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
ｓｏｌａｒ ａｓｓｉｓｔｅｄ ｈｅａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｏ ｒａｉｓｅ ｂｉｏｇａｓ ｄｉｇｅｓｔｅｒ’Ｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｉｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｔｏ ｔｈｅ ｌｏｗ
ｒａｔｅ ｏｆ ｂｉｏｇａｓ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ ｗｉｎｔｅｒ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｌｏｗ ａｉｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．ａｎｄ ｔｈｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ａｎａｌｙ—
ｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｍａｄｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｏｌａｒ ｅｎｅｒｇｙ；ｂｉｏｇａｓ；ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ ｄｉｇｅｓｔｅｒ；ａｓｓｉｓｔｅｄ ｈｅａｔｉｎｇ；ｅｃｏｎｏｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ
０ 引言
为了缓解能源问题，世界各国都在积极研究开
发新能源，特别是可再生能源太阳能、生物质能、核
能、氢能、地热能、风能、潮汐能等…。沼气是一种
高热值、高品位的能源，它是合理利用、多次利用和
综合利用生物质能的最有效形式 。我国做为一
个发展中的农业大国，一直非常重视沼气的应用，经
过几十年的发展，沼气已成为我国农村能源的重要
组成部分，但沼气在应用中存在一定问题，尤其是冬
收稿日期２０１０—１１—１０ 修订稿日期２０１０—１２一ｌ６ 作者简介：陈志浦（１９８８一）男，学士，研究方向：测控技术与仪器。 季寒冷地区产气量低的问题，严重制约了农村户用
沼气技术的发展及推广。本文对沼气产气原理及应
用现状进行了介绍，并对沼气应用中存在的问题进
行分析，在大量文献调研的基础上提出了利用太阳
能辅助加热户用沼气池的设想，并对系统原理、经济
性进行了分析。
ｌ 沼气的产气原理及应用
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。
沼气原料来源广泛，成本低廉，生产工艺比较简单，
不仅能用于燃烧和照明，还可以作为燃料用于发电，
无论在发达国家还是在发展中国家均得到高度重视。
．２４１・
表１农村户ｌｌｌ，ｉｌ气发展现状
询
｜｝Ｌ
增
温度，℃ 图１ 温度对产气率的影响
沼气发酵影响因素众多，综合来讲主要有以下
几个方面，严格的厌氧环境，合适的温度，中性至微
碱性ｐＨ值，适量的接种物，充足的发酵原料及适时
的搅拌。发酵温度是影响沼气产气的重要因素，根
据发酵温度不同可以分为高温发酵、中温发酵、低温
发酵和常温发酵。在我国农村，沼气池发酵温度随
一年四季气温的变化而变化，属于常温发酵，沼气产
气率变化很大，试验表明，当池温在１５％以上时，沼
气发酵才能较好地进行，产气率为０．１～０．２ ｍ ／
（ｍ ・ｄ），温度在２０℃以上时，产气率可达０．４～０．５
ｍ ／（ｍ ・ｄ）。图１是沼气发酵温度对产气率的影响
曲线，产气量是以每立方米池容中温厌氧消化在
３５ｑＣ时等于１００ Ｌ换算 。
在我国北方地区冬季寒冷漫长，气温、地温较
低，沼气的产气率低，无法满足农户需求，农户不得
不烧柴灶或使用其他燃料炉灶，从而导致冬季农村
沼气池的应用存在大量闲置问题，极端寒冷时期，甚
至在冬季会出现冻裂沼气池的现象，造成沼气池停
用，直接影响了沼气在农村中的推广。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。
２沼气增温的主要措施
寒冷地区沼气池的增温是沼气研究领域一个热
点，国内外学者均进行过相关研究，目前已有的沼气
保温增温措施主要有以下几种。
２．１沼气池保温技术 Ｊ
隔热材料保温法，在地底、池四周加保温、隔热
材料，中断沼气池与大地的热传导通道。保温材料
．２４２． 有秸秆、草类、池面堆肥或者加厚土层、绝缘酯发泡
材料等，该技术只能延缓料液降温的速度，在冬季极
端寒冷时期不能保证沼气工程运行，且秸秆稻草类
保温效果较差，绝缘酯发泡材料等在经济性防水性
