太阳能辅助加热户用沼气池
摘 要：
关键词： 太阳能辅助加热户用沼气池
口同济大学机械工程学院（２０１ ８０４）张杨竣秦朝葵陈志光
户用沼气是我国农村能源的重要组成部分。本文针对北方寒冷地区冬季气温低、沼气产气少、利 用率低等问题，设计了保温沼气池并结合家用太阳能热水器，提出了太阳能辅助加热户用沼气池
系统。利用现场收集的运行数据，分析了该系统的实用性。 户用沼气池太阳能热水器辅助加热运行测试
Ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ Ｂｉｏｇａｓ Ｄｉｇｅｓｔｅｒ Ｈｅａｔｅｄ Ｂｙ Ｓｏｌａｒ－Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ
Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈａｎｇ Ｙａｎｇｊｕｎ，Ｑｉｎ Ｃｈａｏｋｕｉ，Ｃｈｅｎ Ｚｈｉｇｕａｎｇ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ ｂｉｏｇａｓ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐａｒｔ ｏｆ ｒｕｒａｌ ｅｎｅｒｇｙ ｉｎ Ｃｈｉｎａ．Ｉｎ ｎｏｒｔｈｅｒｎ ｐａｒｔ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，ｇａｓ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｂｉｏｇａｓ ｄｉｇｅｓｔｅｒ ｒｅｄｕｃｅｓ ｍｕｃｈ ｄｕｅ ｔｏ ｌｏｗ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ａ ｂｉｏｇａｓ ｄｉｇｅｓｔｅｒ ｗｉｔｈ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ，ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｓｏｌａｒ－ｃｏｌｌｅｃｔｏｒｓ ｗａｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｄａｔａ ｆｒｏｍ ｉｎ—ｓｉｔｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｏ ｍａｋｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｂｅｎｅｆｉｔ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ ｂｉｏｇａｓ ｄｉｇｅｓｔｅｒ ｓｏｌａｒ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒｓ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｈｅａｔｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｌｎｅｎ［
１ 引言
我国沼气事业开始于１９３０年前后，经过几十年
的发展，沼气已成为我国农村生活用能的重要来源之
一。“十一五”期间，中央累计投入农村沼气建设
资金２１２亿元，其中２００８年、２００９年和２０１０年分别投
入６０亿元、５０亿元和５２亿元。截至２０１０年，我国户用
沼气已达到４ ０００万户，占全国农户的３３％，受益人
口达１．５５亿人，建设各种类型的沼气工程５．６万多处，
沼气年产量１４０亿ｍ ，相当于我国全年天然气产量的
１６％，预计到２０２０年沼气年产量将达到４４０亿ｍ，。
作为一种历史最悠久的生物质能利用技术，户
式沼气在应用中存在一些问题，如：单位池容产气量
低下、燃烧装置受成本限制性能不稳定、沼气池的热
工制度方面尚缺乏系统的研究等。出于建设成本的考
虑，绝大部分的户式沼气池很少使用有效的保温措
１８ ｆ城市燃气．月刊 施，导致我国北方寒冷地区大量沼气池在冬季处于不
产气或冻结状态，严重制约了农村户用沼气技术的发
展及推广。
针对这一问题，本文设计了一种太阳能辅助』ＪⅡ热
户用沼气池系统。在沼气池内设置换热盘管和搅拌装
