兰州太阳能与发电余热增温沼气工程的性能研究

为保证兰州地区大中型沼气工程的产气稳定性,解决由于环境温度低而造成发酵塔内温度跨度较大的问题。笔者针对兰州市花庄镇沼气工程,构建一套太阳能与发电余热增温保温系统,达到保证发酵塔在不同季节均能维持恒温厌氧发酵的目的。文章阐述了系统的原理,并对系统的各部分的热量需求进行理论计算。结果表明,该沼气工程平均日需热量7531.9 MJ,太阳能与发电余热增温保温系统平均日产热量7623.4 MJ,使整个发酵塔的温度在夏季和其他季节分别维持在52℃和37℃,完全能满足整个工程的热量需求。该系统可使发酵系统在不同季节均能保持恒温厌氧发酵,保证了其产气稳定,因而这套系统是可行的,为兰州地区太阳能与发电余热增温保温系统提供了参考。     

农牧废弃物恒温干/湿厌氧发酵过程研究

为对比干发酵和湿发酵过程中产气性能的差别,对比试验研究了3 m~3恒温(37±1)℃发酵罐内单一牛粪干/湿发酵过程中日产气量、累计产气量、产气率及甲烷体积分数和pH及氨氮的变化,并最后应用修正的Gompertz方程分析甲烷生产的动力学过程。试验结果表明:以TS(总固体浓度)为20%的干发酵系统累计产气量为51.375 m~3,最大日产气量可达2.198 m~3,分别比TS为8%的湿发酵多11.076 m~3和0.301 m~3;干发酵的池容产气率为0.558 m~3/(m~3·d),比湿发酵实验组提高了15.95%;干/湿发酵系统的日均甲烷体积分数分别为51.3%和48.6%。在试验过程中,干/湿发酵恒温沼气罐内的pH值及氨氮含量均介于正常范围之内,没有发生抑制现象使得试验可以顺利进行。通过修正的Gompertz方程对干/湿厌氧发酵的产甲烷过程进行拟合,拟合的结果R~2在均大于0.99,表明实际产甲烷潜力值和拟合的产甲烷潜力值很接近,显示出了较高的准确性。该研究结果可为农牧废弃物干发酵工程提供理论依据和指导。     

北京地区太阳能、空气源热泵、发电余热联合沼气工程增温系统研究

为了解决北京地区大中型沼气工程增温问题,文章结合北京地区气候特点,构建了一套太阳能、空气源热泵、发电余热联合沼气增温系统,阐述了系统设计的原理,计算和分析了发酵罐的热负荷、太阳能集热器集热量、空气源热泵供热量、沼气发电余热量和系统的经济性。结果表明:3种联合增温系统的作用下料液的温度能够一直维持在(37℃±1℃)范围内,在中温厌氧发酵范围内产气也达到最佳,取得了良好的试验效果。沼气工程全年月平均热量损失为7325.0 MJ,太阳能、空气源热泵、发电余热联合沼气增温系统月平均产热量为7464.1 MJ,可以完全满足工程的热量需要,保证整个系统稳定运行。同时也具有良好的经济效益性,对今后在北京的大中型沼气工程中具有一定的的参考意义。     

变工况下环境因素对竖排全玻璃真空管集热器储热性能的影响试验研究

全玻璃真空管太阳能集热器在西北地区得到广泛的应用。提高用户有用得热量可以提高全玻璃真空管的集热效率,在集热器稳态运行情况下,用户有用得热量数值上和集热器储热量相等。为探究变工况下竖排全玻璃真空管集热器储热性能的影响,以西北地区农村一单体建筑屋顶上6组全玻璃真空管太阳能集热器为研究对象,实时监测太阳辐照度,风速,环境温度,并对环境温度这一单一因素对集热器储热量的影响进行分析。试验结果表明:当夜间没有太阳辐射或者白天太阳辐射低于600W/m2,其他因素不发生改变时,随着环境温度升高,全玻璃真空管太阳能集热器储热量会随之增大,环境温度每增加1℃,全玻璃真空管储热量将增加2 209J。当太阳辐照量足够大,大于600 W/m2时,储热量不随环境温度变化而变化。     

