RU2168220C2 - Силовое устройство рыбоперерабатывающих судов - Google Patents

Abstract

Изобретение предназначено для выработки тепловой и электрической энергии при переработке отходов рыбного промысла и фекально-бытовых стоков на рыбоперерабатывающих морских судах длительного автономного плавания. При анаэробном сбраживании отходов и стоков получают биогаз, в котором концентрация метана не превышает 75-80%, что недостаточно для использования его в качестве топлива. Обработку примесей осуществляют с применением хлореллы и серобактерий, которые в условиях фотосинтеза накапливают тяжелую воду в концентрациях 0,4 - 0,6%. Для освобождения тяжелой воды оболочки клеток разрушают в поле центробежных сил. Смесь тяжелой и сверхтяжелой воды нагревают и переводят в пар, а затем в электродуге при нагреве до температуры 2500 - 3000^oС - в плазму. Изобретение обеспечивает повышение эффективности работы. 1 ил.

Description

Изобретение относится к технике выработки тепловой и электрической энергии при переработке отходов рыбного промысла и фекально-бытовых стоков на рыбоперерабатывающих морских судах длительного автономного плавания.

Известно силовое устройство, включающее корпус, во внутренней полости которого, находящейся под разрежением, установлены импульсные токоиспускающий и токоприемный электроды, сообщенные с батареей конденсаторов /рис. 1.8. , с.15, Л.С.Кокорев, В.В.Харитонов, Прямое преобразование энергии в термоядерных энергетических установках, М.,1980/, в котором отсутствуют условия восполнения потерь трития, в виде тритиевой воды, при длительном отрыве от баз снабжения при автономном плавании, что снижает эффективность работы устройства.

Цель изобретения - повышение эффективности работы - достигается тем, что концентрично оси вертикального корпуса установлены литий-бериллиевые стержни, сообщенные с коллектором приемника электротока, например электродвигателем, а между стержнями и корпусом, охлаждаемым обычной водой, размещен теплообменник, во внутренней полости которого размещены последовательно от стержней к корпусу обечайки: литиевая, бериллиевая, урановая, графитовая, причем верхняя кромка литиевой обечайки выполнена с оросителем жидкого лития, а нижняя кольцевым приемником, сообщенным контуром циркуляции со сборником жидкого лития и циркуляционным насосом, а между импульсным токоиспускающим электродом и верхней торцевой стенкой корпуса размещены дуговые электроды с впрессованным в них литием, например, из порошка твердого алюминийсодержащего соединения, а напротив зазора между дуговыми электродами выполнено отверстие в торцевой стенке, сообщенное питателем с патрубком парогенератором тяжелой, и сверхтяжелой воды, а нижняя торцевая стенка корпуса выполнена полой, сообщена контуром охлаждения с теплообменником и с концентричными отверстиями, сообщаемыми отверстием приводной ступицы со струевым насосом, конденсатором и сборником гелия /He/.

Достижение цели изобретения обосновано в описании установки комплексной биологической утилизация отходов рыбопромысла и фекально-бытовых стоков рыбоперерабатывающего судна, представленной схематически в виде продольного разреза на чертеже.