置。夏季，沼气池与太阳能分开工作；冬季，利用太
阳能热水器的低温热水问接加热沼气池。通过现场测
试获取的运行数据，对该系统的实用性进行了分析。
初步结果表明，沼气池的保温与太阳能辅助加热可实
现太阳能与沼气的互补，充分发挥二者优势，具有良
好的实用性。
２ 温度对沼气池产气的影响
沼气是有机物质在一定温度、湿度、ｐＨ值和隔
绝空气条件下经微生物发酵而产生的可燃性气体。影 响发酵过程的因素很多，其中发酵温度尤为重要。在
我国农村，沼气池发酵温度随气温的变化而变化，沼
气产气率变化很大。试验表明：池温低于１０℃，发酵
菌几乎处在休眠状态，沼气池基本停止产气；当池温
在１５℃以上时，沼气发酵才能较好地进行，产气率为
０．１ｍ ／（ｍ ・ｄ）一０．２ｍ ／（ｍ ・ｄ）；池温在２Ｏ℃以上
时，产气率可达０．４ Ｉ１３３／（ｍ ・ｄ）一０．５ｍ３／（ｍ ・ｄ）。
图１是沼气发酵温度对产气率的影响曲线Ｉ３｝。
每 天 产 气 量 （Ｌ）
温度（℃）
图１温度对产气率的影响
我国北方地区冬季寒冷漫长，气温、地表温度较
低，沼气池产气率低，无法满足农户需求，导致冬季
农村沼气池存在大量闲置问题。极端寒冷时期，甚至
出现冬季冻裂沼气池的现象，造成沼气池停用。为解
决这一问题，在严寒和寒冷地区，沼气池必须采取必
要的保温和加热措施。在农村沼气应用中，传统模式
的保温加热方法在实际应用中存在一定的局限性和不
便。如隔热材料保温技术ｌ４＿ ，虽有一定效果但只能
延缓料液降温的速度，但在冬季极端寒冷时期不能保
证发酵过程正常运行，且秸秆稻草类保温效果较差，
经济性、防水性等方面还有待进一步改进；塑料暖棚
增温技术，利用太阳能为系统提高温度，但系统需配
建塑料大棚，占地较大，推广受到当地实际条件限制
１７－８１；燃料燃烧加热技术，通过燃煤或秸秆等生物质
直接加热或通过热水间接加热沼气池，传统方法有燃
池增温技术、 “猪一沼一炕”增温技术、秸秆废弃物的
燃烧、热水锅炉加热法等，该类方法需要消耗一定的
化石或生物质燃料，在燃烧过程中造成污染，且经济 张杨竣等・太阳能辅助加热户用沼气池
性不高。
近年来，随着太阳能热水器日益普及、成本下
降，以及利用聚氨酯发泡材料进行保温的玻璃钢制沼
气池技术的发展，为沼气池加热技术提供了新思路。
基于此，本文设计了太阳能辅助加热户用沼气池系
统，并结合理论分析计算和现场的连续跟踪测试，对
其实际应用及推广价值进行研究。
３ 太阳能辅助加热沼气池系统
３．１系统介绍
太阳能辅助加热户用沼气池系统，主要是利用
太阳能热水器吸收太阳热量提高水温，通过水循环，
加热沼液，从而提高冬季沼气池产气温度，利于产
气。系统如图２所示，主要包括：水压式保温沼气池
（８ｍ ）、家用太阳能热水器（２００Ｌ）、控制柜和数
据采集模块、位于沼气池内的加热盘管与搅拌装置、
电加热带、沼气包、循环水泵、气表、脱硫器以及水
管路配件和温度传感器等。
３．２系统控制功能
整个系统通过控制柜进行控制运行。控制柜设有
简单的“冬”、 “夏”模式切换，夏季太阳能与沼气
池独立工作；冬季太阳能热水器集热，通过沼气池内
部加热盘管进行加热，同时搅拌开启增强换热效果。
控制柜的循环控制功能主要包括以下３种：
（１）温差循环控制：利用温度传感器监测太
阳能水箱内的水温Ｔ：和沼气池内的温度Ｔ 。当Ｔ 大于
Ｔ １５℃时（系统中控制温度均可根据各地区实际情况
进行单独设置），循环水泵启动，同时搅拌电机启
动，把太阳能热水的热量换给沼液；Ｔ：与Ｔ 差值达到
５℃时，循环水泵和搅拌电机延时ｌｍｉｎ后停止工作。
当沼气池温度高于２５℃时，循环停止。因为冬季太阳
能热水器的温度一般不高，而沼气池位于地下、散热
缓慢，通过温差控制循环的方式可保证系统循环加热
的效率，同时避免传热过程的附加能耗过大。
（２）防冻循环控制：考虑到北方地区冬季气温
低，与太阳能热水器连接的水管系统可能冻结。为防
止此情况发生，在管路适当位置设置温度传感器，当
管路水温低于４￣Ｃ时，水泵启动循环，当高于８℃时水
泵停止。特殊极端天气可人工排空集热系统、以防集
２０１１／０８总第４３８期ｌ
１９ 用 白
１一水压式保温沼气池；２－换热盘管；３－搅拌器；４－太阳能热水器；５－水泵；６－控制柜和数据采集模块；７－脱硫器；８－气表；９－沼气包
图２太阳能加热户用沼气池系统构成示意图
热管冻结。
（３）自动补水控制：系统为开式，当太阳能热
