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。     

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。     

太阳能控温的干湿厌氧发酵对比试验研究

太阳能控温的厌氧发酵具有广阔的应用前景,目前国内外已有研究主要集中在太阳能控温湿发酵过程,尚没有太阳能控温的厌氧干发酵过程研究,为此搭建两套太阳能控温的干/湿厌氧发酵系统,在实际工况下进行批式厌氧发酵,研究太阳能控温下干/湿厌氧发酵启动情况,升温速率,温度波动性,发酵罐热负荷和典型天气下系统内各温度的变化情况。试验结果表明:在太阳辐射为1.2～21.6 MJ/m~2,平均环境温度变化范围为15.2℃～27.5℃的情况下,全玻璃真空管太阳能集热器能够确保干/湿发酵罐正常启动并维持干/湿发酵料液温度37℃±1℃恒温发酵,启动阶段湿发酵罐平均温度一直比干发酵高,温差最高可达2.5℃。增温过程中湿发酵罐平均散热损失比干发酵高0.14～0.27 MJ/d;而在控温阶段当系统经历连续阴雨天时,发酵温度波动不超过1.5℃,说明真空管太阳能集热器控温能力较强,可以满足发酵罐恒温发酵所需热量。     

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.     

畜禽粪污沼气发电工程中的加热能量平衡分析

文章以江苏某畜禽粪污沼气发电项目为例,分析了畜禽粪污沼气发电工程的中温厌氧消化系统加热能量供给及其影响因素。结果表明:该项目中,总加热能量需求为213.39 GJ·d~(-1),主要为厌氧消化罐的增温保温(75%)和有机肥烘干(25%),其中厌氧消化罐增温保温的热量需求主要是物料增温(85.41%~86.45%)、罐体散热(12.63%~12.9%)和输热管散热(0.68%~1.78%)。因此,当发电余热回收效率为47.4%,回收热量为254.54 GJ·d~(-1)时,沼气发电余热能够满足整个工程的加热能量需求。在其它条件不变的情况,对影响沼气工程加热能量平衡的各主要因素进行单因子分析,结果表明,要保证发电余热至少满足中温厌氧消化增温保温能量需求,则进料TS含量不应低于6.17%,余热回收效率不应低于29.74%,沼气产量达产比例不应低于设计产量的62.74%,原料量不应低于设计原料的18.63%,保温系统保温性能不应低于设计的27.36%。     

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。     

连续干式厌氧发酵中试系统设计与试验

设计了以卧式浆叶轴机械搅拌厌氧发酵罐为核心的干式发酵技术与成套装备.利用该技术建成干式厌氧发酵中试工程.工程包括预处理及进料系统、厌氧发酵系统、沼气净化与贮存、增温保温系统、出料系统等.工艺方案中克服了干式厌氧发酵进出料困难、传质传热不均的难题,实现了连续高温干式厌氧发酵产沼气.中试结果表明,系统运行稳定,产气效果较好,平均有效容积产气率达3.0 m3/(m3·d).     

大中型沼气工程保温增温方法研究

随着规模化畜禽养殖场数量增加,畜禽排泄物对环境的污染问题日益严重。为此,分析了温度对大中型沼气工程发酵的影响,提出了做好发酵装置保温,减少发酵过程能量流失,充分利用太阳能、沼气发电机组余热及生物质锅炉给物料增温,从而达到大中型沼气工程四季持续稳定运行目的。     

太阳能与生物质锅炉联合加热增温系统的试验研究

我国北方高寒地区气温较低,特别在冬季,温度是影响厌氧发酵微生物的活性、制约沼气发酵的重要因素,也是限制在高寒地区发展建设大型沼气工程的关键问题。为解决这一问题,提出了利用太阳能与生物质锅炉联合为厌氧发酵系统加热增温的新思路,并以依安县依龙镇丰林村大型沼气工程为研究对象,利用力控组态软件随时监测和采集反应器正常运行情况下加热系统的数据。同时,对当地最冷月份1月的运行数据进行了分析,结果表明:在正常工作条件下,该系统可以保证大型沼气反应器冬季的正常产气,对北方高寒地区发展大型沼气工程具有重要的指导意义。     