等方面还有待进一步改进。
塑料薄膜覆盖法，将塑料薄膜覆盖在沼气装置
的上面，再结合周围覆盖柴草的办法来进行保温，在
北方偏远地区应用较多，但效果不明显。
玻璃钢沼气池，采用玻璃钢作为材料结合绝缘
酯发泡等材料进行保温，建造的沼气池在强度、密封
性、现场施工及保温方面性能均有所改进，但沼气池
建造成本较高，在农村户用沼气推广上具有一定
局限。
２．２沼气池增温技术
塑料暖棚增温技术，结合了蔬菜大棚的保温特
点，利用太阳能为系统提高温度。在晋南地区具有
良好的应用实例，但是在北纬４０。以北地区，要想实
现全年高效产气就需要刘‘。该模式作进一步完善。崔
景峰等，建立了太阳能温室加热系统，但该系统需配
建塑料大棚，系统整体占地较大，推广受到当地实际 条件限制 ” 。
燃料燃烧加热，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、秸杆废弃物的
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
性不高。
哈尔滨工业大学赵金辉＿ 等，建立了太阳能沼
气锅炉联合加热沼气池系统，系统污染小，以ｆｉ４耗一
部分沼气为代价对沼气池发酵温度进行维持，系统
适于大中型沼气工程。
哈尔滨工业大学严静 引等，提出了太阳能加热
制取沼气的思路，即利，｝＿Ｈ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，提高池温。 论文建立了试验台，对系统可靠性及可行性进行初
步验证，系统盘管位于沼气池底部，随着沼气池使
用，下部沉渣堆积势必会在盘管外壁造成结垢，将严
重影响系统换热效果。
兰州理工大学武磊 ，设计了采用太阳能加热
厌氧发酵装置，进行了冬季气候条件下的太阳能沼
气发酵装置产气性能试验。结果显示，该装置可以
在冬季气候条件下使发酵罐内料液温度维持在
２５℃左右。装置有太阳能集热板、储热水箱、沼气
池及相关管路组成，系统设备较为复杂，储热水箱设
置对农村户用系统不现实。
西北农林科技大学王晓超¨ 等，设计了太阳能
热管加热沼气系统。
综上所述，传统的沼气池增温方法仍以秸秆、化
石燃料燃烧为主，结合稻草等保温材料达到增温目
的，热能转化率低，污染大，已不适应沼气的发展要
求。利用太阳能热水器来收集太阳能，为沼气池供
热增温是较好的选择。目前已有的太阳能加热系统
较多的偏注于大中型沼气工程，系统较为复杂、成本
较高，立足于农村户用沼气系统的加热措施研究
较少。
为此本文提出了一种带搅拌的、基于家用太阳
能热水器的沼气加热系统，即利用家用太阳能热水
器生产热水，通过设置在沼气池内的换热器来加热
沼液，同时对沼气池进行保温，减少散热。系统在冬
季提高户用沼气的产气率，在夏季供应农民生活热
水，实现两种可再生能源相结合，具有良好的经济和
环境效益。
太阳能辅助加热沼气系统
３．１ 系统组成
系统由保温沼气池、家用太阳能热水器、控制
柜、位于沼气池内的加热盘管与搅拌装置、循环水
泵，以及必要的水管路配件和温度传感器等组成。
系统构成示意图如图２。在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，在夏季太阳能热水器仅提供用户
正常洗浴用水。
图２太阳能加热户用沼气池系统构成不意图
３．２系统运行原理
冬夏季控制转换，通过设定开关进行人工控制，
夏季家用太阳能热水器与沼气池分开独立运行，冬
季联合运行。冬季工况系统运行主要控制如下。系
统中控制温度均可根据各地区实际情况进行单独
设置。
（１）温差循环
太阳能热水器通过温差跟踪循环控制方式保证 系统达到最高效率、最大化采集太阳能量。家用太
阳能热水器水箱水温 大于沼气池水温 达到
１５￣Ｃ时，循环水泵启动，同时搅拌电机启动，把集热
器的热量换给沼气池的水， 与 差值达到５￣Ｃ
时，循环水泵和搅拌电机延时１ ｍｉｎ后停止工作。
当沼气池温度高于２５ｃｃ时，循环强制停止。
（２）防冻循环
考虑到北方地区冬季气温低，太阳能水管系统
存在冻结危险，为防止冬季热水循环管道在停止运
行期间被冻，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。特殊极端天气可以采取集热系统排空方式
防冻。
（３）自动补水
因系统为开式系统，根据设定当太阳能集热器
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经济性
传统的应用模式中家用太阳能供应洗浴热水，
冬天太阳能集热水温较低，不能满足正常洗浴要求，
在极端寒冷或长时间不用情况下为防止管路冻结将
太阳能放空闲置，同时冬季沼气池温度较低，不产气
或产气不足，也处于闲置状态。系统是将已有的太
阳能热水器和沼气池集成的一种新装置，通过控制
模块将两者有机的结合在一起。相比于传统的应用
模式系统实现了太阳能与沼气的互补，充分发挥二
者优势。增加的设备包括：控制柜（内含控制模