水器内水量低于设定值时，实现自动补水。显示器显
示储水箱中水位，可进行人工水位控制。
３．３数据采集系统
数据采集系统主要通过ＡＤＡＭ４０１８数据采集模
块、ＡＤＡＭ４０１５数据采集模块、ＡＤＡＭ４０８０数据采集
模块、ＡＤＡＭ４５２０数据转换器、１０Ｖ一３０Ｖ直流电源、
电脑和ＬａｂＶＩＥＷ程序来实现。
ＡＤＡＭ４０１５采集模块主要对沼气池内各温度测
点、换热盘管进出水温度以及太阳能水箱温度进行监
测和采集。
ＡＤＡＭ４０１ ８采集模块主要对土壤温度各测点进行
温度监测和采集，同时对循环水泵、搅拌机、电加热
带的工作状态及工作时长进行监测。
ＡＤＡＭ４０８０采集模块主要对气表脉冲信号进行监
测，通过信号变化可以直接读取产气量。 所有采集模块采得的信号通过ＡＤＡＭ４５２０数据转
换模块将信号输入电脑，通过ＬａｂＶＩＥＷ程序进行数据
实时显示和Ｅｘｃｅｌ存储，便于后期跟踪处理。
系统所用的温度传感器为Ｐｔ１００热电阻（用于
沼气池内沼液温度及换热盘管进出水温监测）和铜
康铜热电偶（用于土壤温度监测）。各温度测点
分布及信号传输如图３所示，沼气池内部３支Ｐｔｌ００
２０ Ｉ城市燃气．月刊 热电阻（分别距沼气池顶部６００ｍｍ、１ ２００ｒａｍ、
１ ８００ｍｍ）；土壤温度测点４支铜康铜热电偶（分别
距地面６００ｍｍ、ｌ １００ｍｍ、２ ０００ｍｍ、２ ２００ｍｍ）；换 热盘管进、出口２３￣Ｐｔ１００热电阻。
ｌ一土壤温度测点；２－沼气池内温度测点；３－换热盘管 水温度测 点；４－换热盘管进水温度测点；５－太阳能水箱温度测点；６一数据 采集电脑；７－水泵信号测点；８－控制柜和数据采集模块；９－搅拌 器和电加热带信号测点；１０一气表信号测点
图３各温度测点分布及信号传输图
太阳能联合电加热沼气控制器的设计与应用
太阳能联合电加热沼气控制器的设计与应用
摘要:针对我国北方冬季由于气温低而产生的沼气池产气率低,甚至出现沼气池池体冻裂等问题,提出采用太阳能和电相结合为沼气池供暖｡首先建立三维温度控制模型,为保持沼液温度处于适合区间并在±3 ℃内波动,将沼气池和周围土壤看成有机整体进行控制｡其次对控制系统进行了详细的软､硬件设计｡最后以哈尔滨地区年出栏2 000头的集约化养猪场为例进行了试验,结果表明,在天气最冷的4个月系统需要同时联合电加热,其他月份采用太阳能单独供热即可;系统温度控制精确度达到±2 ℃｡
关键词:太阳能;沼气;温度控制
Design and Application of Solar Jointing Electric Heating Biogas Controller
Abstract: In view of the problems of the low temperature in north China in winter,
low gas digesters, the biogas cell body frost crack and so on, a solution of using solar
jointing electric power for the digester heating was proposed. At first, in order to
maintain the slurry temperature in suitable range and keep the fluctuation within
±3 ℃, the digesters and the surrounding soil were considered as an organic whole, a
three-dimensional model of temperature control was established. Secondly, the
太阳能辅助加热沼气池自动控制系统设计
太阳能辅助加热沼气池自动控制系统设计
秦国栋;吴湘莲;张征宇;楼平
【摘 要】沼气作为一种清洁的新能源,目前在我国使用越来越广泛.沼气池中的发酵温度对沼气的产气效率有决定性的影响,但在冬天或者高纬度寒冷地区沼气发酵池中的温度较低,不能满足沼气合适的发酵温度.为此,使用太阳能辅助加热系统,来提高沼气池中的发酵温度,取得较高的产气效率.该系统使用太阳能集热板收集热量,DS18B20采集温度,单片机进行沼气池温度控制.整个控制系统结构简单,易于实现,操作方便,具有很好的推广价值和环保效应.