Силовое устройство включает корпус 1, во внутренней полости 2 которого, находящейся под разрежением, установлены импульсные токоиспускающий 3 и токоприемный 4 электроды, сообщенные с батареей конденсаторов 5. Концентрично оси корпуса 1 установлены литий-бериллиевые стержни 6, сообщенные с коллектором 7 приемника электротока, например электродвигателем 8, а между стержнями 6 и корпусом 1 размещен теплообменник 9, охлаждаемый обычной /протиевой/ водой, во внутренней полости которого размещены: последовательно от стержней 6 к корпусу 1 обечайки: 10 - литиевая, например из окиси лития, бериллиевая - 11, урановая 12, из твэлов, заполненных природным или отвальным ураном-238, 13 - графитовая, причем верхняя кромка литиевой обечайки 10 выполнена с кольцевым оросителем 14 жидкого лития, а нижняя кромка с кольцевым приемником 15, сообщенным контуром 16 циркуляции со сборником 17 жидкого лития, а между импульсным токоиспускающим электродом 3 и верхней торцевой стенкой 18 корпуса 1 размещены дуговые электроды 19 и 20, с впрессованным в них порошкообразным литием, например из твердого алюминийсодержащего соединения, а напротив зазора 21 между дуговыми электродами 19 и 20 выполнено отверстие 22 торцевой стенки 18 корпуса 1, сообщенное питателем 23 с патрубком 24 парогенератора 25 тяжелой и сверхтяжелой воды, а нижняя торцевая стенка 26 корпуса 1 выполнена полой, сообщена контуром 27 охлаждения с теплообменником 28 и с концентричными отверстиями 29, сообщенными с отверстием 30 приводной ступицы 31 со струевым насосом 32, конденсатором 33 и сборником 34 гелия /He/. Установка комплексной биологической утилизации включает сборник 36 фекально-бытовых стоков и отходов переработки, сообщенный с метантенком 37 из камер: 38 - кислого, 39 - нейтрального, 40 - щелочного, 41 - метанового брожения, причем камеры снабжены диспергаторами 42, из взаимодействующих через кольцевой канал 43 уступчатыми цилиндрическими поверхностями корпуса 44 и ротора 45. Концентрация метана после метантенка 37 не превышает 75-80% и для исчерпывания диоксида углерода и сероводорода сообщен с хлореллогенератором 46, со светопроницаемыми стенками, с внешней стороны которых размещены светильники 47, а внутри размещена на приводном валу 48 плоская спираль 49 с иммобилизационными пучками стекловолокон 50. Метентенк 37 по бражке сообщен с оросителем 51 и по биогазу через нагнетатель 52 с нижней частью хлореллогенератора 46, который по взвесям сообщен с центробежным микрофильтром /ЦМФ/ 53 и по биомассе хлореллы и серобактерий ЦМФ 53 сообщен с патрубком 54 динамического дезинтегратора /ДД/ 55 и патрубком 56 по дезинтеграту сообщен с оросителем 51 хлореллогенератора 46, а по избыточному дезинтеграту сообщен с сушилкой 57 белково-витаминной добавки /БВД/. Патрубком 58 ДД 55 сообщен со сборником смеси 59 обычной и тяжелой воды и через гидравлический затвор 60 с ректификационной колонной /РК/ 61, включающей поперечные перфорированные перегородки /ППП/ 62, образующие секции 63, сообщенные друг с другом переливными трубами 64, причем нижняя секция 63 сообщена с теплообменником 65 и сборником 66 тяжелой воды, который в свою очередь сообщен с парогенератором 25. Теплообменник 9 сообщен со сборником 67 смеси обычной и сверхтяжелой воды, который в свою очередь сообщен со сборником 68 и через гидравлический затвор 69 с РК 70, аналогичной по конструкции с РК 61, причем верхняя секция 63 по пару сообщена с дефлегматором 71 и по флегме /конденсату/ с РК 70. Нижняя секция 63 сообщена с теплообменником 72 и со сборником 73 сверхтяжелой /тритиевой/ воды и парогенератором 25. Сборник 67 сообщен с сепаратором 75 паровой турбиной 76 привода электрогенератора 77, конденсатором 78 и циркуляционным насосом 79. Хлореллогенератор 46 по метану сообщен со сборником 80. Контур жидкого лития выполнен с циркуляционным насосом 81.

Силовое устройство рыбоперерабатывающих судов /СУ РПС/ в установке комплексной утилизации фекально-бытовых стоков и отходов рыбопереработки работает следующим образом.