块）、沼气池内的加热盘管和搅拌装置、沼气池内的
温度计、循环水泵和水管路等。批量生产的控制系
统，成本在１００元以内。加热盘管和搅拌装置，成本
随地区和使用材质的不同而不同，不锈钢盘管和小
电机、叶轮搅拌的生产成本约１ ０００元。循环水泵
户用沼气池课程设计
户用沼气池课程设计
一、课程目标
知识目标：
1. 学生能理解沼气的概念、产生原理及其在生活中的应用。
2. 学生能掌握户用沼气池的构造、工作原理及使用方法。
3. 学生能了解沼气池对环境保护和资源利用的重要性。
技能目标：
1. 学生能够运用所学知识，分析家庭生活中可利用的生物质资源。
2. 学生能够设计并简单搭建一个户用沼气池模型，了解实际操作过程。
3. 学生能够运用所学知识，解决户用沼气池使用过程中可能出现的问题。
情感态度价值观目标：
1. 培养学生关注环保，树立绿色生活、低碳环保的意识。
2. 培养学生团队协作、共同探究的精神，激发学生对科学技术的兴趣。
3. 培养学生将所学知识应用于实际生活，提高学生的实践能力和社会责任感。
课程性质：本课程为科学实践活动，结合学生所在年级，注重理论与实践相结合，以培养学生的实践能力、创新精神和环保意识为主旨。
学生特点：学生具备一定的科学知识基础，具有较强的求知欲和动手操作能力，但生活经验有限，对沼气池的了解较少。
教学要求：教师应注重启发式教学，引导学生主动参与，关注个体差异，提供实践操作机会，确保学生在实践中掌握知识，提高能力，培养情感态度价值观。通过分解课程目标为具体的学习成果，便于教学设计和评估。 二、教学内容
1. 沼气的概念与产生原理
- 沼气的定义、组成和性质
- 生物质发酵产生沼气的原理
- 沼气在生活中的应用
2. 户用沼气池的构造与工作原理
- 沼气池的类型与结构
- 沼气池的工作原理及使用方法
- 沼气池的优缺点及注意事项
3. 沼气池的设计与搭建
- 家庭生活中可利用的生物质资源分析
- 沼气池设计原则与方法
- 沼气池模型搭建实践操作
4. 沼气池的维护与管理
- 沼气池运行过程中常见问题及解决方案
- 沼气池的日常维护与管理方法
- 沼气池安全使用注意事项
5. 沼气池在环保和资源利用中的重要性
- 沼气池对环境保护的作用
太阳能玻璃钢沼气池的设计与性能试验
河北科技师范学院学报第２２卷第２期，２００８年６月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅｂｅｉ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．２２ Ｎｏ．２ Ｊｕｎｅ ２００８
太阳能玻璃钢沼气池的设计与性能试验
石 磊，郑玉才，邓春岩，陈立东，马淑英，张 亮，郑立新
（河ｊＥ科技师范学院机械电子系，河北秦皇岛，０６６６００）
摘要：沼气池内的温度对沼液发酵产气起着重要的作用。为了消除气候对发酵的影响，提高冬季沼气产量， 依据北方地区生产实践研究设计出一种新型太阳能玻璃钢沼气罐。结合目前国际上先进的玻璃钢罐螺旋工 艺技术，采用分体结构，并用太阳能热水循环系统提高玻璃钢沼气池的罐体温度。有效地提高产气率。 关键词：太阳能；玻璃钢；沼气池；热水循环系统｛设计 中图分类号：Ｓ５１１．０１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２－７９８３（２００８）０２－００５４－０４
沼气作为一种清洁能源，越来越为社会所接受，农村户用沼气池被作为新农村建设的重点工程，被
列入第十一个国民经济和社会发展五年规划纲要。目前推广的沼气池主要以混凝土沼气池结构为主， 存在建池周期长，建池质量难以得到保证，沼气池的产气率和原料利用率低，冬天难以实现正常产气，综 合性能不高等诸多问题－１ｊ，难于形成商品，成为形成和培育沼气产业的瓶颈，影响了沼气池的推广速
度。采用玻璃钢结构建造的沼气池，具有强度高、耐酸碱、抗老化、重量轻、无渗漏、施工简单等优
点ｌ２ ；虽然目前部分地区已经有了成型的玻璃钢沼气池产品，但都没有很好的解决北方冬季产气问
题。为此，笔者设计了一种具有太阳能热水循环加热系统的分体式玻璃钢沼气池，该沼气池由太阳能系 统和玻璃钢沼气罐体两部分组成，采用保温材料在罐体外设保温层，，罐体内壁嵌入ＰＶＣ导热管作为水
循环管路，利用风动力将太阳能热水不断循环到罐内，增加沼液温度，能较好的解决北方冬季产气问题。
太阳能加热沼气反应装置的设计及参数选择
太阳能加热沼气反应装置的设计及参数选择
丁羽
【摘 要】温度的变化影响着沼气反应装置的产气率和沼气的使用率.针对这一现象,设计了一种新型的沼气加热恒温系统.该系统使用太阳能加热,自动控制温度.为此,对该系统的组成和工作原理做了详细的阐述,并介绍了太阳能加热系统相关参数的计算方法以及对参数的合理选择.通过选择合理的参数,可以确保该系统稳定、高效地工作,提高能量的经济性,为本系统的加工与制造提供理论依据.