【期刊名称】《农机化研究》
【年(卷),期】2013(035)009
【总页数】4页(P231-233,242)
【关键词】沼气系统;温度控制;太阳能;单片机
【作 者】秦国栋;吴湘莲;张征宇;楼平
【作者单位】嘉兴职业技术学院机电与汽车分院,浙江嘉兴314036;嘉兴职业技术学院机电与汽车分院,浙江嘉兴314036;嘉兴职业技术学院机电与汽车分院,浙江嘉兴314036;嘉兴职业技术学院机电与汽车分院,浙江嘉兴314036
【正文语种】中 文
【中图分类】TP273.+5
0 引言 沼气是利用生活、工业有机废弃物生产的清洁能源，厌氧消化生产沼气的技术，因其具有良好的能源、环境效益近年来逐渐被人们关注[1]。根据温度的不同厌氧消化可被分为4种类型，即常温发酵10～27℃、近中温发酵(30±3)℃、中温发酵(30±3)℃和高温发酵(55±3)℃。据研究，温度对厌氧消化的效果具有决定性作用，冬天或者高纬度寒冷地区如取得得良好的厌氧消化效果,则必须对厌氧消化装置采取保温和增温等措施，这样可以保证厌氧消化高效运行。目前，厌氧消化装置保温和加热措施的研究已经成热点，设备也较多，但自动化控制仍不多见，故提出了一个太阳能辅助加热沼气池自动控制系统设计方案。
太阳能近年来作为清洁的可再生能源被广泛应用于光电转换、产品烘干、生活采暖等诸多领域[2-4]。本次将太阳能与厌氧消化技术相结合，不仅可以解决厌氧消化的供暖问题，同时也具有良好的能源、经济以及环境等综合效益。
太阳能联合锅炉沼气池智能温控系统设计与应用
江苏农业科学２０１２年第４０卷第１期 ．．——３４３．－——
李丽丽，施伟．太阳能联合锅炉沼气池智能温控系统设计与应用［Ｊ］．江苏农业科学，２０１２，４０（ｉ）：３４３～３４６
太阳能联合锅炉沼气池智能温控系统设计与应用
李丽丽，施伟
（辽宁工程技术大学电子与信息工程学院，辽宁阜新１２３０００）
摘要：在畜牧业中应用沼气，既可有效利用牲畜排泄物等废弃资源，又可减少对环境的污染。在严寒地区，冬季
气温低造成沼气生产率低、使用率低等问题，甚至出现沼气池冻裂的现象，严重影响了养殖户发展应用沼气的积极性。
针对这一问题，提出采用太阳能联合锅炉为沼气池供暖。首先将沼气池和周围土壤看成有机整体建立温度控制模型，
保持沼液处于合适发酵温度且控制在设定值±２℃范围内；其次以稳定性和经济性为基础对温度控制系统进行详细
设计；最后以年出栏１ ０００头的养牛场为例进行系统应用，验证系统可行性。
关键词：太阳能；锅炉；沼气池；畜牧业；智能温控系统
中图分类号：￥２１４．０７ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００２—１３０２（２０１２）０ｌ一０３４３一Ｏ３
目前随着我国农村畜禽场的规模不断扩大、数量不断增
多，畜禽粪便排放量急剧增长对农村和城镇周边地区环境造
成的污染越来越严重，甚至严重影响畜禽养殖业自身的发展。
畜禽场粪便污水属高浓度有机废水，非常适宜于利用沼气技
术进行生化处理 。若将粪便厌氧发酵则不仅能解决农村
庭院环境卫生问题，而且能解决农村能源问题，是合理持续地
开发和利用自然资源的有效途径 。我国北方四季温差大，
对沼气的产量及沼气池的影响很大，特别是北方的冬天，低气
温使沼气的产量较低，还可能使沼气池内壁冻裂，沼气外泄。 为此，本研究设计了太阳能联合锅炉加热沼气智能控温系统，
针对不同的天气状况为沼气池加热，并自动控制发酵温度，提
高沼气生产率，解决了北方冬季沼气池无法正常使用的问题。
１太阳能联合锅炉智能沼气池设计方案
户用太阳能辅助加热沼气池动态传热仿真
第２８卷第１期 计算机仿真 ２０１１年１月 文章编号：１００６—９３４８（２０１ １）０１—０３６０—０５ 户用太阳能辅助加热沼气池动态传热仿真 郭甲生，秦朝葵，魏晓峰，唐继旭 （同济大学机械工程学院，上海２０１８００） 摘要：针对态变温差条件下螺旋管换热器传热系数计算复杂，而螺旋管换热器传热系数是户用太阳能辅助加热沼气池系统 设计中的重要参数。为确定沼气池内加热盘管的传热系数及合理的搅拌叶轮旋转速度，采用全三维Ｎａｖｉｅｒ—Ｓｔｏｋｅｓ方程和多 重参考系法（ＭＲＦ），根据标准ｋ－ｅ湍流模型及相应的计算网络及边界条件，对沼气池内传热及流动进行三维非定常数值仿 真，分析系统的传热系数，随着旋转叶轮转速提高，螺旋加热盘管传热系数也随之增加，但旋转叶轮所需电机功率也将随之 增大。通过数值仿真，可以大大缩短系统的研制和改进设计周期，结果与现场实测传热系数有较好的吻合。证明提高了沼 气池内螺旋盘管的加热效果，并为系统设计提供参考依据。 关键词：太阳能；沼气池；搅拌装置；传热系数；数值模拟 中图分类号：ＴＫ５１５ 文献标识码：Ａ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｕｎｓｔｅａｄｙ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ ｉｎ Ｓｏｌａｒ－ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｈｅａｔｉｎｇ Ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ Ｂｉｏｇａｓ Ｄｉｇｅｓｔｅｒ ＧＵＯ Ｊｉａ－ｓｈｅｎｇ，ＱＩＮ Ｃｈａｏ－ｋｕｉ，ＷＥＩ Ｘｉａｏ－ｆｅｎｇ，ＴＡＮＧ Ｊｌ－ｘｕ （ＣｏＨｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｏｎ￣ｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１８０４，Ｃｈｉｎａ） ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｓｐｉｒａｌ ｔｕｂｅ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ｉｎ ｕｎｓｔｅａｄｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｉｓ ｈａｒｄ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ，ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｓｐｉｒａｌ ｔｕｂｅ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ｉｓ ｏｆ ｇｒｅａｔ ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ ｉｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｏｌａｒ—ａｓｓｉｓｔｅｄ ｈｅａｔｉｎｇ ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ ｂｉｏｇａｓ ｄｉｇｅｓｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｃｙｃｌｅ ａｎｄ ｃｏｓｔ ｏｆ ｓｏｌａｒ—ａｓｓｉｓｔｅｄ ｈｅａｔｉｎｇ ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ ｂｉｏｇａｓ ｄｉｇｅｓｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ Ｖａｎ ｂｅ ｃｕｔ ｄｏｗｎ ｇｒｅａｔｌｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｕｐｐｏｒｔ ｏｆ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｓｔｕｄｉｅｓ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｕｎｓｔｅａｄｙ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅａｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎ ｂｉｏｇａｓ ｄｉｇｅｓｔｅｒｓ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｕ－ ｉｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ（ＣＦＤ），ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ—ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｒａｍｅ（ＭＲＦ）ａｎｄ ｓｔａｎｄａｒｄ ｋ－ｅ ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａ－ ｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｈｅａｔｉｎｇ ｃｏｉｌ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｃａｎ ｅｎｈａｎｃｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｓｔｉｒｒｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｉｎ ｂｉｏｇａｓ ｄｉｇｅｓｔｅｒｓ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｉｍｐｅｌｌｅｒ ｓｐｅｅｄ，ｈｅａｔｉｎｇ ｃｏｉｌ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｉｍｐｅｌｌｅｒ ｍｏｔｏｒ ｐｏｗｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ａｌｓｏ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ｔｈｅ ｈｅａｔｉｎｇ ｃｏｉｌ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｏ— ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ｈａｓ ｇｏｏｄ ｍａｔｃｈ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｏｆ ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＳＨＨＢＤＳ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ：Ｓｏｌａｒ ｅｎｅｒｇｙ；Ｂｉｏｇａｓ ｄｉｇｅｓｔｅｒ；Ｓｔｉｒｒｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ；Ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ；Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ １ 引言 截止到２００７年，全国农村户用沼气已累计发展到２２００ 万户左右，年产沼气约９Ｏ亿立方米。