基于LabVIEW的沼气恒温监控系统的研究与应用

文章介绍了一种基于虚拟仪器的沼气工程的恒温监控系统,该系统利用LabVIEW的模糊控制和PID工具相结合的方法,通过控制太阳能和地热能水泵的开闭实现了对沼气工程恒温50℃发酵。同时设计报警监控模块,实现对整个工程的实时监控。结果表明,该系统对沼气工程的主要参数实现了智能控制、实时监控,通过模糊PID恒温控制,提高了产气率。采用模糊PID控制方法能有效的缩短系统的调节时间,提高响应速度,增强了系统的动态响应性能。     

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。     

村镇被动式太阳能辅助集中制沼工程产气量研究

文章对徐州某被动式太阳能辅助秸秆集中制沼工程的产气量建立数学模型进行了理论计算。计算结果表明,利用太阳能可以有效改善发酵系统热环境,冬季产气速率达到0.5~0.7 m~3·m~(-3)。全年最低池温为15.2℃,能保证全年产气,全年单位池容产气量约268 m~3。与现场实测的结果进行对比分析,建立的数学模型有效地模拟了全年日光温室内逐时气温及逐时发酵温度的变化规律。该工程沼气日产量及年沼气产能预测方法可应用于其它地区。     

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。     

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。     

沼气发酵罐恒温系统设计

针对宁夏气温及出租车用气的需求,利用产气-产热-恒温-产气过程模型,设计了沼气发酵罐恒温系统。秸秆发酵产生沼气,沼气加压成天然气用于出租车用气,取部分沼气燃烧生成热量用于预热发酵料液,减少循环水管道散热损失、发酵罐散热损失。并和国内外大中型沼气工程中常用的热水循环加热法作对比。结果表明:沼气发酵罐恒温系统（罐外预热发酵料液的方法）,减少沼气及其他能源的使用,所需的沼气用量是总产气量的15.3%。      

太阳能热管加热系统在沼气工程中的应用

针对西北地区生态校园沼气系统因冬季温度过低导致系统效率过低等问题,设计了太阳能热管加热系统.通过对加热系统工作热效率和沼气系统热负荷的计算分析、对比,得出太阳能热管加热系统能够保障沼气系统对热量的需求,该系统能使沼气系统冬季温度平均提高7.04℃,每年可供给沼气系统95919.9MJ热能,相当于节约6547kg标准煤,节约燃料费用3274元.     

醋渣沼气发酵潜力的研究

以醋渣为原料,在严格控制厌氧发酵温度为38℃±1℃的条件下,采用批量发酵工艺,进行厌氧发酵产沼气试验。结果表明,醋渣是良好的沼气发酵原料,其TS产气率和VS产气率分别为359.18 mL.g-1,392.67 mL.g-1,容积产气率为0.1675 mL.mL-1d-1。     

带有回热回质的恒温沼气生产系统节能分析

为改变寒冷月份恒温沼气生产系统能耗大以及系统排料中热量得不到有效利用的现状,文章设计了带有回热回质的恒温沼气生产系统,将部分沼液回流以及设计沼液回热器对沼液热量进行回收,并为其增添了合理的保温措施,同时结合兰州地区典型气象年数据对系统进行了节能性分析,结果表明:带有回热回质的沼气系统日温降在0.5℃以下,每月可节约水资源85吨,30℃,37℃和52℃发酵时,节能率分别达到48.24%,49.43%,50.92%,有效降低了外部能源加热的成本消耗,节能效果良好。     

不同环境温度下沼气工程厌氧罐内料温研究

厌氧罐的池容产气率直接受料温的影响,而料温随着环境温度的变化而变化。文章利用沼气锅炉燃烧沼气工程自产沼气来为厌氧罐内料液提供达到指定温度所需热量的方式,根据能量和质量守恒定律,来研究不同环境温度下沼气工程产生连续稳定富裕产气量所需的厌氧罐最合理料温。研究结果表明,同一料温下,环境温度越高,富裕产气量越大;同一环境温度下,随着料温的增长,系统富裕产气量分别在35℃和55℃出现了峰值。从富裕产气量的角度来看,经济温度在55℃左右,而中低温发酵经济温度为35℃。但从富裕产气量占总产气量的百分比上来看,在不同环境温度下,35℃和55℃料温各有高低。考虑到料温稳定性、沼气热值、设备造价及沼渣再利用等因素,不同环境温度下料温宜全部选择35℃,其富裕产气量维持在每天66~138 m~3范围内。     

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。