太阳能热管沼气发酵加热系统研究

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。