鸡粪与玉米秸秆混合“干-湿两相”厌氧发酵启动研究

目前我国的厌氧发酵沼气工程多是单一物料和单相发酵,产气效率不高。针对这一问题,试验利用干发酵和湿发酵各自优势,研究了两相厌氧反应器对玉米秸秆和鸡粪不同配比情况下厌氧发酵的启动过程。产酸相选用TS浓度20%的干发酵,产甲烷相选用TS浓度3%的湿发酵,发酵温度均为37℃±1℃。试验结果显示两相反应器均能较快完成启动。产酸相启动试验中纯秸秆组、混合组和纯鸡粪组的产酸相停留时间(HRT)分别为4天,6天和9天。产甲烷相启动试验中纯秸秆组、混合组和纯鸡粪组的产甲烷相启动时间分别为23天,21天和15天。     

中高温条件下不同碳氮比对鸡粪原料厌氧发酵产气特性的影响

文章研究温度、C/N对鸡粪原料厌氧发酵产气特性的影响,为提高厌氧发酵产气效率提供依据。将鸡粪与玉米秸秆混合(C/N为20∶1)作为厌氧发酵原料,采用自行设计的可控性恒温厌氧发酵装置,分别在35℃,42℃,50℃这3个温度梯度下进行厌氧发酵,并和纯鸡粪进行对比试验,研究中高温条件下不同C/N原料发酵效果。结果表明,在35℃,42℃和50℃这3个不同温度下,无论是纯鸡粪原料还是鸡粪和玉米秸秆混合原料,温度越高,产气越多,产气潜力也越大,而且混合原料整体都比单鸡粪发酵产气潜力高。综合分析,鸡粪的最佳发酵条件:发酵温度为42℃,原料最佳C/N为20∶1。     

不同恒温条件厌氧发酵的沼气成分研究

为了研究发酵温度对厌氧发酵产沼气的成分影响,在4个11.5 L的发酵罐中进行了恒温19℃,30℃,37℃和52℃的鲜牛粪厌氧发酵实验,并用沼气分析仪实时测量了沼气成分。实验结果表明,37℃恒温厌氧发酵的产气量和产甲烷量为最大,其发酵周期为22天,在发酵周期内干物质产气率为0.31 m3.kg-1,池容产气率为0.76 m3.m-3d-1,平均甲烷含量为53.59%;19℃厌氧发酵的产气量和产甲烷量都为最小。     

太阳能热带牧草干燥机的设计与试验

热带牧草的干燥方式主要是自然晾晒和利用物理化学方法的耗能干燥,干燥技术落后,耗能大,营养损失较大,效率较低。针对热研2号柱花草设计研制出一种太阳能热带牧草干燥机,利用海南丰富的太阳能资源,采用3层网状输草装置和匀风控温系统,实现牧草均匀干燥加工。该干燥机试验时段平均工作温度为58℃,干燥室最高温度为67℃,太阳能集热器效率达到57.2%,牧草干燥效率为0.52t/d,干燥后湿基含水率≤17%。牧草营养成分与自然晒干相比总体保留较好,满足热带牧草干燥的生产要求。     

猪粪厌氧干湿发酵产气效率对比

为了对比研究猪粪厌氧干湿发酵的产气效率,文章在中温37℃±1℃,接种物与原料的比例为1∶1的条件下,设置发酵浓度分别为8%和20%进行猪粪厌氧发酵产沼气实验。结果表明:猪粪厌氧湿发酵(发酵浓度为8%左右)的发酵产气周期要比猪粪厌氧干发酵(发酵浓度为20%左右)的更短;猪粪厌氧干发酵的VS产气率以及VS降解率均要高于猪粪厌氧湿发酵,且VS产气率提升了22. 10%;猪粪厌氧干湿发酵降解过程与Logistic方程的相关系数R~2均高于0. 99,Logistic方程可很好的反映猪粪厌氧干湿发酵过程的规律。     

中高温条件下羊粪与芒果废弃枝叶混合厌氧发酵产沼气研究

为研究中高温下条件下羊粪与芒果废弃枝叶混合厌氧发酵的产沼气特性影响,选取风干后的羊粪与芒果废弃枝叶进行厌氧发酵产沼气试验。试验设置5个配比：单一羊粪、单一芒果废弃枝叶、羊粪与芒果废弃枝叶(1∶1、1∶3、3∶1)3个配比,在3种恒温温度(35℃、45℃、55℃)下进行厌氧发酵,共计15个处理,发酵周期32天。试验结果表明：相对于芒果废弃枝叶单一发酵,羊粪与芒果废弃枝叶混合发酵可获得较好的产气效果,但相对于羊粪单一发酵,各温度下混合发酵的产气量并没有更好的表现。综合比较,羊粪和芒果废弃枝叶混合发酵在配比3∶1、45℃发酵状态下的发酵完成时间最短为17天,且TS产气率和VS产气率最大,具有一定的产气潜力。     

