固液分离对牛粪利用效果的影响

论文推介固液分离对牛粪利用效果的影响厌氧发酵生产沼气是解决畜禽养殖污染的重要途径之一，在利用畜禽粪便为原料进行沼气发酵时，与猪粪和鸡粪相比，牛粪沼气发酵的单位质量产气率低，主要原因是牛粪粗纤维含量多，在中温发酵过程中，粗纤维在30天以内几乎不降解，发酵设备利用率差，尤其在北方高寒地区为了维持发酵系统的温度和发酵速度就需要为系统提供足够多的热量，严重影响养牛场沼气工程建设的积极性。因此，提高牛粪利用效果，对促进养牛场沼气工程建设具有重要意义。此文章刊登于《农业工程学报》2011年第4期，题为“固液分离对牛粪利用效果的影响”，第一作者为东北农业大学工程学院关正军副教授。通信作者为李文哲教授。该研究为863计划和国家科技支撑计划资助项目。从提高牛粪综合利用效果的目的出发，在确定固液分离工艺参数的基础上，研究者用自行研制的螺旋压榨固液分离机对牛粪进行固液分离，利用分离后的固形物进行压块生产成型燃料试验；对分离后的液体进行物理参数测试，并将其与未分离牛粪在相同条件下进行中温厌氧发酵试验，探讨提高牛粪综合利用效果。在固液分离试验中，研究者选择合适的料水比、螺旋转速和分离间隙作为工艺参数，分离后分离液干物质含量为6.6%，固形物含水率为56%。与市场现有的固液分离机相比，优势明显。研究者以经过自然干燥的分离固形物为原料，利用平模压块成型机进行压块试验，成型率达到85%，成型燃料密度达到1220公斤/立方米，热值不低于采用麦秸、稻秸、玉米秸和豆秆成型块的指标值。研究者用沼气发酵试验采用原牛粪加水稀释与分离液进行对比发酵试验，与稀牛粪相比，分离液在发酵过程中产气高峰明显提前，高产气周期在第13天基本结束，而稀牛粪发酵时间较长，后期产气较分离液多，发酵时间长。沼气发酵试验结果对比表明，原料挥发性固形物很接近的条件下，无论是总产气量、气体中甲烷含量还是甲烷得率，以分离液为原料都获得显著的提高。其中原因主要是分离后的液体黏度降低，且颗粒小，有利于微生物的传质。固液分离后的分离液总固形物显著下降，黏度降低，为与其他有机废弃物进行混合发酵提供条件。研究结果表明，相同规模的沼气工程，采用文章的工艺处理畜禽养殖粪污总量是传统工艺的1.5倍，利用分离固形物自然干燥生产成型燃料为沼气工程加热解决了沼气发酵系统的增温问题，比采用秸秆压块节约粉碎和原料运输能耗，分离液黏度显著降低，加快了厌氧发酵速度，提高沼气工程发酵料液输送效率，明显缩短沼气发酵时间。研究结果对利用沼气发酵处理规模化养牛场粪污具有非常明显的促进作用，尤其对北方寒冷地区规模化养牛场沼气工程建设有很大的参考价值。研究具有自主知识产权的大功率铁路电能质量补偿装置2008年8月中国第一条具有完全自主知识产权、世界一流水平的高速铁路——京津城际高铁通车运营，拉开了中国高速铁路建设和运营的序幕。中国高速铁路将在世界上率先实现运营时速350公里以上，必将对中国经济的发展，促进产业结构优化和城市化进程产生积极而深远的影响。高速铁路给人们日常生活带来极大便利的同时也给电气化铁路供电网带来比较严重的电能质量污染。由于铁路牵引网的单相供电方式和负载机车的四象限PWM整流方式会给供电网引入大量的负序、无功和谐波电流。大量的负序和谐波电流直接威胁着供电网的安全运行，随着高速铁路的大规模建设和电力机车发车密度的增大，由此给电网带来的电能质量问题会越来越突出，因此研究一种具有自主知识产权的大功率铁路电能质量补偿装置及控制技术，实现高速铁路系统高质、安全和经济供电，打破国外技术封锁，具有十分重要的现实意义和工程应用价值。本论文的研究内容来源于“十一五”国家科技支撑计划“高速列车牵引供电技术”子任务“高速铁路供电系统综合补偿及谐波抑制技术”（项目编号：2009G09-5-1、2、4、7、9、11），在《中国电机工程学报》（ProceedingsoftheCSEE）2011年5月第31卷13期的论文《用于V/V牵引供电系统下的铁路功率调节器的控制方法研究》中得到了全面阐述。针对铁路系统的无功、负序和谐波等电能质量问题，日本学者提出了一种铁路功率调节器的概念，它采用2个背靠背结构的电压源变流器，直流侧共用一组电容，交流侧分接于变电所两供电臂，具有有功功率平衡、无功补偿、稳定电压和有源滤波等多种功能，故一直受到国内外学者的关注与青睐。考虑到牵引供电系统是一个快速变化系统，具有很强的随机性、波动性和扰动性，常规的控制方法很难实现对铁路功率调节器的快速，无差动态调节与控制，并有可能产生很大的电压电流冲击，损坏补偿装置。为此，作者在深入分析功率调节器的结构模型和补偿原理的基础上，提出了一种新颖的电压电流双环控制方法。通过对系统数学模型分析，根据能量平衡原理，提出了电压外环的一种复合准PI控制方法，能够根据电压跟踪误差准确计算出反馈补偿信号，实现对直流侧电压的快速控制，为装置的电流补偿和稳定运行提供了重要的支撑与保障；提出了电流内环的一种基于重复预测的无差拍控制方法，有效结合重复预测的预测能力和无差拍控制的快速补偿功能，抑制电流内环的噪声干扰，提前补偿开关器件的死区时间，实现参考电流的快速无差跟踪，并采用一种基于遗忘因子的递归算法对无差拍控制参数进行动态优化，提高补偿装置的适应性能。针对铁路系统的快速波动性的特点，论文从电压电流控制上都做了深入而细致的研究，提出了一套行之有效的控制策略，这将有助于形成具有自主知识产权的铁路电能质量补偿装置，为高速牵引系统的电能质量补偿提供重要的理论和技术支持。根据《中国铁路中长期发展规划》，为满足快速增长的旅客运输需求，规划了“四纵四横”铁路快速客运通道以及四个城际快速客运系统，建设客运专线1.2万公里以上。随着未来中国高速铁路系统的进一步建设和发展，由此带来的电能质量问题将会对电网产生重要的冲击和影响，因此研究适用于高速铁路供电系统的电能质量补偿装置拓扑结构，实时负序、无功和谐波的综合检测技术，电压电流控制技术及装置主电路参数优化设计技术，形成具有自主知识产权的高速铁路电能质量补偿的理论体系和工程技术，具有十分重要的现实意义和工程应用价值。