沼气发酵池动态热负荷特性研究

温度是影响沼气发酵产气率的关键因素,发酵池的热负荷是沼气工程加温系统设计与选型的基础,关系到发酵系统的稳定运行与加温系统的经济性。精确计算出发酵池热负荷,有利于将加温系统供能侧与发酵池需能侧匹配,并探索出加温系统的最佳系统配置和运行策略,以降低能耗和成本。在分析沼气工程发酵设备物理和数学模型基础上,采用逐时累加法计算发酵池围护结构散热量,得到发酵池热负荷的全年动态变化规律,将稳态算法的时间步长由1个月缩短到1 h,提高了计算精度。研究结果表明,在(25±1)℃、(30±1)℃和(35±1)℃3种不同工况下,热负荷的模型计算结果与试验测量结果相对误差分别为-5.98%、3.93%和5.39%,对于沼气工程保温和增温设计具有一定的理论意义和参考价值。     

利用CFD方法优化沼气发酵罐内流场形态的研究综述

料液搅拌是现代沼气工程不可或缺的附属工艺,能够大幅提升发酵效率。利用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法模拟计算料液在厌氧消化罐内的流动过程,可以得到流场分布图,实现流场可视化,根据图形识别流场形态的特点和缺陷,优化设计搅拌形式和运行参数。近年来,利用CFD方法模拟沼气发酵料液搅拌的研究,在优化设计罐型、搅拌形式、搅拌运行参数、料液混合方式等方面都取得了极大进展,提升了沼气科学研究的层次,是沼气科学发展史上的一个重要阶段,并代表了未来的发展方向,文章综述了该阶段的研究进展。     

利用CFD多相流模型优化设计沼气料液搅拌流场的方法研究

搅拌是现代沼气工程必不可少的工艺,优化料液搅拌的流场形态,可使发酵物料分布更加均匀,从而提高沼气的产量和污染物去除率。采用底部进水、高位分散式压力出口的设计方式可以显著优化流态。沼气发酵搅拌实质上是一种固液两相流过程,其初始阶段固体颗粒较大,后期将处于高浓度粘性液体(非牛顿流体)状态。文章设计了一台容积0.75 m~3的厌氧消化罐,利用计算流体力学(CFD)软件,以水为介质,模拟初期的基本流态,并采用欧拉模型模拟后期的高浓度粘性流体流态,从而验证底部进水、高位分散式压力出口设计方案的优化效果。通过对几种进料速度的搅拌效果进行分析,发现在清水介质工况下,采用0.6 m·s~(-1)的进水流速,比1 m·s~(-1)流场分布更均匀,避免了分层。但在秸秆介质工况下,采用1 m·s~(-1)却比0.6 m·s~(-1)更均匀,并能避免分层。文章通过变工况模拟分析的对比演示,阐述了利用CFD多相流数值模型分析不同工况混合搅拌流场形态,优化设计搅拌参数的方法。     

利用CFD模拟沼气发酵罐内流场形态的计算方法研究综述

利用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法模拟计算沼气工程料液搅拌的流场形态,得到流场分布图并以之为依据优化设计搅拌方式,目前已成沼气行业的主流方法。进入21世纪以来,学界对CFD方法在沼气领域的应用研究取得了长足进步,在工况适用算法模型、模拟对象近似分类、利用先进检测手段验证模拟真实性等诸多研究方向都取得大幅进展,文章就该领域近十五年来的研究成果作出综述,并总结了常见工况的适用算法以供参考。     

双层intermig桨式搅拌槽流动场数值模拟

搅拌器被广泛应用于许多工业过程中。本文对双层intermig桨式搅拌槽内的混合过程进行了三维模拟,采用多重参考系法(MRF)及标准k-ε模型,分析了不同工况下,桨叶直径及离底高度对流场及搅拌功率的影响,绘制了Np-Re关系图。结果表明:离底高度的变化对搅拌槽流场性能的影响非常明显,流动模拟可获得详细的流场分布及各项特性参数,计算结果可为工业搅拌过程提供工艺参考。     

