利用生物气化炉为冬季沼气池加热保温的实验研究

【摘要】：当今社会,经济发展迅速,能源的需求日益增长,如石油、天然气、煤炭等常规能源形成周期较长,越来越满足不了日新月异的社会发展需求。能源问题使科学家们不得不将眼光放在生物质能源上面。 沼气即是生物质能源的一种,它是通过微生物菌在厌氧条件下将植物和动物排泄物或生活垃圾中的有机物分解,产生的一种可燃气体。沼气的热值较高,燃烧温度可以达到1400-2000℃,是一种优质的气体燃料。沼气应用广泛,它不但可以用来发电、锅炉的燃烧供热以及民用保鲜保温,还可以作为燃油的替代品。沼气燃烧后产物为二氧化碳和水,是一种非常好的清洁能源。 本实验通过室外实验和计算模拟两种方法,主要研究利用生物气化炉为冬季沼气发酵池加热时池内的温度变化规律以及加热时烟气和水的流速变化对沼气发酵的影响。通过检测沼气量,进一步验证沼气装置和生物气化炉相结合产气的可行性。实验结果显示：在冬季,通过生物气化炉对沼气发酵池的加热保温,可以使沼气发酵池内温度始终达到20℃以上。模拟计算结果表明,在其他条件相同的情况下,提高加热物质的进口流速可以使沼气池内温度更快地达到理想水平,相同的时间里,沼气池内的温度能够提高3℃左右。 此外,通过玻璃瓶沼气发酵实验验证了在一定温度范围内,沼气的产量与温度成正比；牛粪的发酵效果要好于鸡粪,产气周期比鸡粪短；在相同的温度下,沼气原料的不同会影响沼气的产量。 影响沼气发酵的因素很多,温度对沼气的发酵至关重要。在其他相同的情况下,不同温度状态下沼气的产气量有很大的差别,即便是在平均温度相同的状态下,温差的大小也会影响到沼气量的多少。利用生物气化炉燃烧产生的多余热量对沼气池进行增温,使气化炉产生的高温烟气以及用气化炉加热的热水分别通过沼气池内的加热器来为沼液加热,促进沼液发酵,增加沼气产量,同时对池外壁进行保温处理,使池内温度达到理想发酵状态,降低沼气池内的热损失,从而达到冬季制取足够的沼气量。由于生物气化炉和沼气使用的原料相同,所以产生的沼气与气化炉产生的多余烟气(通过沼气发酵池降温后)一同存储到储气罐中,向用户输送可燃气体。这样即解决了冬季制取沼气困难的问题,又充分利用了气化炉的热效率,两者结合产生的可燃气体完全可以满足用户的冬季需求。这样,从节能、环保、循环利用等角度为解决沼气池在北方地区发酵温度低的问题开创一个新思路,对沼气在严寒地区的推广具有重要意义。 【关键词】：沼气发酵 传热 生物气化炉 数值模拟
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-10
• 符号说明10-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 课题背景11-12
• 1.1.1 能源现状11
• 1.1.2 沼气概况11-12
• 1.1.3 生物气化炉概况12
• 1.2 课题意义12-13
• 1.3 国内外在沼气方向研究现状13-19
• 1.3.1 国外研究状况13-15
• 1.3.2 国内研究状况15-16
• 1.3.3 研究结果分析16-19
• 1.4 主要研究内容19-21
• 第二章 沼气产生机理及影响沼气发酵因素21-27
• 2.1 沼气发酵机理21
• 2.2 厌氧消化的动力学21-24
• 2.3 影响沼气发酵因素24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 沼气实验系统的建立及数据分析27-45
• 3.1 沼气实验系统的建立27-30
• 3.1.1 沼气发酵系统27-28
• 3.1.2 烟气加热系统28
• 3.1.3 热水加热系统28-29
• 3.1.4 实验集气系统29
• 3.1.5 实验保温系统29-30
• 3.1.6 玻璃瓶沼气发酵实验30
• 3.2 实验所需要仪器及用途30-33
• 3.2.1 数显调节仪(图3.6)30-31
• 3.2.2 交流接触器(图3.7)31
• 3.2.3 温度多点记录仪(图3.9)31-32
• 3.2.4 玻璃转子流量计(图3.10)32-33
• 3.3 实验方法与数据分析33-44
• 3.3.1 实验方法33-37
• 3.3.2 实验数据分析37-44
• 3.4 沼气的采集与燃烧44
• 3.4.1 沼气采集44
• 3.4.2 沼气燃烧44
• 3.5 本章小结44-45
• 第四章 沼气实验物理模型及数值模拟45-59
• 4.1 沼气实验物理模型45-47
• 4.1.1 软件介绍45
• 4.1.2 物理模型的选择45-47
• 4.2 沼气实验数学模型47-49
• 4.2.1 数学模型的控制方程组47-48
• 4.2.2 沼气池热平衡计算48-49
• 4.3 沼气实验数值计算49-56
• 4.3.1 网格划分49-51
• 4.3.2 设定物性参数51-52
• 4.3.3 选择求解控制器52
• 4.3.4 设置初始条件以及边界条件52
• 4.3.5 模拟结果及分析52-55
• 4.3.6 模拟与实验结果对比分析55-56
• 4.4 加热方法对比56
• 4.5 本章小结56-59
• 第五章 结论与展望59-61
• 5.1 结论59
• 5.2 展望59-61
• 参考文献61-68
• 致谢68

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