【期刊名称】《农机化研究》
【年(卷),期】2008(000)008
【总页数】3页(P69-71)
【关键词】太阳能;沼气反应器;自动加热;产气率
【作 者】丁羽
【作者单位】沈阳农业大学,沈阳,110161;塔里木大学,农业工程学院,新疆,阿拉尔,843300
【正文语种】中 文
【中图分类】S216.4
0 引言
温度是影响厌氧发酵的关键因素之一。在沼气发酵的工艺中，根据发酵温度的不同可分为常温发酵、中温发酵(30～38℃)和高温发酵(50～55℃)等3种厌氧发酵方式[1]。在不同温度下发酵，消化器中优势菌落是不同的，它们有其各自的适宜温度，而且对温度相当敏感。研究表明，温度突然上升或下降5℃，产气量显著降低[2]。目前，我国农村中的沼气发酵一般没有增温设施，发酵装置建在地下，发酵料液的温度随季节的变化受气温和地温的直接影响，波动较大，从而产气率的变化也较大，严重影响了人们对沼气的稳定需求。
太阳能是一种清洁的可再生能源，开发和利用太阳能,既不会出现大气污染，亦不会影响自然界的生态平衡，而且阳光所及的地方，都有太阳能可以利用。因此，太阳能以其长久性、再生性和无污染等优点备受人们的青睐。我国大部分地区位于北纬45°以南，太阳能资源丰富。
沼气是人类利用历史最悠久的能源，它的利用范围在不断扩大。太阳能和沼气的联合使用集能源建设与环境建设于一体的，具有显著的经济、社会与生态等综合效益，符合可持续发展的战略。
高效沼气反应装置的设计
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅｍａｉｎｔｅｃｈｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｈｉｇｈｌｙｅｆｆｅｃｔｉｖｅｂｉｏｆｉｌｍｂｉｏｇａｓｒｅａｃｔｏｒｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｍａｎｙｄｅｓｉｇｎｓｓｕｃｈａｓｔｈｅｄｅｖｉｃｅｓｆｏｒｓｔｏｒｉｎｇｍｅｔｈａｎｅａｎｄｆｅｒｍｅｎｔｉｎｇ，ｔｈｅｗｏｒｋｓｈｏｐｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｈｅｓｙｎｔｈｅｔ－ｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｓｏｆｉｎｐｕｔｔｉｎｇａｎｄｏｕｔｐｕｔｔｉｎｇａｎｄｍｉｘｉｎｇｔｈｅｓｔｕｆｆ，ｔｈｅｓｅｌｆ－ｈｅａｔｅｄｓｙｓｔｅｍａｔｃｏｎｓｔａｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗｅｒｅａｌｓｏｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｔｈｅｒｅｉｎｔｏ，ｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｓｙｓｔｅｍｂｏｔｈｒｅａｌｉｚｅｓｔｈｅｆｕｃｔｉｏｎａｎｄｓｉｍｐｌｉｆｉｅｓｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅｐａｒｔｉｃｕｌａｒｉｔｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｏｆｆｅｒｓｔｈｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｏｆｔｈｅｓａｍｅｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｉｏｇａｓ；ｒｅａｃｔｏｒ；ｐａｒａｍｅｔｅｒｄｅｓｉｇｎ０前言目前，我国大多数农村家用沼气池建在地下，属于常温发酵。受气温和地温的影响，沼气池产气量不稳定、产气率低，在冬季甚至停止产气［１］，［２］。针对这种情况，由黑龙江八一农垦大学工程学院和新疆塔里木大学组成的“畜禽粪便厌氧高效处理工艺及生物膜反应装置的研究”课题组，设计出了在地面上使用的具有自动加热恒温系统的沼气反应装置，成功地解决了上述问题。１总体设计１．１设计原则移动式自动加热恒温沼气反应装置的设计要满足以下条件：一是拆装、维修、移动方便；二是利用太阳能加热；三是能够自动控制加热温度；四是每天的产气量应满足一家至少３口人一天的用能需求；五是搅拌方便；六是进、排料液方便；七是冬季能正常高效产气。１．２总体方案移动式自动加热恒温沼气反应装置主要由自动加热恒温系统、水压间、贮气发酵间、进排料和搅拌综合系统、导气管、安全阀和其他附属部件等组成，其结构见图１。装料时，将进料管接到进料管接口上，关闭阀门７和５，打开阀门３和８，启动污泥泵，料液经污泥泵、主管Ａ和爪管进入贮气发酵间。当料液淹没布料器的时候，由于布料器的伞面是倾斜的，料液沿伞面在爪管的导流作用下，向四周流动，将料液均匀分布在贮气发酵间内。排料时，将排料管接到排料管接口上，打开阀门７和５，关闭阀门３和８，启动污泥泵，将料液排出。搅拌时，关闭阀门８和５，打开阀门３和７，启动污泥高效沼气反应装置的设计于海明１，周岭２（１．黑龙江八一农垦大学工程学院，黑龙江大庆１６３３１９；２．塔里木大学，新疆阿拉尔８４３３００）摘要：介绍了高效生物膜反应器的结构、主要技术参数和工作原理，设计了贮气发酵间、水压间、进排料和搅拌综合系统、自动加热恒温系统。其中，进排料和搅拌综合系统实现了进料、排料、搅拌及布料一体化，既实现了功能，又简化了结构，其独特性可供同行业参考。关键词：沼气；反应装置；参数设计中图分类号：Ｓ２１６．４；ＴＫ５１５文献标志码：Ａ文章编号：１６７１－５２９２（２００７）０１－００２０－０３