规划到２０１０年，全国 农村户用沼气总数达到４０００万户（新建１８００万户），占适宜 农户的３０％左右，年生产沼气１５５亿立方米 。 然而，当沼气池内沼液温度低于１５℃时，沼气池产气率 将显著降低 Ｊ，在我国北方大部分地区，户用沼气池和中小 型沼气装置存在冬季产气量明显下降或不产气等问题，针对 基金项目：国家“十一五”科技支撑计划项目（２００６ＢＡＪ０４Ｂ０２—０１） 收稿日期：２００９—０７—１３修回日期：２００９—１１—２６ —－－——３６０－．－—— 这一问题，国内外已经有学者研究利用太阳能加热制取沼气 的方法，当冬季当沼气池温度较低时，将太阳能集热器产生 的热水，加热沼气池使得其保持一定的温度以稳定发酵，从 而确保沼气反应装置的产气率和沼气池的使用率 ｊ。 沼气池内螺旋加热盘管加热沼液是非定常流动与传热 耦合过程，热水在盘管内流动的同时通过盘管与沼液换热， 以迅速提高沼液温度，保证沼气池能够稳定发酵产气。然 而，在现有的加热过程的计算中 Ｊ，根据傅立叶定律及串联 热阻的叠加原理来计算换热器的热流量，计算中传热系数只 能取近似值作为估算。为确定沼气池内盘管的传热系数及 合理的搅拌叶轮旋转速度，
【CN209816159U】太阳能加温沼气池【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920419735.6(22)申请日 2019.03.29(73)专利权人 李强地址 116000 辽宁省大连市普兰店市商业大街243号3-3-25(72)发明人 李强 (74)专利代理机构 大连东方专利代理有限责任公司 21212代理人 高永德 李洪福(51)Int.Cl.C12M 1/38(2006.01)C12M 1/107(2006.01)C12M 1/02(2006.01)C12M 1/00(2006.01) (54)实用新型名称太阳能加温沼气池(57)摘要本实用新型太阳能加温沼气池，涉及沼气发酵装置技术领域，尤其涉及采用太阳能对沼气池进行加温及保温的装置。本实用新型方法，包括：沼气池、集热装置、储温加温装置及过滤储气装置；沼气池设置在地上或地下，其外侧装有保温材料，可减少沼气池内温度流失；集热装置设置在沼气池的外部，可直接接收接受太阳照射；储温加温装置设置在沼气池的内部；储温加温装置通过管路与集热装置相连通；集热装置和储温加温装置内部装有水作为加热介质。过滤储气装置设置于沼气池的外部，通过沼气出气管与沼气池相连通。本实用新型的技术方案解决了现有技术中的因温度环境问题，沼气池的发酵率不高、无
法实现全天候发酵的问题。
权利要求书1页 说明书5页 附图4页CN 209816159 U2019.12.20
CN 209816159
U1.一种太阳能加温沼气池，其特征在于，所述的太阳能加温沼气池包括：沼气池(1)、集热装置、储温加温装置及过滤储气装置；所述的沼气池(1)设置在地上或地下，其外侧装有保温材料，可减少沼气池(1)内温度流失；所述的集热装置设置在沼气池(1)的外部，可直接接收接受太阳照射；所述的储温加温装置设置在沼气池(1)的内部；储温加温装置通过管路与集热装置相连通；集热装置和储温加温装置内部装有水作为加热介质；所述的过滤储气装置设置于沼气池的外部，通过沼气出气管(8)与沼气池(1)相连通。2.根据权利要求1所述的太阳能加温沼气池，其特征在于，所述的集热装置是由多根真空玻璃管(3)连通后组成的储水装置，装于沼气池保温上盖板(2)的上部，并通过管路与储温加温装置相连通。3.根据权利要求1所述的太阳能加温沼气池，其特征在于，所述的储温加温装置是由多根循环加热管(6)连接后组成，设置于沼气池(1)内部，通过循环出水管(5)和循环进水管(7)分别与真空玻璃管(3)的进出水口相连接；在循环进水管(7)上设置有循环泵(4)。4.根据权利要求1所述的太阳能加温沼气池，其特征在于，所述的过滤储气装置包括：沼气过滤器(9)、沼气压缩机(11)、沼气储存罐(14)；所述的沼气过滤器(9)装于沼气出气管(8)的出气端；沼气压缩机(11)一端通过过滤出气管(10)与沼气过滤器(9)相连接，另一端通过高压排气管(12)与沼气储存罐(14)相连接；在高压排气管(12)上设置有止回阀(13)；在沼气储存罐(14)的出口通过管路与用户设备相连接，在出口管路上设置有储气罐出气截止阀(15)。5.根据权利要求2所述的太阳能加温沼气池，其特征在于，所述的真空玻璃管(3)可以由真空玻璃板替换，在真空玻璃管(3)或真空玻璃板的外部涂为吸收阳光的深色。6.根据权利要求3所述的太阳能加温沼气池，其特征在于，所述的储温加温装置可为多个串联在一起，分别设置在沼气池(1)内部四周或底部。7.根据权利要求2所述的太阳能加温沼气池，其特征在于，所述的集热装置还可以与外部的辅助加温设备相连接；外部辅助设备为电加热、锅炉加热中的一种。8.根据权利要求2所述的太阳能加温沼气池，其特征在于，所述的沼气池(1)的下部还设置有地下储水箱(16)，
新型太阳能软体沼气池的设计及性能试验
新型太阳能软体沼气池的设计及性能试验
刘熙翠;白继伟;叶进;高立洪
【摘 要】沼气利用作为一项实用技术对合理开发农村能源、改善农村生态环境、提高农民生活质量具有重要作用.为此,针对冬季气温低致使沼气池产气率和使用率较低等问题,设计了一种适合我国西南地区冬季使用的新型太阳能软体沼气池.该沼气池利用太阳能集热系统生产的热水,通过沼气池底部的换热器来加热料液,从而使发酵液温度升高,保证沼气池在冬季较低的气温条件下能较正常产气.试验系统的运行分析表明,在气温较低的地区利用太阳能加热制取沼气是可行的.
