питателя 1 с помощью гидравлического привода, подается на переталкивающую колосниковую решетку, состоящую из трех последовательно размещенных переталкивающих групп колосников 2, 3, 4 и последовательно, с разной скоростью, проходит зоны сушки, возгонки и горения углерода.Litter droppings with a moisture content of up to 65% from the dispenser of the feeder 1 using a hydraulic drive are fed to the pushing grate, consisting of three successively placed pushing groups of grates 2, 3, 4 and sequentially, at different speeds, passes through the zones of drying, sublimation and combustion of carbon.

Для обеспечения равномерного теплового потока в топке зависимость толщины слоя подстилочного помета по зонам сушки и горения должна иметь характер близкий к линейному, что обеспечивается работой блока 5 согласования подачи помета по зонам, который регулирует скорость движения подачи помета и колосников с учетом изменения массы помета. Производительность по группам колосников 2, 3, 4 определяется по формуле:To ensure a uniform heat flow in the furnace, the dependence of the thickness of the litter layer over the drying and combustion zones should have a character close to linear, which is ensured by the operation of unit 5 for coordinating the feeding of the litter by zones, which regulates the rate of movement of the feeding of the litter and grate, taking into account the change in the mass of the litter. Performance for grate groups 2, 3, 4 is determined by the formula:

,

где

- производительность колосника в i-ой зоне, кг/час;Where

- productivity of the grate in the i-th zone, kg / h;

- площадь колосника в i-ой зоне (колосников), м²;

- the area of the grate in the i-th zone (grate), m ² ;

Р_н - насыпная плотность подстилочного помета, кг/м³;R _n - bulk density of litter manure, kg / m ³ ;

ψ_упл - коэффициент уплотнения, зависящий от диаметра, хода поршня, влажности подстилочного помета;ψ _upl - the coefficient of compaction, depending on the diameter, piston stroke, moisture content of litter manure;

ϕ_зап - коэффициент заполнения колосниковой зоны;ϕ _zap is the filling factor of the grate zone;

- потеря высоты слоя в i-ой зоне, м;

- loss of layer height in the i-th zone, m;

Δt_i - время пребывания в i-ой зоне, с.Δt _i - time spent in the i-th zone, sec.

Циклограмма подачи подстилочного помета дозатором питателя и колосниками 2-ой, 3-ой и 4-ей зоны приведена на рисунке.The cyclogram of litter manure supply by the feeder dispenser and grate bars of the 2nd, 3rd and 4th zones is shown in the figure.

В зоны горения принудительно нагнетается воздух от приточных вентиляторов 10, 11, 12 с регулируемыми заслонками. Причем в зону группы колосников 3 - возгонки летучих - подаются также дымовые газы 9, необходимые для ограничения температуры горения, путем снижения концентрации кислорода. Дымовые газы, проходя через камеру дожига 6 и по вертикальному дымоходу, освобождаются от золы и поступают в межтрубное пространство теплообменника 7, где отдают тепловую энергию.Air is forced into the combustion zones from supply fans 10, 11, 12 with adjustable dampers. Moreover, in the zone of the grate group 3 - the sublimation of volatiles - flue gases 9 are also supplied, which are necessary to limit the combustion temperature by reducing the oxygen concentration. Flue gases, passing through the afterburner 6 and along the vertical chimney, are freed from ash and enter the shell space of the heat exchanger 7, where they give off thermal energy.

Равномерность слоя помета во всей зоне обеспечивает получение равномерного теплового потока. Закономерность изменения массы подстилочного помета при сгорании в зонах 2, 3 и 4 определяется путем термогравиметрического анализа.The uniformity of the litter layer throughout the entire zone ensures a uniform heat flow. The regularity of the change in the mass of litter droppings during combustion in zones 2, 3 and 4 is determined by thermogravimetric analysis.

По сравнению с прототипом, предложенная полезная модель позволит обеспечить надежную работоспособность устройства в течение всего цикла выращивания бройлеров и увеличить межсервисный период работы устройства с 10 до 45 дней, за счет снижения амплитуды колебаний тепловой мощности с 60 до 20%.Compared with the prototype, the proposed utility model will ensure reliable performance of the device throughout the entire broiler growing cycle and increase the service life of the device from 10 to 45 days, by reducing the amplitude of heat power fluctuations from 60 to 20%.

Claims

A device for thermal utilization of litter manure from poultry farms, consisting of a gas-tight housing with a combustion chamber equipped with a push grate and an afterburner, connected by a gas duct made in the form of a labyrinth chimney with a heat exchanger located inside the housing, with means for supplying manure, air and exhaust of flue gases connected to the grate zone, characterized in that the grate is made in the form of at least three successively placed pushing groups of grates forming a raw material drying zone, a volatile matter sublimation zone, a carbon and combustible gas combustion zone, to each of which feed means are separately connected air, and to the sublimation zone - the means for supplying flue gases, while the drives of the grate and the means for supplying raw materials through the zones of drying, sublimation of volatile substances and combustion of carbon are connected to the installed matching unit, which provides regulation of the feed rate of manure and movement of the grate with even changes in the weight of the droppings, and the gas-tight body with combustion and afterburner chambers is made in a vertical arrangement with the upper location of the heat exchanger.