基于热管理器的太阳能加热高效制取沼气系统的设计与分析

沼气作为一种可再生能源,在世界各地得到了快速发展。在我国,农村人口占大多数,在农村中发展沼气项目具有得天独厚的优势。它不仅能够解决农村生活用能的问题,还能够保护环境,增加农民经济效益。总之,大力发展沼气是实现能源和经济可持续发展的有效途径之一。 我国北方地区,受寒冷气候影响,沼气发酵温度低,甚至出现冬季池体冻裂的现象,影响了沼气池的连续运行,降低了沼气池产气率。针对这一问题,本文研究利用太阳能加热系统,提高沼气池温度。同时,针对太阳能利用过程中热源温度随时间变化的问题,本文将热管理器应用到沼气池加热系统中,以稳定加热过程中的太阳能热负荷,使沼气池温度保持在高效发酵温度范围内。 本文以青岛某规模养猪场为基础,对基于热管理器的太阳能加热高效制取沼气系统进行了设计计算：根据养殖场基本数据设计了容积为94m3的沼气池；在最不利天气条件下计算了94m3的沼气池在高温发酵时总的热负荷和太阳能集热器面积,以及热管理器的相关参数；计算了沼气池加热系统的加热面积,设计了沼气池内部加热器结构及安装方式。 对利用热水加热的沼气池内部热传递过程进行了数值模拟,沼气池内布置螺旋盘管换热器。利用Fluent软件模拟了在重力影响下螺旋盘管换热器加热过程中沼气池内料液的温度分布特性,研究了两种螺旋盘管换热器布置方式对温度场的影响。模拟结果显示分段布置的螺旋盘管换热器比单层布置的螺旋管加热速度更快。建议采用液体搅拌方式,使沼气池内部料液温度分布更加均匀,提高沼气产气率。 本文提出的基于热管理器的太阳能加热系统对我国北方高寒地区的沼气池设计修建有一定的参考价值。