浅谈沼气工程中的增温保温方式

浅谈沼气工程中的增温保温方式摘要：从实验中可知，给发酵罐一次性加温35℃后，此后温度一直维持在30℃左右，这也是维持中温发酵的理想温度。可见，如果要使中温发酵工程常年稳定运行，保持恒定、高效的产气量，有必要对沼气发酵料液的温度进行严格控制，故选择合理的加热升温方式成为沼气工程发展必须解决的问题。文中主要列举了现在常用的增温保温方式，并经行了对比分析。关键词：发酵罐增温保温地源热泵太阳能电热膜加热、化石能源热水锅炉加热、沼气锅炉加热、沼气发电余热利用、燃池式加热TheWaysofHeatingInsulationandTemperatureIncreasingintheBiogasprojectAbstract：Wecanseefromtheexperiment,afterheating35℃,thetemperaturehasremainedatabout30℃,whichisidealformaintainingthetemperatureofthefermentationtemperature.Itshowsthatinordertokeepthestabletemperature,maintainaconstantandefficientgasproduction,itisnecessarytocontrolthetemperatureofliquidmethanefermentation.sochoosingareasonablewayofheatingtemperaturebiogasprojectmustbeaddressed.Themaintextlistsandanalyzesthemethodscommonlyusingofheatinginsulationandtemperatureincreasinginthebiogasproject.Keywords:Fermentation、HeatingInsulation、TemperatureIncreasing、groundsourceheatpump、solarheating、hotwaterboilerheatingwithfossilfuels,methaneboilerheating,wasteheatwithbiogaspower,fuelcellheating0引言目前，国内外规模化大中型沼气工程日益增多，特别是高浓度物料中温厌氧发酵是规模化沼气工程发展的趋势，温度是影响沼气中温发酵产气率的关键因素之一，中温发酵最适温度为35～40℃，如果要使高浓度物料沼气中温发酵工程常年稳定运行，保持恒定、高效的产气量，有必要对沼气发酵料液的温度进行严格控制，采取适当的加热保温措施，使发酵温度不随环境气温而变化。故选择经济高效的加热升温方式成为大中型沼气工程发展必须解决的问题。沼气工程的加热方式主要包括地源热泵加热、电热膜加热、太阳能加热、化石能源热水锅炉加热、沼气锅炉加热、沼气发电余热利用和燃池式加热等7种。1.地源热泵1.1.概述：地源热泵是利用浅层地热能进行供热制冷的新型能源利用技术和热量。本工程为满足冬季发酵罐发酵温度的要求，以地热能作为热泵加温的热源。在冬季，把地下土壤的热量与循环水进行热交换，使循环水温度提高，再通过对地源热泵输入少量的高品位电能，实现低温位热能向高温位转移，进而使得地源热泵机组出水温度达45℃左右，热水在热盘管中，以辐射和对流的方式与发酵原料进行热交换，使发酵罐温度保持在中温发酵范围内。安装温度自动控制装置现实温度自控，当沼气池内温度降低到30℃以下时，地源热泵机组自动启动，通过消耗电能把地下水的热量转移到沼气池中热盘管内的热水中，再对发酵原料加温；当地源热泵机组的进、出水温差满足7.5℃并且沼气池的温度在35℃时，地源热泵机组将自动停止工作。1.2.地源热泵技术的主要优点:1.2.1高效：地温一年四季基本恒定在16℃左右，略高于该地区平均温度1到2度，使得热泵无论在制冷或制热工况中均处于高效率点。1.2.2环保：无燃烧、有利于保护环境，1.2.3安全：无燃烧设备，从而不存在爆炸、失火和中毒的隐患。1.3地源热泵的缺点：1.3.1一次性投资价格高。1.3.2.地源热泵的使用受到场地限制，热交换是在地下进行的，没有足够的场地满足不了能量交换，浅表地层热能也是来源于太阳；1.3.3.如果使用抽地下水那种地源热泵，对地下水和地质有不好的影响，保护不好会污染地下水，回灌不好会影响地基下沉。夏天制冷光靠地源热泵不能满足要求，还要辅助其他方式降温，冬天在严寒地区同样要辅助电加热。2．太阳能加热2.1.概述：太阳能加热系统采用定温控制，通过太阳能集热系统完成热能的采集和传输，由太阳能热水通过螺旋换热管对发酵料液进行加热。2.2.太阳能技术的主要优点2.2.1.无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁的能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。