Фекально-бытовые стоки и отходы переработки поступают в сборник 36, а из него в метантенк 37, в котором при температуре 53^oC сбраживают последовательно в камерах 38-41 в анаэробных условиях, причем колебания температуры не должны превышать одного градуса в сутки. Температурная стабилизация осуществляется за счет нагрева субстрата в кольцевом канале 43 между уступами корпуса 44 и ротора 45. Одновременно диспергаторы 42 разрушают взвесь и гомогенизируют субстрат с обновлением поверхности контакта между микрофлорой и загрузкой метантенка 37. В метантенке 37 осуществляют ферментолиз, т.е. разложение воды на водород и кислород, причем водород восстанавливает диоксид углерода до метана, в результате чего масса метана по весу превышает массу распада беззольной органики на 20-30%. Концентрация метана в биогазе на выходе из метантенка 37 не превышает 75-80%, что затрудняет его использование в качестве горючего в двигателях внутреннего сгорания /ДВС/. Для исчерпывания диоксида углерода и сероводорода биогаз из метантенка 37 нагнетателем 52 направляют в хлореллогенератор 46, в который через ороситель 51 вводят бражку, со взвешенным в нем шламом. В условиях фотосинтеза от светильников 47 хлорелла и серобактерии исчерпывают примеси, причем хлорелла накапливает в своем организме тяжелую /Д₂О/ воду до концентраций 0,4-0,6%. Взвешенную в воде микрофлору отделяют на нежесткой фильтровальной перегородке, находящейся под напряжением электротока, в ЦМФ 53. Биомассу дезинтегрируют в ДД 55 и дезинтеграт, содержащий до 45% углерода, 11% - азота, 5% - фосфора, возвращают через ороситель 51 в хлореллогенератор 46, в качестве биогенных элементов питания для микрофлоры. Избыточную биомассу дезинтеграта сушат в сушилке 57 и она в качестве БВД является товарным продуктом рыбопереработки. При дезинтеграции /разрушении/ оболочек клеток их содержимое, на 80-85%, состоящее из воды, освобождается и в поле центробежных сил ДД 55 отделяют из обычной воды тяжелую воду, которая имеет плотность на 10%, а вязкость на 23% выше обычной воды. Смесь обычной и тяжелой воды из патрубка 58 поступает в сборник 59 и через гидравлический затвор 60 в РК 61. Температура кипения тяжелой воды 101,42^oC. Она хуже испаряется и быстрее конденсируется в сравнении с обычной водой. Многократными частичными испарениями воды и конденсациями паров разделяют смесь. Пары поднимаются вверх из одной секции 63 в другую через перфорацию ППП 62, а жидкость перетекает вниз по переливным трубам 64. Из теплообменника 65 тяжелая /Д₂О/ вода поступает в сборник 66, а из него в парогенератор 25, в котором в смеси со сверхтяжелой /Т₂О/ водой, поступающей из сборника 73, смесь нагревают до температуры 280-320^oC. Пары смеси через патрубок 24 порциями вводят питателем 23 через отверстие 22 в торцевой стенке 18 в зазор 21 дуговых электродов 20 и 19. При температуре дуги 2500-3000^oC образуется плазма, причем порции ввода плазмы во времени совпадают с импульсами электроразрядов между электродами 3 и 4 от батареи конденсаторов 5. Плазма перемещается во внутренней полости 2 корпуса 1 по траекториям в виде спиралей. Плазма переводится в пар у торцевой стенки 26 охлаждением контуром 27 теплообменника 28. Пары отводят поочередно через отверстия 29, подключаемые к отверстию 30 приводной ступицы 31. Условия отвода паров формируют перемещение плазмы в виде спиралей внутри литиевой обечайки 10 из окиси лития. Согласно закону сохранения импульсов взаимодействие высокоэнергетических ионов с поверхностью литиевой обечайки 10 дает реакцию, воспроизводимую в литий-бериллиевых стержнях 6 в виде электротока, отводимого к коллектору 7 токоприемника, например электродвигателя 8. Для снижения плазменной эрозии поверхности литиевой обечайки 10 ее орошают жидким литием из оросителя 14, который стекает пленкой в кольцевой приемник 15. Рециркуляцию осуществляют насосом 81 через контур 16 и сборник 17. Испарение вещества с поверхности спиралей за счет отдачи от поверхности литиевой обечайки приводит к сжатию спиралей к оси импульсных разрядов между токоиспускающим 3 и токоприемным 4 электродами. Поджиг термоядерной смеси происходит в электродуге электродов 19 и 20, с одновременным вводом в плазму лития из порошкообразных соединений /LiAl, LiAlO₂/, прессованных в материал дуговых электродов. Многократные повторения микровзрывов в дуге 21 дуговых электродов с достаточно высокой частотой обеспечивают воспроизводство трития. Слияние ядер дейтерия и трития приводит к образованию ядер гелия и нейтронов при медленном горении плазмы в спиралях, причем гелий образует у поверхности обечайки 10 газовую "шубу", снижающую потери тепла от плазмы к воде охлаждения теплообменника 9. Быстрые нейтроны с высокой проникающей способностью воздействуют на материал литиевой 10 и бериллиевой 11 обечаек и воспроизводят в воде охлаждения теплообменника 9 тритий, т.е. осуществляется его воспроизводство. Урановая обечайка 12 с твэлами из природного или отвального урана-238, под воздействием нейтронов синтеза приводит к делению ядер урана, с выделением тепла, причем 75-80% тепловой энергии силовой установки приходится на деление ядер урана. Другая часть урана-238 превращается в плутоний, который извлекают вместе с твэлами при перезарядке силовой установки в порту приписки судна. Разрежение во внутренней полости 2 создает струевой насос 32 и конденсация паров воды в конденсаторе 33, причем гелий /He/ является неконденсируемой примесью и его отводят в сборник 34 в качестве товарного продукта. Тепло из теплообменника 9 отводят с охлаждающей водой в сборник 67, из него в сепаратор 75 и далее в паровую турбину 76 привода электрогенератора 77. Отработанный пар конденсируют в конденсаторе 78 и возвращают в циркуляционный контур насосом 79. Вода в сборнике 67 содержит тритий в виде тритиевой воды и для ее отделения смесь обычной и тритиевой воды через сборник 68 и гидравлический затвор 69 направляют в РК 70. Температура кипения тритиевой воды 104^oC и она относительно легко отделяется от обычной воды.

