太阳能加热的户用沼气发酵装置的设计与实验研究

发布时间：2020-07-18 03:11

【摘要】： 在我国西北严寒地区,由于冬季气温、地温低,沼气的生产存在产气率低、使用率低等问题,甚至会出现冻裂沼气池的现象。本文针对这一问题,结合西北地区太阳能资源丰富的特点,将太阳能中、低温集热系统与沼气发酵装置结合,设计出一套适合农户家庭需要的太阳能加热的沼气发酵装置,解决冬季西北地区沼气池不能产气的问题。研究内容及成果主要包括以下几个方面: 1.设计一整套太阳能沼气发酵装置,它主要包括厌氧发酵装置以及太阳能加热系统两大部分。首先根据农户对沼气的需求量确定沼气池的容积并对池体结构进行优化设计。根据材料特性及其价格确定合适的发酵罐罐体材料及其厚度。为减少冬季罐体热损失需要在发酵罐外部附加保温层保温。通过沼气发酵装置的热平衡分析,计算出在西北地区冬季实际气候条件下保证本装置运行所需的太阳能集热器的集热面积以及蓄热水箱的大小。 2.将装置置于冬季环境条件下进行实验测试,实验过程中监测料液的pH值变化,产气量大小,以及系统中各部分的温度变化。通过对pH值以及产气量数据的监测确定发酵过程的稳定性以及发酵装置的产气性能,通过对系统各部分的温度监测可以得到本套装置的升温特性以及保温特性。实验结果表明本套装置具有良好的升温、保温效果。 3.采用动态经济分析方法对整个系统的经济性做出分析。通过计算本系统的的财务净现值NPV(i=10%)、内部收益率IRR、益本比和投资回收期这四项指标,验证本系统得经济可行性,分析结果表明四项评价指标均符合要求。本套装置的推广可以产生良好的经济效益,具有很好的发展前景 4.通过对太阳能加热的沼气发酵装置的生态效益和社会效益的分析得出,本套装置的推广和使用具有较好的生态以及社会效益。课题的研究取得了一定的成果,但仍存在一些问题有待进一步解决。通过进一步的研究,提升系统各方面的性能后,可以在农村地区进行推广使用,提高可再生能源的在我国能源结构中的比重。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：S216.4
【图文】：

数据采集仪,料液

试完毕后pH计用蒸馏水冲洗干净。料液的最佳发酵pH值在6.4一7.5之间，若p值小于6.0大于8.0时，产甲烷菌受到抑制，影响厌氧发酵的进行。发酵罐内经常出现的现象是料液的酸化。当酸化现象出现时需要及时调节pH值，常用的节材料有草木灰和澄清石灰水。取样口:本实验装置安装有搅拌装置，且每天定时搅拌，由此可认为料液混合比较均匀，发酵罐内各部分料液性质相同。因此取样口设置一个，每次取样前需将料液搅拌均匀。4.4.3温度测试测试用仪器:采用温度传感器测试个温度点的温度，数据采集仪直接记录。温度传感器采用北京赛亿凌科技有限公司生产的STT一T一A1型铂电阻温度传感器，测量范围在一50℃一100℃之间，测量精度0.IK。实验设备能够保证实验测量精度的要求

温度传感器,料液

变化曲线,发酵周期,点温,变化曲线

蓄热(加热)水箱内热媒温度反映出来。发酵罐内料液温度由两个温度传感器测量，发酵罐内料液在搅拌装置的作用下基本混合均匀，因此，两个温度传感器所采集数据基本相同。所以，由如图5.6所示的三条曲线就可以反映出整个系统的温度变化情况。{—发酵料液温度刊…~内部蓄热水箱温度-刁卜-环境温度侧蟾尸出买况二甲三巴另况甲汁上上上点闪占肉山肉阶，时间(月一日)图5.6发酵周期内系统各点温度变化曲线分析认为环境温度是自然因素，受外部自然条件的影响，它可以影响整个沼气生产系统的温度变化从而影响本系统的整体性能，但是不受发酵系统各部分温度变化影响。而内部蓄热水箱温度和发酵料液温度受环境条件的影响而且它们之间是相互作用的。从图5.6可以看出料液的温度在整个周期内的变化曲线可以分为两个阶段:料液升温阶段与料液恒温阶段。发酵料液温度起始温度约为4℃，在太阳能集热器的加热作用下，温度逐渐上升。由图中发酵罐内料液温度变化曲线可以看出，起始阶段曲线斜率较大，温度上升比较明显，升温较快，主要是由于开始阶段发酵罐内料液温度较低，罐体与环境的温差较小，因此罐体向外界的散热量较小。随着罐体内料液温度与环境温度的温差逐渐变大

【引证文献】