利用太阳能的沼气发酵装置增温系统方案比选-论文.pdf

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1、第35卷第6期煤气与热力Vo1．35No．62015年6月GAS＆HEATJun．20l5利用太阳能的沼气发酵装置增温系统方案比选胡振杰，郭福雁，李宪莉，王子伟。(1．天津大学建筑设计规划研究总院，天津300073；2．天津城建大学，天津300384)摘要：针对某奶牛场污水粪便处理沼气发酵系统，提出3种沼气发酵装置增温系统——太阳能集热器联合沼气发电机组烟气余热利用、太阳能集热器联合沼气锅炉、太阳能集热器联合地埋管地源热泵。采用层次分析法，对3种增温系统进行了综合评价，太阳能集热器联合沼气发电机组烟气余热利用方式的综合性能最优。关键词：沼气发酵；增温

2、系统；太阳能；层次分析法中图分类号：TK51文献标志码：B文章编号：1000—4416(2015)06一OA06—031工程概况锅炉、地埋管地源热泵。天津地区某奶牛场共有奶牛2500头，根据现2沼气增温系统热负荷行沼气工程设计标准和经验，设计了一套适合该奶2．1热负荷计算方法牛场的污粪处理沼气发酵系统，利用污水及奶牛粪①热负荷尿制备沼气、肥料，实现了牛舍粪尿的经济化处理。沼气增温系统热负荷的计算式为：沼气发酵采用升流式厌氧污泥床法(UASB)工艺。=1十2+3+4发酵料液(污水及奶牛粪尿)先进入预处理调节池式中——沼气增温系统的热负荷，w进行初次沉淀

3、，除去杂物，使发酵料液便于输送，然——增温器的热负荷，W后进入酸化池进行酸化，把复杂难降解、大颗粒的有：——厌氧发酵罐热损失，w机物水解成易降解的简单有机物，大大降低废水中——酸化池热损失，w的悬浮物含量，提高废水的可生化性。酸化池中的——管道散热损失，w料液通过增温器加热到沼气发酵温度后进人厌氧发增温系统每日24h运行，保温良好的情况下，酵罐进行沼气发酵，产生的沼气与水蒸气分离后，最管道散热损失忽略不计。终经脱硫塔脱硫后为沼气发电机组供气。②增温器热负荷沼气发酵是一个恒温过程，温度的波动易对沼增温器热负荷的计算式为：气的生产产生较大影响，沼气发酵过

4、程中需要加热1=qc。(d—t)的装置有酸化池、增温器、厌氧发酵罐，因此需设置式中q——发酵料液质量流量，kg／s，为0．023沼气发酵装置增温系统。太阳能是作为增温系统热kg／s源的首选，但考虑到太阳能的不稳定性，增温系统需c——发酵料液的比定压热容，J／(kg·K)，要设置辅助热源，包括沼气发电机组烟气余热、沼气取4200J／(·K)基金项目：建筑安全与环境国家重点实验室基金项目(BSBE2014—07)；天津市高等学校科技发展基金计划项目(20140424)作者简介：胡振杰(1962一)，男，河北顺平人，高级工程师，硕士，从事供热通风与空调工程

5、设计与研究工作。收稿日期：2014—07—14；修回日期：2014—11—13·A06·WWW．gasheat．cn胡振杰，等：利用太阳能的沼气发酵装置增温系统方案比选第35卷第6期td——厌氧发酵温度，℃，为34qC阳能集热器面积按增温系统中间热负荷(将1O月——发酵料液初始温度，clC，取天津各月自平均热负荷作为中间热负荷)选取。来水平均温度，见表1表1天津各月自来水平均温度月份自来水平均温度／℃月份自来水平均温度／℃15014729避258281oo四36924416101650520115624124O1234567891Ol112月份③厌氧

6、发酵罐热损失厌氧发酵罐热损失的计算式为：图1增温系统各月平均热负荷2=KgAg(td—t)3增温系统方案式中K——厌氧发酵罐的总传热系数，W／(m·3．1方案1K)，取0．127W／(m·K)太阳能联合沼气发电机组烟气余热增温系统流——厌氧发酵罐的散热面积，m，为566．4程见图2。白天太阳充足，且太阳能集热器出水温2度高于设定值的条件下：循环泵2启动，利用太阳能m——月平均室外温度，℃，天津各月平均室集热器加热蓄热水箱中的水，当蓄热水箱内水的温度上升至设定温度时，电磁阀6、8开启，电磁阀5、7外温度见表2表2天津各月平均室外温度关闭，仅利用蓄热水箱

7、中的热水为沼气发酵装置提供热量。当蓄热水箱中的热水温度低于设定温度月份平均室外温度／℃月份平均室外温度／℃1—4．0726．4时，利用沼气发电机组的烟气余热作为补充，此时电磁阀5、8开启，电磁阀6、7关闭。在阴天、夜晚，且2—1．6825．535．0920．8太阳能集热器出水温度低于设定值的条件下：循环泵2停止，仅利用沼气发电机组的烟气余热为沼气4l3．21013．6发酵装置提供热量。此时，电磁阀5、7开启，电磁阀520．0115．26、8关闭。方案1的太阳能集热器面积为672m。624．112—1．6④酸化池热损失酸化池热损失的计算式为：3=KA(

8、td—t)式中K——酸化池总传热系数，W／(m·K)，取0．184W／(m·K)A——酸化池散热面积，m，为