【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
２０１０年６月 农机化研究 第６期
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。
、 （１．西南大学工程技术学院，重庆４００７１５；２．重庆市北碚区水利农机局，重庆４００７００；３．重庆市农业科
学院农业工程研究所，重庆４０１ ３２９）
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。 关键词：沼气；太阳能；软体沼气池；增温 中图分类号：ｓ２１６．４；ｓ２１４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—１８８Ｘ（２０１０）０６－０２１３—０３
，、 ，。一 同时能够保证沼气发生器在较低的温度下正常产气。 ｕ ｊｌ置 系统示意图如图１所示。 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¨ 。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￣Ｃ之间。冬季气温较低，使池内
温度随之降低，如果低于ｌ０℃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 。
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 Ｊ。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
太阳能沼气池自动控制系统设计与仿真
２０１１年第３０卷第９期 传感器与微系统（Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ） １０９
太阳能沼气池自动控制系统设计与仿真
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：为解决北方地区由于冬季气温和地温低而产生的沼气池产气率低与使用率低等问题，建立了基 于渗流理论的三维导热控制模型，该模型将沼气池和周围土壤看成一个有机整体，通过分析和调控沼气池 周围土壤温度达到发酵液恒温的效果。设计了太阳能沼气池自动控制系统，利用太阳能集热系统加热料 液，并自动控制液料发酵温度在±２ ｏＣ范围内波动。采用Ｐｒｏｔｅｕｓ和Ｍａｔｌａｂ进行系统仿真，验证了控制模型 和系统的正确性。 关键词：太阳能；自动控制；沼气；系统仿真 中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－－９７８７（２０１１）０９－０１０９－０３
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｌａｒ ｅｎｅｒｇｙ ｍａｒｓｈ ｇａｓ ｔａｎｋ
ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ
ＬＩ Ｌｉ－ｌｉ，ＳＨＩ Ｗｅｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｘｉｎ １２３０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｌｏｗ ｇａｓ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｒａｔｅ ａｎｄ ｌｏｗ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｉｎ ｎｏｒｔｈｅｒｎ ｒｅｇｉｏｎｓ ｉｎ ｗｉｎｔｅｒ．Ａ ３ Ｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｅｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｐｅｒｃｏｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｍｏｄｅｌ，ｔｈｅ ｍａｒｓｈ ｇａｓ ｔａｎｋ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｓｏｉｌ ａｒｅ ｓｅｅｎ ａｓ ａｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｗｈｏｌｅ，ｉｔ ｍａｋｅｓ ｔｈｅ ｂｒｏｔｈ ｔｈｅｒｍｏｓｔａｔｉｃ ｂｙ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｒｏｕｎｄ ｔｈｅ ｍａｒｓｈ ｇａｓ ｔａｎｋ．