【期刊名称】《农机化研究》
【年(卷),期】2010(032)006
【总页数】3页(P213-215)
【关键词】沼气;太阳能;软体沼气池;增温
【作 者】刘熙翠;白继伟;叶进;高立洪
【作者单位】西南大学,工程技术学院,重庆,400715;重庆市北碚区水利农机局,重庆,400700;西南大学,工程技术学院,重庆,400715;重庆市农业科学院,农业工程研究所,重庆,401329
【正文语种】中 文
【中图分类】S216.4;S214
0 引言 沼气池内发酵液的温度对沼气产量有很大的影响。在最适宜的温度范围内，温度越高，沼气细菌的生长和繁殖越快，产沼气就越多；如果温度不适宜，沼气细菌生长发育慢，产气就少或不产气。因此，温度是生产沼气的重要条件[1]。我国农村家用沼气池多建于地下，受地温影响很大，一般池内发酵原料温度基本都保持在10～30℃之间。冬季气温较低，使池内温度随之降低，如果低于10℃以下就无法正常产气，必须采取保温和增温措施，才能保证沼气微生物的正常活动，以利于正常产气[2]。
太阳能作为一种清洁安全的可再生能源，对于减少人类有害的活动(如工业污染和毁坏树林)、增强人类可持续发展能力起着重要作用[3]。本文的设计就是利用太阳热能作为沼气系统增温热源来加热沼气池内料液，从而保证沼气池在较低的温度下也能正常产气。
大中型沼气项目太阳能增温技术要点
大中型沼气项目太阳能增温技术要点
1.技术原理：太阳能增温技术通过安装太阳能热水器或太阳能集热器来收集太阳能热量，然后将热量传递给沼气池中的沼气，从而提高沼气产量和质量。
2.太阳能热水器：太阳能热水器是一种利用太阳能将水加热的装置，由太阳能集热器和储热水箱组成。太阳能集热器通过吸收太阳光，将光能转化为热能，然后将热能传递给储热水箱中的水。在大中型沼气项目中，可以将太阳能热水器与沼气池相连，将热水器中加热的水通过管道传递到沼气池中，从而增加沼气的温度。
3.太阳能集热器：太阳能集热器是太阳能增温技术中的核心设备，主要用于收集太阳能热量。太阳能集热器可分为平板式太阳能集热器和真空管式太阳能集热器两种。平板式太阳能集热器由玻璃平板、集热板和保温材料组成，利用集热板吸收太阳能并将其传递给沼气池中的沼气。真空管式太阳能集热器由一系列玻璃真空管组成，真空管内的铜头管吸收太阳能并将其传递给沼气池中的沼气。
4.储热水箱：储热水箱是太阳能热水器的重要组成部分，用于储存通过太阳能集热器加热的水。在大中型沼气项目中，储热水箱的储水量应根据沼气池的需求进行设计，以确保足够的热量能够传递给沼气。
5.管道系统：管道系统是将太阳能集热器中加热的水或热量传递到沼气池中的关键环节。在设计管道系统时，需要考虑管道的材质和绝热性能，以减少热量的损失和传递效率的提高。 6.控制系统：控制系统是太阳能增温技术中的另一个关键方面，用于控制太阳能热水器或太阳能集热器的运行。通过控制系统可以实现温度的自动控制和调节，确保沼气池中的沼气始终保持在适宜的温度范围内。
综上所述，大中型沼气项目太阳能增温技术可以通过太阳能热水器或太阳能集热器来收集太阳能热量，并将其传递给沼气池中的沼气，从而提高沼气产量和质量。这种技术可以有效地利用可再生能源，减少能源消耗和环境污染，具有较高的应用前景。
太阳能沼气，或可低成本解决农村地区清洁用能问题
太阳能沼气，或可低成本解决农村地区清洁用能问题
今日，一饲料加工企业打电话给我，称他们有个养猪厂，猪舍面积一万多平方米，其中母猪产房和育崽房近三千平方米，现采用天然气采暖，气价5.8元/方，采暖费居高不下，想采用太阳能采暖。我问他们能投资多少钱？答:十几万或几十万。我说不可能，目前市面上的集热器，性价比最高的就是普通真空管集热器和全流道集热器，若想做到太阳能保证率70%，每采暖面积怎么算也得300元，即便是我们现在正在研发的背流式集热器，做到这个效果，每采暖面积也得100元，因为太阳能采暖采统，不只是一个集热器就能完成的事。
沼气池
交谈中，我了解到他们养猪厂还有一个2800立方米的沼气池。我告诉他，要想初装成本低和使用成本低，最好是利用这个沼气池。他说，冬季最冷的时间，有个多月，沼气池压根不产气。我说这简单，沼气池冬季不产气，主要是水温低，我们可以利用太阳能给沼气池升温，让它来产气。2800立方米的沼气池，只要原料充足，温度适宜，每天可生产沼气560立方米，蕴含3600kwh的热量，可解决三千平方米产房和肓崽房60%的用热需求。猪舍内铺有地暖，我们可以在猪舍顶上安装部分太阳能集热器，数量不要太多，仅需满足猪舍白天用热量即可，夜间或阴雨天气用沼气供暖，沼气池产生的气量不够时，启动现有的天然气供暖炉，就可以实现低投资、低使用费用来供暖了。
沼气池
对方告诉我说沼气池已建好并已使用3年了，现在给沼气池做供暖怕不太好弄。我说，我们可以采用向沼气池中撒地暖管的方式来解决这一难题。根据所需换热量，向池中撒入一定数量的地暖管，把分水器放在外面，这样，利用太阳能给沼气池升温的事不是就解决了吗？
沼气的主要成份为甲烷，一般含量在50%~80%之间，甲烷的热值为8100大卡，沼气的热值在4050~6500大卡之间。甲烷菌的活跃温度为25~35℃之间，水温低于10℃时，甲烷菌就会死亡，这也正是我们的沼气池冬季产气量少或不产气的根本性原因。对方是个养猪厂，原料问题不成问题，猪的粪便多的是，冬季没法用的原因就在于地温低导致的沼气池水温过气，甲烷菌无法生存，自然也就无法产气了，只要我们把这个问题解决了，就可源源不断的得到沼气，用来供暖了。
太阳能辅助加热户用沼气池
摘 要：
关键词： 太阳能辅助加热户用沼气池
口同济大学机械工程学院（２０１ ８０４）张杨竣秦朝葵陈志光
户用沼气是我国农村能源的重要组成部分。本文针对北方寒冷地区冬季气温低、沼气产气少、利 用率低等问题，设计了保温沼气池并结合家用太阳能热水器，提出了太阳能辅助加热户用沼气池
系统。利用现场收集的运行数据，分析了该系统的实用性。 户用沼气池太阳能热水器辅助加热运行测试
Ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ Ｂｉｏｇａｓ Ｄｉｇｅｓｔｅｒ Ｈｅａｔｅｄ Ｂｙ Ｓｏｌａｒ－Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ
Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈａｎｇ Ｙａｎｇｊｕｎ，Ｑｉｎ Ｃｈａｏｋｕｉ，Ｃｈｅｎ Ｚｈｉｇｕａｎｇ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ ｂｉｏｇａｓ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐａｒｔ ｏｆ ｒｕｒａｌ ｅｎｅｒｇｙ ｉｎ Ｃｈｉｎａ．Ｉｎ ｎｏｒｔｈｅｒｎ ｐａｒｔ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，ｇａｓ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｂｉｏｇａｓ ｄｉｇｅｓｔｅｒ ｒｅｄｕｃｅｓ ｍｕｃｈ ｄｕｅ ｔｏ ｌｏｗ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ａ ｂｉｏｇａｓ ｄｉｇｅｓｔｅｒ ｗｉｔｈ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ，ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｓｏｌａｒ－ｃｏｌｌｅｃｔｏｒｓ ｗａｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｄａｔａ ｆｒｏｍ ｉｎ—ｓｉｔｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｏ ｍａｋｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｂｅｎｅｆｉｔ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ ｂｉｏｇａｓ ｄｉｇｅｓｔｅｒ ｓｏｌａｒ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒｓ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｈｅａｔｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｌｎｅｎ［
太阳能辅助加热户用沼气池系统设计
第２９卷，总第１６７期 ２０１１年５月，第３期 《节能技术》 ＥＮＥＲＧＹ ＣＯＮＳＥＲＶＡＴ１０Ｎ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｖｏ１．２９，Ｓｕｍ．Ｎｏ．１６７ Ｍａｙ．２０１１，Ｎｏ．３
太阳能辅助加热户用沼气池系统设计
陈志浦。蒙国睿
（燕山大学电气工程学院，河北秦皇岛０６６００４）
摘 要：沼气开发利用是发展可再生能源的重要选择，户用沼气是我国农村能源的重要组成部
分。文中介绍了沼气的产生原理及发展现状，针对北方寒冷地区冬季气温低，沼气产气少利用率低
问题，在调研常规保温增温方法的基础上提出了家用太阳能热水器辅助加热户用沼气池系统，并对
系统经济性进行了分析。
关键词：太阳能；沼气；户用沼气池；辅助加热；经济性分析
中图分类号：ＴＫ５１４：ＴＫ６文献标识码：Ａ文章编号：１００２～６３３９（２０１１）０３—０２４１—０４
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ Ｂｉｏｇａｓ Ｄｉｇｅｓｔｅｒ ｗｉｔｈ Ｓｏｌａｒ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｈｅａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ
ＣＨＥＮ Ｚｈｉ—ｐｕ，ＭＥＮＧ Ｇｕｏ—ｒｕｉ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｙａｎｓｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ ０６６００４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｉｏｇａｓ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｈａｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｓｔａｔｕｓ ｉｎ ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｅｎｅｒｇｙ ｆｉｅｌｄ．Ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ ｂｉｏｇａｓ ｉｓ ａｎ ｉｍ—
ｐｏｒｔａｎｔ ｐａｒｔ ｏｆ ｒｕｒａｌ ｅｎｅｒｇｙ ｉｎ Ｃｈｉｎａ．Ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｂｉｏｇａｓ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏ—
ｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｌｏｔｓ ｏｆ ｆｏｒｍｅｒ ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅｓ，ａ ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ ｂｉｏｇａｓ ｄｉｇｅｓｔｅｒ ｗｉｔｈ