新型太阳能恒温沼气反应装置的绿色设计

摘要

能源是人类社会进步和经济发展的基本要素。能源问题是当今世界政治与经济事物中一个很敏感的问题，世界各国都把能源问题摆在国民经济的首位，并作为重要课题来研究。能源的开发利用同社会生产力的发展，科技的进步及人民生活水平的提高有着密切的关系。随着化石能源的日益匾乏，人类对能源的需求量逐年增加，可再生能源的重要性就越来越突出。
　　 绿色设计(Green Design)是20世纪80年代末出现的一股国际设计潮流。这一潮流的出现源于人们对现代科技文明所引起的环境及生态问题所进行的反思，也体现了设计师道德和社会责任心的回归。绿色设计是在其生命周期全程中通过采用先进的技术，能经济地满足用户功能和使用功能的要求，同时实现节省资源和能源、减少和消除环境污染，且对劳动者具有良好保护的产品。
　　 沼气技术是一种能减少和降解有机物的污染，同时是一种回收能源的生物处理方法。在农村目前已有广泛的应用。本文针对自然气候温度的变化，影响传统沼气池的产气率和沼气的使用率的问题，利用绿色设计理念设计开发了一种新型太阳能恒温沼气反应装置。首先对该装置进行绿色优化设计，设计该装置利用太阳能加热，消除自然气候对发酵的影响，自动控制温度.实现全天候高效发酵，且拆装、维修、移动快捷方便，自动化程度高。有利于促进农村沼气能源新技术的推广，提高农村生物质能的利用率。该装置具有结构简单、操作管理方便、便于移动、进排料方便、密封性能好、产气率高等优点。
　　 本文设计的装置利用太阳能加热制沼气的系统是一种节能、环保的系统。它将太阳能和沼气联合使用，是集能源建设和环境建设于一体的。其产物沼气作为一种优质、清洁、廉价、制备容易的生物可再生能源，它不仅可解决农村的部分能源问题，而且可以把养殖业、种植业有机的融为一体，在充分考虑成本、质量、环保等市场运行因素，以移动便携装置为主，彻底改变人走池废的现状，为将来提升经济效益和社会效益奠定了基础。
　　 这样使传统沼气池的修建和施工大大简化，也不需要很高的建池技术，更不需要精细施工，同时也解决了漏气问题。在装置设计并加工制作成以后，通过对该装置运行试验分析，结果表明：该装置结构设计合理、性能优良，发酵速度快，产气率高及沼气成分中甲烷含量高。本装置的设计、制作和应用试验为沼气技术的发展提供了一条新的有效途径，解决了户用沼气池的建造复杂、施工周期长、安装管理不便、人走池废等问题，为我国广大农村及中小城市带来了能源效益、生态效益、经济效益和社会效益。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究目的和意义

1.3 国内外现状分析

1.3.1 国外技术现状

1.3.2 国内技术现状

1.4 研究目标和内容

1.4.1 研究目标和拟解决的问题

1.4.2 研究内容

1.5 课题来源

第二章 绿色设计概述

2.1 绿色设计产生的背景

2.2 绿色产品

2.3 绿色设计的基本概念和特点

2.3.1 绿色设计的概念

2.3.2 绿色设计的特点

2.3.3 绿色设计与传统设计的关系

2.4 绿色设计的主要内容和关键技术

2.4.1 绿色设计的主要内容

2.4.2 绿色设计的关键技术

2.5 绿色设计的原则

2.6 绿色设计的方法

2.7 小结

第三章 沼气发酵的基本原理和传统沼气池

3.1 沼气发酵的基本原理

3.2 沼气发酵的工艺条件

3.2.1 严格的厌氧环境

3.2.2 温度条件

3.3 传统沼气池

3.4 小结

第四章 新型太阳能恒温沼气反应装置的绿色设计

4.1 设计研究目的及要求

4.2 设计原则

4.3 总体设计

4.4 反应罐体的设计及参数的确定

4.4.1 反应罐体材质的选择和结构参数的确定

4.4.2 沼气反应装置的参数设计

4.4.3 反应罐强度的计算

4.5 太阳能加热恒温系统的设计

4.5.1 换热面积和换热管长度的计算

4.5.2 太阳能热水器容积的选择计算

4.5.3 热水循环系统的设计

4.6 温度智能控制装置及电路的设计

4.6.1 温度智能控制工作过程

4.6.2 循环水泵和传感器参数的选择

4.7 进料、排料和搅拌系统的设计

4.7.1 结构组成

4.7.2 工作过程

4.7.3 污泥泵的选择

4.8 菌群附着载体的设计

4.9 机架设计

4.9.1 机架的结构组成

4.9.2 机架的校核

4.10 小结

第五章 新型太阳能恒温沼气反应装置的运行试验

5.1 运行条件

5.2 试验过程观测

5.3 测试数据分析

5.4 反应罐内压力对产气量的影响分析

5.5 装置性能分析

5.6 小结

第六章 经济效益分析

6.1 投入的生产费用

6.2 产出效益

6.2.1 沼气效益

6.2.2 沼肥效益

6.3 投资回收期

6.4 小结

结论和展望

参考文献

攻读学位论文期间发表文章

致谢