农村生态校园沼气系统太阳能增温技术研究

【摘要】： 沼气增温技术是沼气科学领域的一个研究热点,也是一个难点。沼气科技工作者在利用生物质、煤炭等热源为沼气池加热增温方面做了大量的工作,取得了明显的增温效果,但因这些方法都需使用不可再生能源,而且容易产生污染,将被逐渐淘汰。因此,研究者都把目光投向取之不尽、用之不竭的清洁能源—太阳能作为沼气增温热源,太阳能增温技术必将成为沼气工程领域的一个研究重点。 农村生态校园沼气系统是沼气技术应用的新模式,由于起步晚,在实践中有一些工程技术还存在缺陷,相关理论还不成熟。其中,工艺方案的设计和冬季增温问题是该系统的两大难点。针对这些问题,本文以农村生态校园为研究对象,在优化传统沼气系统的基础上,重点设计了太阳能双效增温装置的设施和结构参数,并采用先进的温度测量仪在范家寨中学进行为期3个月的太阳能增温试验,然后对试验结果进行热力学分析,最后从经济学角度对太阳能增温技术进行评价,为农村生态校园的示范和推广提供科学的理论和实践依据。 本文主要研究工作和结论如下: (1)针对农村中小学粪污特点和传统沼气系统存在的问题,设计出适合北方农村中小学校的太阳能沼气系统的工艺方案。其中,着重设计了太阳能双效增温装置的增温工艺、前处理工艺、沼液冲厕工艺,并从减少热量损失的角度对沼气池的主要尺寸进行了设计。 (2)选择范家寨中学生态校园示范点作为研究对象,对沼气系统太阳能增温装置的增温效果进行了试验。在试验过程中,采用温度自动记录仪,测试了沼气系统内外10个点的温度数据,绘制了相关温度变化曲线,该曲线表明太阳能双效增温装置能提高沼气池的发酵温度。 (3)利用传热学的基本理论,建立了沼气系统的热平衡方程,并通过理论计算,分析了沼气系统太阳能增温装置的热利用效率,结果表明该装置的热利用率为16.57%。 (4)利用经济学方法对太阳能双效增温系统评价分析,并与热水锅炉增温系统比较,结果表明太阳能增温系统具有良好的经济效益和环境效益。 【关键词】：农村学校 沼气系统 双效太阳能 增温技术
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 导论10-17
• 1.1 农村生态校园建设的背景10-11
• 1.2 农村生态校园建设的意义11-12
• 1.3 农村生态校园建设内容12-13
• 1.4 课题的提出13-17
• 1.4.1 农村生态校园沼气系统亟待解决的问题13-14
• 1.4.2 现有增温技术分析14-15
• 1.4.3 研究思路与内容15-17
• 第二章 沼气系统太阳能增温工艺设计17-27
• 2.1 沼气系统组成17
• 2.2 沼气系统的设计17-24
• 2.2.1 发酵料液前处理子系统设计17-19
• 2.2.2 沼液冲厕子系统设计19-20
• 2.2.3 沼气池容积设计20-21
• 2.2.4 厌氧消化器设计21-24
• 2.3 太阳能双效增温装置的优化设计24-26
• 2.3.1 太阳能双效增温装置设计思想与构成24
• 2.3.2 太阳能双效增温装置主要设施及结构参数设计24-26
• 2.4 小结26-27
• 第三章 沼气系统太阳能增温试验27-37
• 3.1 太阳能双效增温原理27
• 3.2 材料与方法27-29
• 3.2.1 实验装备27-28
• 3.2.2 测试时间及测试参数28
• 3.2.3 测试仪器28
• 3.2.4 测试方法28-29
• 3.3 结果与分析29-36
• 3.3.1 日光温室内外气温日变化规律29-30
• 3.3.2 集热室内的气温变化规律30-32
• 3.3.3 发酵池内的料液温度变化规律32-36
• 3.4 小结36-37
• 第四章 沼气系统太阳能增温热平衡分析计算37-50
• 4.1 日光温室热平衡方程38-43
• 4.1.1 温室散热量的分析39-41
• 4.1.2 温室吸收太阳辐射能Q_s 的分析41-42
• 4.1.3 温室散热量的计算42
• 4.1.4 温室吸收太阳辐射能Q_s 的分析计算42-43
• 4.1.5 日光温室和集热室吸热增温分析43
• 4.2 集热室热平衡方程43-44
• 4.2.1 热量平衡方程的建立43-44
• 4.2.2 集热室热平衡分析计算44
• 4.3 厌氧发酵器热平衡方程44-48
• 4.3.1 厌氧发酵器散热分析与计算45-47
• 4.3.2 厌氧发酵器吸热分析47-48
• 4.3.3 厌氧发酵器热量平衡分析计算48
• 4.4 沼气系统太阳能热利用分析与计算48
• 4.5 小结48-50
• 第五章 沼气系统太阳能增温技术经济分析50-54
• 5.1 增温系统的经济分析50-53
• 5.1.1 评价方法50-51
• 5.1.2 系统经济性计算51-53
• 5.2 太阳能加热系统的环境效益53
• 5.3 小结53-54
• 第六章 结论与讨论54-56
• 6.1 结论54
• 6.2 讨论54-56
• 参考文献56-60
• 致谢60-61
• 作者简介61

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