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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。
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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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