利用CFD工具优化设计沼气工程流场形态的方法研究

掌握、优化流态,可以显著提高沼气工程的厌氧发酵效率。计算机数值模拟计算方法是当前分析研究流场形态的常用方法,非常适用于处于严格密闭状态下的沼气发酵料液流场形态分析。文章以1个模拟建立的小型沼气厌氧发酵罐的清水工况为例,通过计算流体动力学(CFD)软件构建发酵罐的内部流场进行模拟计算分析,阐述底部进水和分散式出口两种整流布水工艺的流体力学原理,介绍了利用CFD软件优化设计沼气料液流场的方法。     

寒区沼气工程地源热泵加热系统能耗分析

由于寒区沼气工程运行时室外温度较低,需要采用加热保温措施,因此选择适当的加热系统直接关系到寒区冬季沼气工程中温发酵能耗的大小和能否正能输出的问题。为此,基于黑龙江省鸡西市兰岭乡一处沼气工程参数,在沼气工程35℃中温发酵热负荷的条件下,通过计算和对比地源热泵和燃煤锅炉对沼气工程进行加温的各月份能耗,得出了地源热泵加温方式比燃煤锅炉加温方式节约15%左右能源消耗的结论,为寒区沼气工程采用地源热泵加热系统进行采暖提供了有力依据。     

我国农村水压式沼气池发酵工艺研究

我国农村发展沼气的主要目的,是解决农民的生活燃料和扩大有机肥料。根据农村发酵原料的来源和现状、农民家庭用气和生产用肥的需要,农村制取沼气,主要是采取半连续自然温度发酵工艺和应用混合原料入池。为了研究提高水压式沼气池的产气率,特别是提高冬季产气率,达到全年均衡产气,我们在农牧渔业部成都沼气科学研究所试验场,进行了沼气发酵工艺的试验研究。     

江苏省沼气工程调研及工艺分析

文章对江苏省32家沼气工程进行了实地考察。调研中发现,江苏省沼气工程主要以畜禽粪便为原料;发酵温度主要为常温发酵;发酵装置工艺主要以完全混合式厌氧反应器(CSTR)为主;常采用机械搅拌;受到工程规模的影响,沼气利用方式存在差异,中小型的燃烧,大型的发电;对于沼液、沼渣处理,大多直接还田或用于附近的林园。江苏省的养殖业形式和规模决定了沼气工程在很长一段时间以中小型为主,不适合直接引入国外先进的面向大型沼气工程的工艺,必须开发适合江苏省特色的中小规模的沼气工程工艺,将目前普遍采用的常温发酵改为中温发酵是可行的突破口之一。     

不同桨层搅拌沼气发酵效果对比及其CFD模拟研究

本文对无搅拌、二层桨搅拌、三层桨搅拌三种沼气发酵效果进行了试验研究,并采用计算流体力学软件fluent对二层、三层搅拌罐混合过程进行了模拟,数值模拟采用了欧拉—欧拉方法。试验结果表明有搅拌要比无搅拌沼气产量高出20%以上,三层桨搅拌效果明显优于二层桨;数值模拟中对液相流体分布进行分析,模拟结果显示三层桨液相流动速度大于二层桨,数值模拟结果与试验研究结果具有一致性,说明应用CDF模拟沼气发酵过程中的原料搅拌过程具有可行性。     

提高和保持户用小型沼气池产气率的几个措施

文章针对广西农村户用小型沼气池使用情况调查发现的问题,提出解决提高农村户用小型沼气池产气率的五个措施。     

沼气应用技术新方向

本文介绍了当前国内外沼气技术应用的动态：利用浓缩净化技术把沼气改进成高热值的生物质甲烷，并将其用到天然气应用的相关领域，可为中国沼气应用的发展提供一些借鉴和思考。     

欧洲沼气工程发展现状

本文介绍了最近几年欧洲各国有关沼气发展的政策法规、欧洲各国沼气产量和沼气利用方式。综述了欧洲沼气发酵工艺、沼气净化、沼渣沼液利用以及沼气发电等方面的技术现状。欧洲沼气发展经验表明,政策激励是目前沼气工程发展的原动力,凡是沼气发展迅速的国家,都有很好的政策激励。     