Ａ ｓｏｌａｒ ｅｎｅｒｇｙ ｍａｒｓｈ ｇａｓ ｔａｎｋ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｕｓｉｎｇ ｓｏｌａｒ ｅｎｅｒｇｙ ｈｅａｔ—ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｔｏ ｈｅａｔ ｔｈｅ ｌｉｑｕｉｄ ｍａｔｅｒｉａｌ，ａｎｄ ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｑｕｉｄ ｍａｔｅｒｉａｌ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ±２℃．Ｉｔ ｓｉｍｕｌａｔｅｓ ｗｉｔｈ Ｐｒｏｔｅｕｓ ａｎｄ Ｍａｔｌａｂ ｔｏ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｏｌａｒ ｅｎｅｒｇｙ；ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｍａｒｓｈ ｇａｓ；ｓｙｓｔｅｍ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
太阳能集成高效沼气发酵系统设计课程设计报告
《太阳能集成高效沼气发酵系统设计》
The design of efficient solar energy
integrated system of biogas fermentation
课程设计报告
《化工设备机械基础》课程设计
2 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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3 作者签名： 日 期： 《化工设备机械基础》课程设计
4 学位论文原创性声明
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作者签名： 日期： 年 月 日
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沼气工程生物质能-太阳能互补供热系统优化设计
中国沼气Ｃｈｉｎａ Ｂｉｏｇａｓ ２０１８，３６（４）
沼气工程生物质能一太阳能互补供热系统优化设计
赵凯 ，冯晶 ，孟海波 ，李冰峰。，罗娟 ，于佳动 ，黄开明
（１．河北省新能源技术推广站，河北石家庄０５００２１；２．农业部农业废弃物能源化利用重点实验室，北京
１００１２５；３．农业部农业生态与资源保护总站，北京１００１２５）
摘要：为实现沼气工程生物质能 太阳能互补供热系统经济效益最大化，文章以华北地区５０００ ｍ ＣＳＴＲ厌氧消 化罐为实例，采用线性规划方法对该系统的关键参数进行优化。结果表明：该厌氧消化罐的散热量１月份最高，７
月份最低，分别为３３０．０２ ｋＷ和１３９．１８ ｋＷ。笔者使用生物质能一太阳能互补供热系统为该ＣＳＴＲ发酵罐供热，当
成型燃料锅炉功率为５０９．３ ｋＷ，太阳能集热器面积为１７７５．６ ｍ ，蓄热水箱容积为１０．４８ ｍ 时，折合年费用最低。
此时，初投资为１８７１６９６元，年运行成本为１６９７３６元，折合年费用２９４５１５元。初始投资中，太阳能集热器的投资比
例最大，占９４．９％；生物质颗粒燃烧器占４．０８％。运行成本中，生物质颗粒燃烧占７５．２６％。相比沼气热水锅炉、
生物质锅炉与太阳能加热系统，生物质能一太阳能互补供热系统初始投资与年运行费用较低，更适合于中小规模的
沼气工程，具有广泛的推广价值。
关键词：沼气工程；加热；生物质能．太阳能互补；优化
中图分类号：￥２１６．４；ＴＫ５１ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１０００—１１６６（２０１８）０４—００４４—０５
Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｂｉｏｇａｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｂｉｏｍａｓｓ Ｅｎｅｒｇｙ－Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｈｅａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ／ ＺＨＡＯ Ｋａｉ ，ＦＥＮＧ Ｊｉｎｇ ，ＭＥＮＧ Ｈａｌ－ｂｏ ，ＬＩ Ｂｉｎｇ．ｆｅｎｇ。，ＬＵＯ Ｊｕａｎ ，ＹＵ Ｊｉａ－ｄｏｎｇ ，ＨＵＡＮＧ Ｋａｉ－ｍｉｎｇ ／（１．
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。