厌氧发酵装置增温系统的优化设计与实验研究

摘要

随着全球快速发展的脚步，对于能源的需求也日益迫切，当前大多能源消耗由化石能源提供。使用化石能源的同时，又迎来能源短缺和环境污染问题，针对这一现象，人类开始对新能源展开研究和探索。其中生物质能源是新能源中重要的开发对象，沼气作为一种可再生的清洁生物质能源，对沼气技术的开发和利用，既可以一定程度上替代传统化石能源，减轻对环境的污染，也可以使得很多废弃物资源得到利用。
　　沼气发酵是微生物生命活动过程，一般来说，在一定的温度范围内，微生物的活性与温度大小成正比。微生物活性大，沼气发酵产气越快，发酵工艺高效生产。在冬季低温的状态下，沼气发酵受环境温度以及土壤温度等影响，装置内部温度低，导致产气缓慢，甚至停止产气。针对低温发酵产气效益低问题，对于加热厌氧发酵装置，提升发酵温度的研究很有必要。
　　太阳能是清洁、环保的能源，而且资源量非常丰富，开发对太阳能的收集利用是新能源探索的一个重要研究方向。目前，关于太阳能利用比较成熟和普遍的技术是太阳能集热器，通过集热器可将太阳辐射能量转化为水的内能，可供直接或者间接使用。沼气锅炉是以沼气为燃料的锅炉，通过燃烧沼气，将水加热至所需的温度要求，然后进行运用。因燃料是沼气，在燃烧时不会产生污染环境的气体，清洁环保。将太阳能集热器联合沼气锅炉和沼气生产工艺相结合，遵循了环境保护、资源利用、新能源开发等原则。
　　本文介绍了利用太阳能集热器联合沼气锅炉系统来对发酵装置内部进行增温，即利用这种系统生产的热水通过管路以及换热管道和发酵装置内部的发酵原料进行热交换，提升沼气生产工艺的发酵温度，为微生物提供适宜的温度环境，更好地进行生命活动，从而使得沼气生产速度加快，提高产气率。太阳能集热器作为主供热系统，沼气锅炉为辅助供热系统，在太阳能辐射充足时，使用太阳能集热器对发酵装置进行增温；在太阳能不足以供能时，启动沼气锅炉进行增温；两种增温系统可以单独以及同时使用。
　　本文在理论方面，详细阐述了沼气发酵、太阳辐射以及土壤的基本理论知识，温度对产气的影响，太阳能集热器等理论知识，为系统的设计以及设备参数的选择做好理论基础。在实验方面，按照设计要求进行设备选型、材料选取、系统搭建，试运行。在冬季低温情况下，参照不同实验方案，对沼气池进行增温实验，通过相关数据采集仪器对实际运行的情况进行数据采集、处理以及分析，验证太阳能集热器联合沼气锅炉增温系统的设计中的设备选择和安装的合理性以及系统的实用性。
　　通过对不同实验方案中所采集的数据进行对比分析，得出太阳能联合沼气锅炉的增温系统对沼气池的增温方式可行。在不同的天气情况下，可以实现智能自动运行，并且系统运行稳定，增温效果理想，加快产气，促进厌氧发酵装置的运行效率。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1课题背景

1.2沼气利用技术

1.3国内外沼气技术发展现状

1.4沼气池增温系统的研究现状

1.5本课题的主要研究内容及意义

1.6本章小结

第二章 基本理论知识

2.1 沼气发酵基本理论

2.2太阳能利用及基本原理

2.3土壤的基本理论

2.4本章小结

第三章 太阳能联合沼气锅炉增温系统的设计

3.1系统介绍

3.2 沼气池保温增温系统各组成部分的理论计算

3.3沼气锅炉

3.4本章小结

第四章 实验研究

4.1实验设备概况及系统说明

4.2 实验方案概况

4.3测量数据整理及分析

4.4本章小结

结论

参考文献

致谢

作者简介

发表与撰写论文情况