上部回流沼气池技术

文章针对国标沼气池和旋流布料沼气池存在的料液循环不畅、结壳等问题,依据山区农家小院特点和户外养殖习惯,集成组装了"上部回流三位一体"沼气池技术,重点解决了沼液冲圈冲厕、沼气池料液循环不畅、浮渣结壳和冬季增温等问题,进一步完善了农村户用沼气池功能。     

机械式沼液沼渣出料车的研发

沼气的综合利用可以改善农村的生产、生活环境,降低生产成本.提高经济效益,它绿色环保,是发展农业低碳循环型经济的重要基础工程,是当前社会主义新农村建设的重要内容.沼气池使用中需要进行定期清池换料,以保持沼气池的产气效率,如人工作业,人员需下到沼气池内,既不卫生,而且费时费工,如操作不当还会危及人生安全,机械式沼液沼渣出料车(全文简称出料车)的研发成功解决了这些问题,同时该出料车还实现了将废弃沼液进行农田喷洒施肥作业的功能.     

沼气净化技术及储存方式优化分析——以沼气工程为例

为优化沼气的净化技术和储存方式,文章对3座有代表性的畜禽养殖场沼气工程的沼气净化技术及储存方式进行了实证研究。通过对比分析得出:采用生物—化学联合工艺处理高H2S浓度的沼气是一种行之有效的沼气净化技术;北方地区宜采用干式储气柜;远距离输气适宜采用高压干式储气系统;沼气发电的工程采用干式双膜贮气罐更适合。     

基于反渗透技术的沼液浓缩研究

文章针对沼气工程中沼液产量大、处理成本高、储存运输困难和营养物质含量偏低等问题,提出采用高耐污反渗透技术对沼液进行浓缩的建议.实验分析了沼液的浓缩效果,考察了浓缩后透过液水质.实验结果表明,反渗透技术对沼液浓缩效果良好,对电导率,COD,NH3-N的浓缩效果达90％以上,透过液水质能够达到调浆等回用标准.通过对浓缩液农用指标的测试发现,浓缩液所含营养物质是原液的4倍,可以实现普通肥料等效施用效果,并在病虫害防治、促进作物生长、提高作物产量方面具有优势,有进一步商业化利用的潜力.     

以沼气为纽带的生态度假村有机废弃物资源利用研究

在一个农游结合型的度假村中,利用系统内部循环对产生的废弃物资源进行处理,减少污染物的对外输出,对于环境保护具有重要意义.本文对蟹岛生态度假村内以沼气为纽带,进行有机废弃物资源利用的模式进行了研究.介绍了沼气工程的建设、秸秆的处理、沼液沼渣的利用、人畜粪便的利用、旅游业中废弃物的处理以及能源的利用情况.研究表明,蟹岛生态度假村以沼气为纽带的有机废弃物资源利用模式,降低了污染物的输出,净化了环境,节约了能源,并使度假村获得了显著的经济效益 ,是一种新型的都市农村生态模式.     

农村沼气村级服务网点现状调研与问题分析

文章现场调研了四川、贵州等12个省区34个县225个沼气村级服务网点的建设模式、建设内容及运行状况,并收集整理了1214户农户走访资料,初步了解了农村沼气村级服务网点的现状及服务效果,并分析讨论了目前村级服务网点运行中存在的问题.     

大型沼气工程沼液蒸发浓缩的能量平衡分析

大型沼气工程每年产生大量沼液,沼液的处理与处置已成为制约沼气行业发展的重要因素。文章研究了沼气发电余热的利用途径,以能否满足沼液蒸发所需热量为基础,将发电余热利用分为5种模式。以德青源大型沼气工程为例,分析了热电联产沼气工程的能量供求关系,结果发现该沼气工程的发电余热不仅可以满足厌氧发酵系统和沼液蒸发的热量需求,还有热量剩余,属于余热剩余型。最后文章论述了沼液蒸发浓缩具有的环境和经济效益。