2.2.2.巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿t标煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。2.2.3.长久：根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。2.2.4.操作简单、可自动运行2.3太阳能技术的主要缺点2.3.1.分散性：到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。平均说来，北回归线附近，夏季在天气较为晴朗的情况下，正午时太阳辐射的辐照度最大。而在冬季大致只有一半，阴天一般只有1／5左右。因此，在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的一套收集和转换设备，造价较高。2.3.2.不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。为了使太阳能成为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源，就必须很好地解决蓄能问题，即把晴朗白天的太阳辐射能尽量贮存起来以供夜间或阴雨天使用，但目前蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的环节之一。2.3.3.效率低和成本高目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展，主要受到经济性的制约。所以，太阳能技术主要运用于太阳能资源比较丰富的地区.3．沼气锅炉加热沼气锅炉加热方式是指锅炉以富裕沼气为燃料获得热水，通过热水循环向沼气发酵系统供热。效率高，同时对设备和操作技术要求比较高。沼气锅炉加温，即取用系统自身产生的一部分沼气，通过燃烧产生烟气，高温烟气在反应器底部设置的管道中流动，给发酵池加温，常用于高温发酵系统中，该方法加温效率高，同时对设备和操作技术要求比较高；主要运用于有富裕沼气的工程.4.沼气发电余热沼气发电余热利用是目前发展最快的一种加热方式，沼气发电余热利用是在沼气热电联产工程中，利用发电机组发电，同时燃气内燃机将排放将近600℃的尾气，高温气体中含有大量的余热，通过余热回收系统中的换热器用余热加热发酵料液。一般只应用于大型沼气工程。5．燃池式加温燃池式加温是一种设置在地下的进行燃料阴燃的地坑，池中燃料进行慢燃，池盖和池壁表面根据调节可保持在中温发酵所需温度。这种方法一次性投入低质燃料即可燃烧一个冬季，无需人工管理，一般用于户用型沼气工程。6.化石能源热水锅炉加温化石能源热水锅炉加温是以燃烧煤炭、石油等燃料的热水锅炉为热源，通过换热设备加温发酵料液，使其达到并维持沼气发酵所需温度。燃烧会产生大量的烟尘和有害气体，污染环境，同时能量利用率不高7．热膜加温技术热膜加温技术就是在沼气池外表面敷设一层电热膜，然后再敷设一定厚度的保温层以达到增温和保温的目的。但这种方法却以消耗高品位电能为代价，节能性、社会性不理想8.综上对比：8.1沼气锅炉加热、太阳能加热和沼气发电余热利用加热3种方式的投资比为2∶11.2∶1，沼气发电余热利用加热方式的费用年值仅为沼气锅炉加热和太阳能加热方式的60%和12%。沼气发电余热利用加热方式投资和费用年值均为最低。沼气发电余热利用加热方式无论从经济效益、技术性能，还是适应性、运行持久性等方面都明显优于太阳能加热和沼气锅炉加热。中国大部分大中型沼气工程应优先选择沼气发电余热利用加热方式。8.2多种加热方式联合应用：如果把地源地泵和太阳能相结合综合利用，既可以解决地源热泵耗电量大和太阳能供能不稳定的问题。参考文献1方炎.我国农村沼气建设发展战略研究[A].农村沼气发展与农村小康建设研讨会论文选编[C],2003.2陈剑锋.寒地乡村太阳能沼气开发利用现状[J].黑龙江科技信息,2007,(08)3孙孝政,夏吉庆,田晓峰。厌氧发酵技术工厂化生产沼气的现状及展望。东北农业大学学报.2005,36(1):109～1124王西吾.中国沼气技术发展与展望.农村能源,2000,(6):17～205周孟津,张榕林,蔺金印.沼气实用技术.化学工业出版社,2005:10～296高云超,邝哲师,潘木水等.我国农村户用型沼气的发展历程及现状分析.广东农业科学,2006,(11)7熊承永.我国沼气近期科研情况和发展趋势[J].中国沼气,1988,(04)8常振明,韩平,曲春洪.可再生能源利用现状与未来展望.当代石油石化,2004,12(12):19～239徐祯祥.太阳能沼气池.专利号申请号03245701.410钟贤烈.农村沼气.农业出版社出版,1983:22～4111周孟津,张榕林,阑金印.沼气实用技术.化学工业出版社,2005:10～2912卢永川.沼气工程设计.农业出版社,1987:27～3013姚永福徐澍泉.中国沼气技术.农业出版社,1989,12:41～55