一种太阳能沼气工程的优化设计与增温效果的研究

【摘要】：针对北方地区冬季气温低,沼气工程产气率低甚至不产气,需要依靠燃煤等不可再生能源给沼气发酵料液增温这种现状,本着沼气工程应朝着投资少、利用可再生能源增温、管理简单、产气率高、产气稳定、能正常越冬、没有二次污染、节约土地、使用年限长等方向发展的思路,本文优化设计和建设了一种小型太阳能沼气工程,并对其通过太阳能热水设施、日光温室和闷热池—三效利用太阳能给发酵料液增温的效果进行了研究,研究结果表明: (1)冬季日光温室+太阳能热水设施这种处理方式的料液平均发酵温度为13.21℃,高出只利用日光温室增温2.23℃,高于对照3.56℃。且日均产气量可达16.16m3/d,高出对照77.58%,只利用日光温室的日均产气量为12.14m3/d,仅高出对照33.41%;夏季仍是以日光温室+太阳能热水设施这种处理方式的料液平均发酵温度为最高,达29.63℃,高出只利用日光温室的3.30℃,高于对照4.78℃。日均产气量为39.24m3/d,高出对照46.69%,而只利用日光温室的日产气量为32.32m3/d,仅高出对照20.82%。由此可见,采用日光温室+太阳能热水设施这种处理方式的增温和产气效果均明显高于其他两种处理方式。 (2)太阳能闷热池内部料液日均温度基本上都高于日光温室内日均温度,且受气温影响较小,温度波动也相对较小。冬季闷热池内料液平均温度为18.40℃,最高可达21.90℃,最低15.20℃;夏季平均温度为45.13℃,最高可达48.10℃,最低41.80℃。如果将厌氧发酵池内正在发酵的料液提升至闷热池,进行循环增温,冬季可以将发酵料液温度提升至常温发酵范围内进行厌氧发酵,保证冬季产气正常;夏季可以将发酵料液提升至34.24℃,进行中温发酵,大大提高了原料利用率和产气率。 (3)由于太阳辐射强度等因素的影响,夏季各效对沼气池内部料液的增温效果均极显著高于冬季。且每增加一效,效果就会明显一层,三效共同作用大大提高了太阳辐射能的利用率,很好地证明了该增温系统的设计合理性和高效性。 【关键词】：太阳能 沼气工程 优化设计 发酵温度 产气效果
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 文献综述10-23
• 1.1 农村能源概论10-12
• 1.1.1 农村能源的概念10
• 1.1.2 我国农村能源发展现状10-11
• 1.1.3 农村能源建设的重大意义11-12
• 1.2 沼气概述12-16
• 1.2.1 沼气的涵义及性质13
• 1.2.2 沼气发酵学原理13
• 1.2.3 沼气发酵的工艺条件13-16
• 1.3 养殖场沼气工程建设16-19
• 1.3.1 养殖场沼气工程建设的必然性16-17
• 1.3.2 国外发展概况17
• 1.3.3 国内发展概况17-19
• 1.4 沼气工程太阳能增温技术19-20
• 1.4.1 太阳能资源概述19
• 1.4.2 现有沼气工程增温技术19-20
• 1.5 课题研究的意义、内容与方法20-23
• 1.5.1 选题背景20-21
• 1.5.2 选题目的及意义21-22
• 1.5.3 研究思路与内容22
• 1.5.4 研究方法与技术路线22-23
• 第二章 太阳能沼气工程的优化设计23-33
• 2.1 总体优化设计23-28
• 2.1.1 工艺流程23
• 2.1.2 设计参数23-24
• 2.1.3 系统构成24-28
• 2.1.4 沼气池增保温技术28
• 2.2 太阳能三效增温系统系统的设计及原理28-33
• 2.2.1 太阳能三效增温系统系统设计28-31
• 2.2.2 太阳能沼气工程增温原理31-33
• 第三章 太阳能沼气工程增温效果研究33-44
• 3.1 试验材料及方法33-34
• 3.1.1 试验时间33
• 3.1.2 试验对象33
• 3.1.3 试验设计33
• 3.1.4 发酵条件控制33-34
• 3.1.5 测量仪器34
• 3.1.6 测点布置34
• 3.2 试验结果与分析34-41
• 3.2.1 冬季增温产气效果分析34-38
• 3.2.2 夏季增温产气效果分析38-41
• 3.3 试验小结41-44
• 3.3.1 不同季节升温效果比较41-43
• 3.3.2 原因分析43-44
• 第四章 结论与讨论44-47
• 4.1 结论44-46
• 4.1.1 试验结论44-45
• 4.1.2 效益分析45-46
• 4.2 讨论46-47
• 参考文献47-51
• 附录51-56
• 致谢56-57
• 作者简介57

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