寒区沼气工程能耗分析与节能技术研究

【摘要】：沼气工程在北方寒冷地区外界环境温度较低的条件下运行时,需要通过外界热源对发酵料液进行预加热,同时为了维持反应器内部发酵所需要的温度,也要对反应器内料液进行加热,这将耗费大量的能源。为了节约能源,需要对沼气工程进行能耗分析,以确定能耗最小,同时产能最大的运行方式。以往的沼气工程能耗分析都是在比较简单的传热模型基础上进行分析和热负荷计算,同时,缺少全年运行的能耗统计和沼气工程保温层设计规范上的计算。本文对鸡西市兰岭乡一处寒区大型沼气工程的工程参数、反应器内料液温度以及产生沼气的热值进行了测定,在此基础上,对该工程不同发酵温度和加热方式的能耗和产能情况进行了分析统计,为寒区沼气工程运行提供了规范和依据。在以上背景下,本文下进行了如下研究:第一部分着重介绍了能耗分析的理论研究方法。一类是建立在稳定传热理论基础上的静态能耗分析法,另一类是建立在不稳定传热理论基础上的动态能耗分析法,讨论了本课题的研究方法更适用于静态能耗分析中的方法——度日法。通过这部分的介绍,为寒区沼气工程能耗分析奠定了理论基础。第二部分通过建立反应器负荷系数模型,确立了沼气工程能耗分析的方法。在此方法上对沼气工程加热系统的各部分能耗进行了分析。得出沼气工程加热系统各月能耗,随外界平均温度的降低而逐渐增大的变化趋势,同时,全年1月份沼气工程的能耗最大。并在此基础上,通过确立不同温度下各月份的净产能情况,得出沼气工程运行厌氧发酵反应器内部的最大净产能温度为35℃。第三部分对鸡西市兰岭沼气工程产生沼气的成份进行了测定,确定了沼气的热值。在此基础上,通过反应器负荷系数模型和沼气工程能耗分析的方法,对沼气工程采用不同加热方式下的能耗和产能情况进行了统计。通过对加热方式的特点和产能情况的讨论,得出了地源热泵加热方式可以节约大量能源,同时运行环境受外界条件限制较小。在技术和其他条件允许的情况下,沼气发电余热利用加热方式和太阳能加热方式与传统燃煤锅炉加热方式相比,具有节能优势。第四部建立了厌氧发酵反应器的温降模型,通过对鸡西兰岭沼气工程反应器内部温度的实际测定值与模型计算的理论值进行对比,验证了模型的准确性。并在此模型基础上,计算了保证工艺温降不大于1.5℃的情况下,厌氧发酵反应器的保温层理论上最小设计厚度和沼气工程运行时的最长停产时间。为厌氧发酵反应器的设计和沼气工程的生产运行有规范可依提供了数据。 【关键词】：沼气工程 能耗分析 厌氧发酵 节能措施 加热方式
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 中文摘要8-9
• 英文摘要9-11
• 1 引言11-20
• 1.1 我国沼气工程的发展现状和主要问题11-14
• 1.1.1 沼气工程发展规模11-12
• 1.1.2 我国沼气工程技术现状12-13
• 1.1.3 我国沼气工程的主要问题13-14
• 1.2 沼气工程国内外研究状况14-16
• 1.2.1 国内研究概况14-15
• 1.2.2 国外研究概况15-16
• 1.3 能耗分析方法16-18
• 1.3.1 动态能耗分析法16-17
• 1.3.2 静态能耗分析法17
• 1.3.3 本文的研究方法17-18
• 1.4 课题的提出和主要意义18-19
• 1.5 本课题研究的主要内容19-20
• 2 沼气工程的能耗分析20-35
• 2.1 温度对厌氧发酵产气能力的影响20
• 2.2 沼气工程热平衡分析20-24
• 2.2.1 发酵料液温度升高耗热量21-22
• 2.2.2 厌氧发酵反应器围护结构的传热耗热量22-24
• 2.3 工程实例能耗分析24-34
• 2.3.1 工程实例24-26
• 2.3.2 工程耗热量计算26-28
• 2.3.3 最佳净产能厌氧发酵温度的讨论28-34
• 2.4 本章小结34-35
• 3 沼气工程不同加热方式的能耗分析35-50
• 3.1 加热系统设计热负荷的计算35-36
• 3.1.1 发酵料液温度升高所需耗热量35
• 3.1.2 厌氧发酵反应器围护结构的传热耗热量35-36
• 3.2 燃煤热水锅炉加热系统36-37
• 3.3 地源热泵加热系统37-39
• 3.4 太阳能加热系统39-40
• 3.5 沼气发电余热利用加热系统40-43
• 3.6 沼气锅炉加热系统43-44
• 3.7 五种加热方式能耗对比分析及环保评价44-45
• 3.7.1 能耗对比分析44-45
• 3.7.2 环保评价45
• 3.8 沼气工程产能与能耗的对比分析45-49
• 3.8.1 沼气热值的测定45-46
• 3.8.2 沼气工程产能与能耗的对比分析46-49
• 3.9 本章小结49-50
• 4 厌氧发酵反应器保温节能技术的研究50-54
• 4.1 反应器内料液温降理论传热模型的建立50-51
• 4.2 理论传热模型的的实验验证51-52
• 4.3 厌氧发酵保温加热间隔时间的讨论52-53
• 4.4 厌氧发酵保温层的选择53
• 4.5 本章小结53-54
• 5 结论54-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-59
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文59

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