太阳能集热、空气源热泵和电加热并联式沼气发酵增温系统研究

为了解决南方地区阴雨天和广大北方地区冬季沼气发酵温度低、产气效率低等问题,本文尝试设计以太阳能集热、空气源热泵、电加热并联的沼气发酵增温系统.这三种加热技术互补使用可满足不同天气条件下沼气发酵的增温需求.太阳能集热器作为增温系统的主要加热装置.当太阳辐射不能满足温度需求时,使用空气能热泵加热.特殊情况下使用电加热装置增温.为满足恒温发酵,该系统配备了以单片机为核心的自动控制器,分别包括温度检测电路单元、温控电路单元、键盘输入单元、显示单元和报警单元.该增温系统实现了沼气池恒温发酵功能,能够在阴雨天和冬季稳定增温,有效的提高沼气池产气效率,减少能源消耗和人员参与.     

牛粪高浓度批次厌氧发酵试验研究

在试验室条件下,对牛粪高浓度批次厌氧发酵进行试验研究,考察发酵温度、干物质含量和接种率对牛粪高浓度厌氧发酵效果影响。试验结果表明:牛粪高浓度厌氧发酵在工艺上是可行的;高温55℃厌氧发酵较中温35℃厌氧发酵产气快,发酵周期短,但能耗高,二者总累计产气量相近;高温厌氧发酵第15d累积产气量基本都达到了总产气量的95%以上;接种充分和发酵条件适宜条件下,干物质含量TS对累计干物质产气率影响较小,高浓度厌氧发酵可以有效提高反应器效率,且节水节能;随着接种率增大,高温高浓度厌氧发酵启动越迅速,平均日产气量越高,产气速度越快;接种率为30%时,第15d累计产气量为5 113mL,相当总产气量97%。     

干红葡萄酒发酵过程温度分布研究

运用PSD系列数据记录仪测定在恒温环境下干红葡萄酒发酵过程和发酵罐内3个不同高度平面、半径处9个点的温度。通过研究分析这些测点温度,探测干红葡萄酒在发酵过程中发酵罐内温度的变化规律,得出最高温度出现在表皮和液面交界处,这些规律可为发酵罐的设计以及换热器的放置提供实验依据。     

太阳能饲草干燥空气集热器自动跟踪系统应用研究

为了提高太阳能饲草干燥设备空气集热器对太阳能的吸收集热效率,最大限度的利用太阳能,分析了太阳能空气集热器自动跟踪太阳技术,比较了被动跟踪模式和主动跟踪模式运行过程中的优缺点。针对太阳能饲草干燥空气集热器提出了被动跟踪模式与主动跟踪模式相结合的单轴跟踪结构,该跟踪模式结合了两种跟踪模式的优点,很好地克服了两者的不足。试验表明,本系统适用于太阳能饲草干燥,转动跟踪精度高,工作稳定性好,而且太阳能接收损失小,结果显示本系统可使集热器出口温度平均提高15℃,集热器效率得到提高,达到太阳能饲草干燥设备优化的目的。     

尾菜与小麦秸秆两级联合厌氧发酵工艺的研究

文章对尾菜和小麦秸秆两级联合厌氧发酵工艺进行了研究,结果表明,第1级尾菜发酵后的沼液用作第2级发酵的接种物,对小麦秸秆进行喷淋和浸泡,有效地提高了产气率,缩短了产气周期。试验结果显示,在中温(35℃)发酵条件下,尾菜厌氧发酵最大负荷为3.2 kg·m^-3d^-1TS,容积产气率为2.72 m^3·m^-3d^-1;小麦秸秆厌氧干发酵启动时间加快至1～2 d,发酵周期缩短至40 d,小麦秸秆和尾菜沼液混合原料TS产气率达到334.26 mL·g^-1。     

