Система перемешивания биомассы в биореакторе/Biomass Mixing System in Bioreactor

Отходы > WasteECo > 2009 > Биомасса

Система перемешивания биомассы в биореакторе

Казарян Э. В., Геворкян Н. В., Государственный инженерный университет Армении, Ереван, Армения

Эффективность перемешивания биомассы в биореакторе — один из основных параметров, влияющих на работу биогазовой установки. Для повышения ее технологических показателей рекомендуется использовать режим, при котором биомасса периодически перемешивается в противоположных направлениях с заданными временами вращения и покоя.

В работе представлена разработанная в Государственном инженерном университете электромеханическая система управления процессом перемешивания биомассы. С учетом специфики сельского хозяйства и животноводства Армении выбрана установка с вертикальным расположением биореактора и механической мешалкой (рис. 1).

Рис. 1. Биогазовая установка с электромеханической системой управления:
1 — биомасса; 2 — патрубок для загрузки биомассы; 3 — двигатель мешалки; 4 — патрубок для отбора газа; 5 — термоизоляция биореактора; 6 — электромеханическая система управления; 7 — корпус биореактора; 8 — патрубок для выгрузки

Объем биореактора 10 м³, диаметр 2,7 м, диаметр мешалки 2,65 м, объем биомассы в реакторе 7 м³, высота слоя 2 м. Из этого количества биомассы в среднем вырабатывается 10,5 м³ биогаза. Мощность привода мешалки определяли с учетом циркуляционного критерия Рейнольдса.

Общая схема системы управления направлением вращения и периодичностью включения двигателя мешалки приведена на рис. 2.

Рис. 2. Схема управления вращением двигателя:
1 — двигатель постоянного тока; 2 — поляризованное реле; 3 — аналоговый интегратор; 4 — реле времени

В качестве задатчика времени включения и выключения мешалки использован аналого-дискретный интегратор (АДИ), построенный на основе капиллярного ртутно-электролитического интегратора. В зависимости от его тока управления выбирается время переключения полярности источника питания двигателя. Время простоя двигателя задается реле времени. Информационным параметром для задания режима работы механической мешалки служат выходные сигналы АДИ — минимальный U_min и максимальный U_max. На рис. 3 показана зависимость выходного сигнала АДИ от времени.

Рис. 3. Зависимость выходного сигнала АДИ от времени при разных сигналах управления:
▲ — 500 мА; ■ — 1 000 мА; ♦ — 1 500 мА

Подробная схема управления, обеспечивающая периодическое перемешивание биомассы в разных направлениях в течение заданного времени, показана на рис. 4.

Рис. 4. Схема системы управления процессом перемешивания биомассы:
АДИ — аналого-дискретный интегратор; Я — сопротивление для установки тока управления АДИ; Д — двигатель; КОМП1 и КОМП2 — компараторы соответственно с минимальным и максимальным опорными сигналами; КП1 и КП2 — поляризованные реле, К1, К2, К3, К4 — контакты поляризованных реле

Для переключения полярности катушки управления поляризованных реле используют выходные сигналы компараторов КОМП1 и КОМП2. Опорный сигнал КОМП1 принят равным U_max, а КОМП2 — U_m_in.

При максимальном значении выходного сигнала АДИ U_max на выходе компаратора КОМП1 появляется сигнал и срабатывает поляризованное реле КП1, его контакты К1 и К4 замыкаются. Через определенное время при выходном сигнале АДИ U_min срабатывает компаратор КОМП2, замыкаются контакты реле К3 и К2, а контакты К1 и К4 размыкаются. Полярность катушки управления поляризованного реле меняется. Таким образом периодически изменяется направление вращения двигателя мешалки.

Биомассу рекомендуется перемешивать дискретно, с интервалом 5—6 ч. В разработанной системе продолжительность вращения вала в обоих направлениях одинакова. Предусмотрен магнитный пускатель, который включает систему через определенное время, например через каждые 6 ч. Время включения задается таймером на основе АДИ.

Годовые затраты электроэнергии составят 192 720 кВт • ч. Они оценены исходя из мощности двигателя, необходимой для перемешивания, и времени работы перемешивающего устройства в течение года. С учетом получаемых продуктов (биогаза и высококачественного удобрения) эксплуатационные расходы вполне окупаются.

Biomass Mixing System in Bioreactor

Kazaryan E. V., Gevorkyan N. V., State Engineering University of Armenia, Yerevan, Armenia

This paper represents an electromechanical control system of biomass mixing management in bioreactor of a biogas plant.

Сведения об авторах

Казарян Эрнест Вагенович, д-р техн. наук, проф., кафедра электрических машин и аппаратов, Государственный инженерный университет Армении, ул. Теряна, 105, Ереван, 0009, Армения. E-mail
Геворкян Назели Вагановна, доц., кафедра электрических машин и аппаратов, Государственный инженерный университет Армении, ул. Tеряна, 105, Ереван 0009, Армения