沼液回热回质对恒温沼气生产系统性能影响的研究

摘要

为解决大中型沼气工程在寒冷季节由于供热量不足，导致发酵温度过低，不能正常运行的问题，本文从沼气工程内部对热量利用进行了潜力发掘，对沼气工程中出料沼液进行余热回收，并根据兰州花庄养牛场现有的沼气工程出现的问题进行了总结，对现有沼气工程的发酵流程进行了优化与设计，构建了新的恒温沼气生产系统。利用在花庄沼气工程运行中采集的数据，对新系统进行了热量分析与计算，并且理论分析了新系统的节能性，主要研究内容如下：
　　（1）对原有的沼气生产系统进行了热量分析与计算，发现兰州花庄养牛场现有的沼气工程发酵系统的热量损失主要有发酵罐体的散热损失和进料升温热损失，其中散热损失占总热损失的7.1％-8.3%，进料热损失占总热损失的91.7%-92.9%。沼气工程现在只依靠沼气发电余热回收系统对发酵系统进行加热，发电机热效率为35%左右，仅能保证发酵系统在5-9月份维持发酵温度为35℃，在其他月份沼气发电回收热量不足以维持恒温发酵。
　　（2）对沼气发酵系统做了针对性改造，在新系统中添加了出料沼液固液分离以及沼液回用过程。对酸化池进行了改造，所有热量补充环节都在沼液回热池与酸化池中进行，厌氧发酵罐体中不再铺设加热盘管。利用 Fluent软件对沼液回热池中沼液余热回收过程做了模拟研究，以22.5m3的35℃出料沼液与25.3m3的0℃的发酵原料进行换热为例进行热量分析，换热22小时后，回热池中发酵原料温度可以升高16.2℃，回热效率为52.2%；在换热过程中针对发现换热池中沼液上下温差较大等特点进行了回热换热方案的优化，优化方案是在换热进行到14小时后，将出料沼液侧从回热池底部抽出1m高的沼液后继续进行换热8小时，发现发酵原料温度总共升高了18.31℃，回热效率为58.8%，两阶段换热相比较一阶段换热，回热效率提高了6.6%。
　　（3）沼液回质是将固液分离后的出料沼液直接回用到酸化池中，由于回用过程中基本没有热量损失，回用的沼液温度约为35℃，回用量为9.7m3。一年中沼液回热与回质过程回收热量占系统总热损失的55.9-60.7%。
　　（4）沼气发电热回收效率约为35%左右。沼液回热与回质过程联合沼气发电余热回收方法，可以保证沼气发酵系统全年维持35℃恒温发酵。并且以2016年1月21日到25日共5天较为极端的寒冷天气为例计算，沼气工程热量供给依然可以保证维持发酵温度为恒温35℃。
　　（5）利用沼液回热与回质过程联合沼气发电余热回收方法不仅能够为沼气工程提供充足的热量，还具有环保、廉价等特点，并且由于出料沼液的热量非常稳定，回用这部分热量的效率可以轻易保证，因此还增加了系统的稳定性。

目录

封面

声明

目录

中文摘要

英文摘要

物理量名称及符号表

第1 章 绪 论

1.1 本文的研究背景

1.2 余热利用现状

1.3 沼气工程中热量利用

1.4 国内外研究现状总结及对本课题的启示

1.5 本课题研究的目标、内容及意义

1.6 本章小结

第2章 沼气工程运行中性能参数研究

2.1 系统介绍

2.2 发酵过程热量分析

2.3 热量分析

2.4 沼气工程运行实际问题总结

2.5 本章小结

第3章 回热回质系统构建与性能研究

3.1 回热回质系统构建

3.2 沼液回质过程

3.3 沼液回热过程

3.4 系统热量分析与介绍

3.5 节能分析

3.6 本章小结

结论与展望

结论

本文的创新点

尚待解决的问题

展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的论文与专利情况

附录B 攻读学位期间的获奖情况