高寒地区户用太阳能沼气发酵系统的设计-论文.pdf

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1、第32卷第9期可再生能源Vol_32No．92014年9月RenewableEnergyResourcesSept．2014高寒地区户用太阳能沼气发酵系统的设计于艳颖，包俊江．-，田瑞0(1．内蒙古工业大学能源与动力工程学院，内蒙古呼和浩特010051；2．内蒙古自治区可再生能源重点实验室，内蒙古呼和浩特010051)摘要：以呼和浩特地区冬季环境条件和太阳能辐射数据为依据，设计了一套适用于严寒地区冬季气温条件下的户用太阳能沼气发酵系统。沼气发酵池体积为6m，通过计算沼气池的热负荷，得出维持池内正常产气所需的热量为37．7MJ；采用真空管太阳能

2、集热器循环系统，太阳能集热器的集热面积为5．17mz，所需真空管数量为50根，储热水箱的容积为0．72m。关键词：严寒地区；户用沼气池；太阳能；系统设计中图分类号：TK6；S216．4文献标志码：A文章编号：1671—5292(2014)09—1409—040引言牛的粪便，其中水分占总料液的10％。沼气池内沼气是一种利用生物质发酵产生的清洁能料液体积为5．88in，另外的0．12In可保存发酵源，沼气发电已广泛地应用于中国的农村。温度是产生的沼气。影响生物质厌氧消化过程的重要因素。一般在高寒地区很难获得合适的温度条件。使用电、石油给沼气池加热

3、，使其保持在理想的温度是非常不经济的。高寒地区有充足的太阳能资源，我们可以利用太阳能热水器将太阳的辐射热量收集起来。加热热水，并以热水为媒介将热量传递给沼气池，这样，沼气池可获得一种合适的稳定温度来生产沼气。研究表明，生物质中温发酵的最佳温度为图1太阳能辅助加热沼气系统示意图35oCt”。Fig．1Schematicdiagramofsolarassistedheating本文以呼和浩特气象资料为基础。设计了一1一太阳能集热器；2一水泵；3一控制阀；4一热交换器；5一沼气套适合西北地区气候的户用太阳能辅助加热沼气池；6一沼气池盖；7一除水器；

4、8一压力计；9-H2S处理器；10一气体计数器；l1一燃气灶：12一厨房池发酵系统，以解决西北地区冬季气温低而不产气的问题，满足农户一年的沼气需求。图2是真空管式集热器循环系统为了让整1系统设计简介个系统在一个稳定的条件下进行，我们设置了储图1是太阳能辅助加热沼气池示意图，太阳能集热器和热交换器联合给沼气池中的料液进行加热，使沼气发酵过程维持在稳定的温度范围内。系统中的沼气池安装在地下，为钢筋混凝土结构，厚度为200mITl，导热系数为1．74W／(m-K)，体积为6In，可满足农村一家5口人的生活用能圆。沼图2真空管式集热器循环系统Fig．

5、2Vacuumtubecollectorsystem气池外包一层挤塑聚苯乙烯(XPS)泡沫板，厚度1一太阳能集热器；2一总辐射表；3一储热水箱；4一安全阀；5一排为100mIn，导热系数为0．028W／(m·K)。沼气池污阀；6一太阳能站；7一膨胀水箱；8-太阳能测试系统；9-风速仪；的盖子可移动，安在地面上_3J。发酵原料为牧区奶10一风向标；11-流量计：12一阀门收稿日期：2013—08—12。基金项目：国家自然科学基金资助项目(50766002)；内蒙古自然科学基金项目(2010ZD09)。作者简介：于艳颖(1988一)，女，蒙古族，

6、内蒙古赤峰人，硕士研究生，研究方向为新能源利用技术。E-mail：13691541233@163．COnl·1409·可再生能源热水箱。气池侧面散热量，J。2沼气池的设计沼气池底面为平面。底面每秒的散热量为2．1沼气池体积的设计Q1=KA(￡l一)(7)为满足农村一家5口人每天用气量1．5m的式中：A为沼气池底面积．m2；K为平板导热系数，要求，本设计采用太阳能辅助加热以维持沼气池W／(m·K)；为沼气池内部料液温度，取35℃；如(35~2)℃中温发酵，设此温度下沼气池的池容产为外部环境温度，取呼和浩特l2月份的平均温气率为1．5m3／(m。

7、·d)。度一14．1oC。G=rv·V(1)多层平壁总导热系数K的计算公式为式中：G为日产气量，m3／d；rv为池容产气率，m3／(m·d)；V为池体容积，ITI。藤11(8)2．2沼气池池体形状的设计式中：h为内部对流换热系数，取1800W／(m·℃)；本文选用圆柱形沼气池，采用数学方法对沼h为保温层外表面与环境间的换热系数，取11．63气池池体的形状进行理论设计口1。以表面积最小，W／(m·℃)；A为沼气池体导热系数，取1．74即传热面积最小对其进行优化，达到减少热损。降W／(m·K)；A2为保温材料导热系数，取0．028低池体用料成本和

8、太阳能集热器成本的目的。根W／(m·K)；6为沼气池厚度，取200mm；62为保温据圆柱体的表面积和体积公式：材料厚度，取100mm。S=27rRh+27rR。(2