接种量对农牧业混合原料干发酵产气性能的影响

为了更高效、环境友好化地利用甘肃省玉米秸秆和甘蓝尾菜等生物质资源,文章研究接种量对混合原料干发酵过程产气性能与启动速度的影响。试验在中温(37℃±1℃)TS为20%条件下,不同数量接种污泥与牛粪玉米秸秆或牛粪甘蓝菜叶混合后的干发酵过程,监测了接种量分别为20%,30%,40%时pH值、氨氮含量、日产气量、甲烷含量、累计产气量和累计产甲烷量等参数变化。结果表明:当接种污泥与牛粪玉米秸秆混合时,接种量40%的混合原料干发酵累计产气量最高,为207.46 L,平均甲烷含量52.2%,日最高产气量为11.76 L,日平均容积产气率为1.09 L·L^-1;当接种污泥与牛粪甘蓝叶混合时,接种量为30%的混合原料干发酵累计产气量最高,为159.96 L,平均甲烷含量47.8%,日最高产气量为8.90 L,日平均容积产气率为0.84 L·L^-1;除20%接种量与牛粪玉米秸秆混合试验组第3天才开始产气外,其余干发酵均在第1天就开始产气;由于接种污泥的缓冲作用,所有厌氧干发酵过程中氨氮含量一直低于1500 mg·L^-1,没有发生厌氧反应被抑制的现象。混合原料恒温干发酵可以实现生物质资源更合理的应用。     

沼气工程两种辅助增温方式的经济效益分析

为解决西北地区寒冷季节利用发电机余热增温沼气工程时热量不足的问题,笔者以兰州市花庄镇沼气工程为研究对象,对沼气工程各部分热量需求进行理论计算,同时对太阳能和沼气锅炉两种辅助增温方式进行了经济性研究,结果表明:夏季和其它季节发酵塔温度分别维持在52℃和37℃时,太阳能集热器和沼气锅炉两种辅助增温方式的初始投资比为3.75∶1,太阳能集热器比沼气锅炉辅助增温方式净现值高43.9%。考虑到国家相关政策、经济效益、环境效益和西北地区日照充足等因素,当发电机余热不足时,沼气工程辅助增温方式应优先选用太阳能集热器。     

热化学预处理温度对玉米秸秆干发酵的影响

为研究热化学处理方法对生物质干发酵制备沼气的影响,采用鼓泡流化床热解反应器在150℃、170℃、190℃和210℃下对玉米秸秆进行了热化学预处理,并与未处理的玉米秸秆原料分别进行了35℃中温发酵42d的实验研究。结果表明,一定温度范围的热化学预处理能够改变木质纤维的束状结构,能使半纤维素的质量分数有效降低5.98%～22.25%,木质素的质量分数降低1.75%～20.99%,从而加快启动,提高甲烷产量。其中190℃处理组30d内的累积甲烷产量比未处理组提高了16.30%,启动时间提前了2.10d。结果表明热化学预处理能有效提高玉米秸秆干发酵甲烷产量,加快干发酵的启动速率,提高干发酵效率。     

启动模式对水稻秸秆厌氧发酵稳定性及产气效率的影响

秸秆厌氧发酵是实现农业废弃物能源化利用，支撑农业固碳减排的重要途径。但是，秸秆的高负荷发酵通常会导致系统酸化，影响发酵稳定性。研究以驯化的厌氧污泥为接种物，在不同物料浓度(5%、7%和9%TS)下，研究了一步启动(OSS, one-step startup)和逐级提升启动(SIS, stepwise-increasing startup)两种模式对秸秆中温(35℃)厌氧发酵效率及稳定性的影响。结果表明，两种启动模式均可正常启动秸秆厌氧发酵过程，水解阶段OSS组趋向于丙酸型发酵，但SIS组可维持稳定的乙酸型发酵，丙酸和乙酸降解效率高，挥发性脂肪酸最高累积浓度仅为OSS组的18.4%～40.3%。56 d发酵过程中，所有实验组均稳定产甲烷；与OSS组相比，逐级提升启动对较低物料浓度(5%和7%TS)的产气率无显著影响，但9%TS实验组的TS产气率显著提升。高通量测序结果显示，Sphaerochaeta,Proteiniphilum和Bacteroidales是OSS组中的优势细菌，vadinBC27 wastewater-sludge group和Synergistaceae是SIS组的优...     

牛粪最大甲烷生产能力及其发酵过程实验研究

采用自制序批式厌氧发酵实验装置对某奶牛场牛粪最大甲烷生产能力及其发酵过程进行研究.实验分为对照组和实验组,每组平行设置三个重复,在35℃恒温条件下厌氧发酵26天,期间对各发酵系统的产气量以及发酵液的pH,氨氮(NH4+-N),化学需氧量(COD)等指标进行连续监测.根据产气量情况,计算得出实验牛场牛粪的VS最大甲烷生产能力为0.139 m3CH4·kg-1.通过对发酵液各项指标的监测,发现实验组发酵液pH值在实验后期升高到7.7 ～7.9,氨氮浓度的最大值为582.16 mg·L-1,COD平均去除率为61.58％.研究中还对发酵液各项监测指标的变化趋势以及相互关系进行了深入分析.