户用太阳能沼气池的研究与设计

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1、第33卷第8期可再生能源Vol.33No.82015年8月RenewableEnergyResourcesAug.2015户用太阳能沼气池的研究与设计李俊瑞，李凌琨，陈传玮（天津理工大学热能工程系，天津300384）摘要：针对北方地区户用沼气池冬季无法正常产气的问题，文章对比分析了各种形式的沼气池保温加热方式，明确了太阳能沼气池的优势；本着高效、经济、实用的原则，对户用太阳能沼气池热力系统进行了研究与设计：采用蛇形管加热器底部加热方式；运用TRNSYS，CFD软件对系统模块进行验算，确定了太阳能集热器最佳进出口水温度分别为25℃和45℃；优化设计了循环水箱和蓄

2、热水箱结构尺寸；研发了水循环加压装置，形成无动力热水循环；加装自控元件后，可实现系统自动化运行。经测算，该系统总计投资约9000元，回收年限为2.8a，具有很好的经济性、实用性和社会效益，可作为太阳能沼气池推广应用的参考依据。关键词：沼气池；太阳能利用；热力系统；研究与设计中图分类号：TK6；TK51；S216.4文献标志码：B文章编号：1671-5292（2015）08-1219-06DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.08.0170引言善农村能源结构、减少环境污染、提高农民生活质随着政府大力改善民生，推进农村能源结量都具

3、有现实和重要的意义。构调整，我国农村地区户用沼气池数量连年增1方案选择[1]，[2]加。沼气作为一种新能源，无污染，热值高，具温度是沼气池发酵的一个重要条件，它直接[3]，[4]有很好的利用价值以及应用前景。我国北方地影响沼气发酵微生物的活性，是沼气生产的关键。[6]区冬季寒冷，通常采用电加热或其它方式来改善农村户用沼气池都是在常温下发酵（10~26℃），冬季沼气池的工作环境，但是这些方式能耗大，成发酵温度随季节变化，夏季温度高，产气好，冬季本高，实际效果不明显。针对北方地区户用沼气池温度低，产气少，甚至不能正常生产。对于北方地冬季无法正常产气的问题，崔俊奎研

4、究利用太阳区，冬季平均气温在0℃以下，必须采取保温加热能加热沼气池的方式，使沼气系统一年四季都可措施，以保证沼气池正常产气。[5]以产气，沼气产量得到了提高。本文从我国农村目前，保证沼气池冬季正常产气的措施主要有家庭的实际情况出发，研究设计性能优良、投资实施保温、余热利用以及能源消耗产热3个方面，保[7]~[16]少、效益高、经济实用的太阳能沼气池热力系统方温加热方式对比见表1。沼气池保温设计主要有案，为解决我国北方地区推广使用沼气所遇到的3种方式：将沼气池放置在塑料大棚内，利用塑料膜问题提供了有效途径，对于加快推进沼气利用、改阻隔地热散失来达到保温的目的；将

5、沼气池放置在表1沼气池保温加热方案对比分析表Table1Insulationandheatingplanscomparativeanalysistableofanaerobicdigester保温加热加热环境户用运行适用类型结构介质效率友好性经济性管理范围塑料大棚保温塑料大棚内建造沼气池大棚内空气极低无污染比较合理不方便户用保温太阳能暖圈太阳能温室内建造沼气池温室空气、土壤极低无污染比较合理不方便户用环形沟保温沼气池周围建造环形沟粪草发酵一般污染合理不方便户用猪-沼-炕结合高温烟气加热沼气池烟气低无污染较高不方便户用余热沼气与沼气锅炉联合利用利用沼气锅炉余热增

6、温烟气低无污染不合理方便大型增温秸秆燃烧增温沼气池上部燃烧秸秆等燃料低污染合理不方便户用收稿日期：2014-08-14。基金项目：2012年天津理工大学学生科技基金资助项目（LG2012-015）。作者简介：李俊瑞（1957-），男，副教授，主要从事太阳能热利用技术、热力系统及设备的教学和科研工作。E-mail：lijunrui5702@sina.com·1219·可再生能源2015，33（8）续表1保温加热加热环境户用运行适用类型结构介质效率友好性经济性管理范围燃池增温沼气池周围建造燃池燃烧燃料秸秆等燃料比较高污染合理不方便户用消耗电加热设置电加热器电能高无

7、污染比较合理方便户用、大型能源地热能加热沼气池内设置换热管地热资源高轻污染不合理方便大型增温太阳能热管热管式集热器太阳能一般无污染不合理方便大型利用户用太阳能热水器加热真空管或板式集热器太阳能一般无污染合理方便户用太阳能暖圈内，形成“三位一体”的模式进行保温；向沼气池加热器提供热量，保持沼气池所需的发在沼气池周围建造环形沟，利用粪草的发酵散热酵温度，以满足沼气生产条件，经换热后降温的低来达到保温的目的。余热升温的主要方法有“猪-温热水在加压装置或水泵（作为备用）的作用下，沼-炕”三结合，利用灶炕的高温烟气向沼气池进流回太阳能集热系统再进行加热，如此往复循环行传

8、热，达到升温的目的；利用锅炉的高温烟气