太阳能加热沼气反应装置的设计及参数选择2008年8月农机化研究第8期太阳能加热沼气反应装置的设计及参数选择丁羽,.(1.沈阳农业大学,沈阳110161;2塔里木大学农业工程学院,新疆阿拉尔843300)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.关键词:太阳能;沼气反应器;自动加热;产气率:$216.4文献标识码:A:1003—188x(2008)08—0069—030引言酵的工艺中,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].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,产气量显着降低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,它的利用范设与环境建设于一体的,具有显着的经济,社会与生态等综合效益,符合可持续发展的战略.1太阳能加热恒温系统的组成及工作原理收稿日期:2007—10—24基金项目:新疆生产建设兵团科委资助项目(~HJ46)作者简介:丁羽(1974一),男,新疆哈密人,塔里木大学副教授,沈阳农业大学在读硕士,(E—mail)dyandlsl@sohu.eom.太阳能加热恒温系统的结构示意图如图1所示.本系统主要由太阳能热水器,热水缓冲器,螺旋式换热器,自动控制系统(温度传感器,交流触电器,温控能是为中温发酵的沼气反应罐进行加热,发酵的温度设定为35±0.2.当反应罐内的温度小于设定温度时,由温度传感器反馈到温控箱,从而开启循环泵,促使热水缓冲器中的热水流经反应罐中的螺旋管式换热器进行循环,对液料进行加热,提升反应罐内的温度;当反应罐内的温度达到设定温度时,再由温度传感器反馈到温控箱,从而关闭循环泵,循环终止.热水缓冲器的主要功能是为了控制进入螺旋换热引起局部污泥温度过高以及螺旋罐外壁结壳,通过热水缓冲器将进入螺旋管中的温度控制在60cc±2cc.热水缓冲器的工作原理分为两个循环.热水缓冲器的温度高于62cc时,其循环路线为:热水缓冲器一循环泵一阀3一螺旋换热器一阀4一电磁阀3一热水缓冲器此时,电磁阀1与电磁阀2关闭,切断与太阳能热水箱的循环;电磁阀3打开,循环水直接通过热水缓冲器进行循环,促使热水缓冲器中的温度降低.热水缓冲器的温度低于58时,其循环路线为:热水缓冲器一循环泵一阀3一螺旋换热器一阀4一电磁阀2一太阳能热水器一电磁阀1一热水缓冲器2008年8月农机化研究第8期此时,电磁阀1与电磁阀2打开,联通与太阳能热水箱的循环;电磁阀3关闭,从而促使热水缓冲器温度升高.太阳能水箱中的温度低于40℃时,关闭循环泵,避免循环泵长时间连续工作,节省电能.2系统主要参数的计算图1太阳能加热系统的结构组成示意图该计算主要是确定单位时间与单位面积的螺旋管换热器和向反应液料传递的热量,以此来确定加热升定律及串联热阻的叠加原理,计算换热器的热流量Q,其计算公式为1Q.()十m+式中A.一螺旋管外壁表面面积(m);一螺旋管外流体温度(℃);一螺旋管内流体温度(℃);di一螺旋管的内径(m);d.一螺旋管的外径(m);A一螺旋管壁的导热系数;i一螺旋管内热水与螺旋管壁的散热系数;.一螺旋管外壁与发酵液料的换热系数.用加热液料所需的总热量除以单位时间的热流量Q,即可计算出当液料温度发生变化时所需的加热时间.如果加热时间过长,就必须增加螺旋管的长度或者热水的温度,使液料能在很短的时间内回到正常的温度,以此来确保发酵的正常进行.根据能量守恒定律,反应...