Простые и надежные в работе силовые устройства найдут широкое распространение на рыбоперерабатывающих судах, обеспечивая длительную автономность плавания.

Claims (1)

1. Силовое устройство рыбоперерабатывающих судов, включающее корпус, во внутренней полости которого, находящейся под разрежением, установлены импульсные токоиспускающии и токоприемные электроды, сообщенные с батареей конденсаторов, отличающееся тем, что концентрично оси корпуса установлены литий-бериллиевые стержни, сообщенные с коллектором приемника электротока, например, электродвигателем, а между стержнями и корпусом размещен теплообменник, охлаждаемый обычной водой, во внутренней полости которого размещены последовательно от стержней к корпусу обечайки: литиевая, например, из окиси лития, бериллиевая, урановая, из твэлов, заполненных природным или отвальным ураном-238, графитовая, причем верхняя кромка литиевой обечайки выполнена с кольцевым оросителем, а нижняя - с кольцевым приемником, сообщенным контуром циркуляции со сборником жидкого лития, а между импульсным токоиспускающим электродом и верхней торцевой стенкой корпуса размещены дуговые электроды, с впрессованным в них порошкообразным литием, например, из твердого алюминийсодержащего соединения, а напротив зазора между дуговыми электродами выполнено отверстие в торцевой стенке корпуса, сообщенное питателем с патрубком парогенератора тяжелой и сверхтяжелой воды, а нижняя торцевая стенка корпуса выполнена полой, сообщенной контуром охлаждения с теплообменником и концентричными отверстиями, сообщенными с отверстием приводной ступицы со струйным насосом, конденсатором и сборником гелия (He).