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太阳能热管沼气发酵加热系统研究

作　者: 杜双力
导　师: 焦有宙
学　校: 河南农业大学
专　业: 农业生物环境与能源工程
关键词: 沼气发酵 太阳能 热管 增温
分类号: S216.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


厌氧发酵制沼气是生物质能的有效利用途径。在影响沼气发酵的各种因素中，温度对厌氧发酵影响尤为明显，温度成为沼气产业发展的瓶颈。为了实现沼气池增温，许多研究者开展了这方面的研究工作,但尚没有一种高效直接沼气池循环增温方式。本文以热管作为传热元件设计太阳能热管沼气发酵加热系统，研究沼气池增温效果。研究内容及成果主要包括以下几个方面：1．太阳能热管沼气发酵加热系统的设计制作，对发酵系统、换热系统和集热系统进行能量分析计算，推导太阳能热管沼气发酵加热系统的设计参数。2．模拟实验。a.在冬季，晴天在换热系统关闭的情况下，集热装置终端（热管冷凝端）能够实现36℃；对太阳能热管沼气发酵加热系统进行增温效果分析，沼气池平均每天升温3℃。夜里降温1.2℃；阴天用灯光模拟实验，在换热系统关闭的情况下，集热装置终端能够实现42℃；对太阳能热管沼气发酵加热系统进行增温效果分析，沼气池平均每天升高4℃，夜里降温0.8℃。b．在春季，晴天在换热系统关闭的情况下，集热装置终端能够实现43℃；对太阳能热管沼气发酵加热系统进行增温效果分析，沼气池平均每天升温6℃，夜里降温1.2℃。3．牛粪作为原料进行厌氧发酵实验。配置175L浓度为6%的沼气发酵料液。a．沼气发酵系统的初始温度21.7℃，系统正常运行下系统发酵温度每天上升一个梯度，随着料液温度的升高梯度会逐渐变小，稳定后能够实现38℃左右。由于持续阴天平均发酵温度降低到33.5℃左右，晴天后再次集热两天实现38℃左右，整个发酵过程温度能够维持在38℃。b．在一定范围内系统产气量随着温度升高不断增加，稳定后平均每天能产生气体70L左右。c．气体成分中甲烷含量随着发酵进行不断升高，甲烷含量稳定后维持在70%左右，二氧化碳含量随着发酵进行开始逐渐增加后开始降低最后处于稳定，二氧化碳含量稳定后维持在17%右。d.发酵系统装置能够正常运行，晴天平均每天集热5℃，夜里降温0.6℃，阴天系统不能集热，平均每天降温1.2℃，系统每天增温保温效果良好，发酵试验能够正常进行，系统发酵运行效果显著。4．对太阳能热管沼气发酵加热系统进行能量和经济分析，太阳能热管沼气发酵加热系统具有市场推广前景。

全文目录


致谢  4-7
摘要  7-8
1 引言  8-16
  1.1 能源现状  8-9
  1.2 沼气发酵原理及工艺条件  9-10
  1.3 发酵温度对沼气发酵的影响  10-11
  1.4 沼气发酵增温控制技术  11-15
    1.4.1 电加热膜增温保温系统  12
    1.4.2 锅炉水循环沼气池增温系统  12
    1.4.3 太阳能热水器水循环沼气池增温系统  12-13
    1.4.4 地源热泵沼气池增温系统  13-14
    1.4.5 城市余热利用  14-15
  1.5 本文的主要研究内容  15-16
2 太阳能热管沼气发酵加热系统设计研究  16-31
  2.1 热管技术  16-18
    2.1.1 热管工作原理  16-17
    2.1.2 热管的基本特性  17
    2.1.3 热管的相容性及寿命  17-18
    2.1.4 热管设计  18
  2.2 重力热管  18-20
    2.2.1 重力热管原理  18
    2.2.2 重力热管传热过程  18-19
    2.2.3 两相闭式热虹吸管的传热极限  19-20
  2.3 太阳能热管沼气发酵加热系统基本缩略图  20
  2.4 发酵系统设计  20-24
    2.4.1 沼气发酵系统尺寸确定  20-21
    2.4.2 发酵系统能量计算  21-24
  2.5 换热系统设计  24-27
    2.5.1 换热装置能量平衡分析  24-25
    2.5.2 换热器总传热系数的选择计算  25-26
    2.5.3 每天联结式水管的散热量  26-27
  2.6 集热系统设计  27-30
    2.6.1 集热装置能量平衡分析  27
    2.6.2. 热管工质、材料的选择  27-29
    2.6.3 计算集热面面积  29-30
  2.7 太阳能热管沼气发酵加热系统制作  30-31
3 太阳能热管沼气发酵加热系统的试验  31-46
  3.1 太阳能热管沼气发酵加热系统的模拟试验  31-41
    3.1.1 模拟试验方案  31-32
    3.1.2 模拟试验结果与分析  32-41
  3.2 太阳能热管沼气池加热系统的发酵试验  41-44
    3.2.1 发酵实验方案  41-42
    3.2.2 发酵试验结果与分析  42-44
  3.3 太阳能热管沼气发酵加热系统的技术经济分析  44-46
4 结论与建议  46-47
参考文献  47-50
Abstract  50-51

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中图分类: > 农业科学 > 农业工程 > 农业动力、农村能源 > 生物能（生物质能）的应用 > 沼气
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