摘 要

随着沼气工程的发展，农村中体积为8 m³的户用型沼气已经不能够处理如此庞大的秸秆量。因此单罐超过2000 m³的大型和超大型沼气工程已经有足够的条件来建设。

然而大中型沼气工程并不能像户用沼气工程那样样进行小作坊式的生产，因此工业化生产则是大中型沼气工程的要求之一。但由于季节和气候的原因，沼气发酵的效率是波动的，罐外加热便是维持发酵的重要手段。罐外加热可以使沼气工程摆脱对气温的依赖，能够在冬季和极端天气中持续产出沼气。本文建立了沼气发酵罐散热模型，通过基础数据即可计算出每日散热量及发酵罐温度的变化情况，并通过散热量可得到罐外加热热量需求和有关沼气工程的成本的一些结论。内容及结论如下：

1.本课题涉及到大中型沼气工程的罐外加热的计算，采用了实验测量和理论计算的方法，获取一些基础数据。在通过基础数据对发酵罐的热损进行建模，进而计算来预测和优化大中型沼气工程在全国各个温度区和各个季节下的散热和罐外加热的问题。从而为达到能量的最优利用提供了参考。

2.从数据的趋势来看，其他条件不变时，发酵罐半径越大、体积越大时，其每日散热量越大，但每日温度下降越少。也就是说：一定条件下，发酵罐越大，每日温度下降越少，其加热成本越低，越有利于降低沼气工程总体的运行成本。所以，建设大型的沼气工程有利于降低成本。

3. 建设沼气工程的最适宜温度带是热带，四季平均气温较高的温带也可以建设。由于寒带气温较低，如若建设沼气工程，其一年四季都要进行加热，成本肯定会很高，故不适宜建设。

关键词：大中型沼气工程 罐外加热 热损 工艺设计 热力学

Large biogas tank of heating technology design

ABSTRACT

With the development of biogas projects in rural areas in a volume of 8 m³ of household-type biogas is not able to handle such a large amount of straw. Therefore, a single tank more than 2000 m³ of large and very large biogas projects have enough conditions to build.

However, large biogas households did not like the kind of small workshop-style production of biogas, so the industrial production is one of the requirements of large biogas. However, due to seasonal and climatic fluctuations in methane fermentation efficiency and important means of maintaining outer fermentation tank is heated. Tank of heating makes biogas from dependence on temperature, gas output can be sustained in the winter and extreme weather. This paper established a biogas fermenter cooling model, it can be calculated by the underlying data changes daily amount of heat and the temperature of the fermentation tank, through the heat and the amount of available tank of heating heat demand and some conclusions about the biogas project costs. The content and conclusions are as follows:

1. The issue relates to a computer outside of the tank heating large biogas, using the method of experimental measurements and theoretical calculations, and get some basic data. In the fermentation tank heat loss through basic data modeling, and then to calculate the prediction and optimization of large biogas tank in the heat and the country in various temperature zones and each season under external heating problems. So as to achieve the optimal use of energy provides a reference.

2. From the trend data, ceteris paribus, the larger the radius of the fermenter, while the larger size, the greater the amount of heat per day, but fewer daily temperatures drop. That is: Under certain conditions, the greater the fermentation tank, the less the daily temperatures drop, the lower their heating costs, the better to reduce the overall operating costs of biogas projects. Therefore, the construction of large-scale biogas project will help reduce costs.

3. The optimum temperature with the construction of biogas projects in the tropics, the higher the average temperature of the temperate seasons also can build. Due to the low frigid temperatures, should the construction of biogas project, which should be carried out throughout the year heating costs will certainly be very high, it is not appropriate construction.

Key Words: Large and medium-sized biogas projects; Outside the cylinder heating; Heat loss; Process design; Thermodynamics

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 前言 1

1.2 我国沼气工程的现状 1

1.2.1 沼气工程的定义 1

1.2.2 沼气工程规模划分 1

1.2.3 我国沼气工程分布现状 2

1.3 我国沼气工程存在的问题 3

1.3.1 原料的获得和沼气工程的成本 3

1.3.2 沼气工程的技术和管理 4

1.3.3 反应器的增温保温 5

1.3.4 政策补贴的不可持续性 5

1.4 课题的主要内容、要求和意义 6

1.4.1 课题的主要内容和要求 6

1.4.2 课题的意义 6

1.5 本文研究思路 6

第二章 沼气反应器及加热需求模型 8

2.1 引言 8

2.2 沼气反应器简介 8

2.2.1 固定半球沼气池简介 9

2.2.1 浮鼓沼气池简介 10

2.3 加热需求模型 10

2.3.1 简介 10

2.3.1 简单的加热需求模型^[16] 11

加热原料的热量消耗 11

2.4 本章小结 12

第三章 计算数据及设计结果 13

3.1 计算的基础数据 13

3.2 沼气工程模型计算 13

3.3 本章小结 19

第四章 结论与展望 20

4.1 结论 20

4.2 展望 20

参考文献 22

致 谢 24

第一章 绪论

1.1 前言

随着1978年改革开放的开始，中国的经济开始快速发展。与此同时，能源的消耗也进入了快速增长的阶段。从2002年开始，中国的能源消耗总量便居于第二，仅次于第一名美国。据国家统计局2014年数据，我国的能源消耗总量为426000.00万吨标准煤，已经成为世界第一能源消耗大国。

但是，随着能源消耗量的增加，能源消耗的结构性问题也日益凸显。我国能源消费大多依赖石油和煤炭^[1]，风电、水电、核电等清洁能源只能占很小的一部分。如此大量的化石能源的消耗，不仅加剧了我国的环境污染，也产生了大量的温室气体，对我国节能减排造成了巨大的困扰。为了应对我国对化石能源的依赖，发展清洁能源刻不容缓，发展沼气工程便是寻求清洁能源的一个重要组成部分。

1.2 我国沼气工程的现状

1.2.1 沼气工程的定义

根据中华人民共和国农业部发布的中华人民共和国农业行业标准NY/T 667-2011，沼气工程的定义为：采用厌氧消化技术处理各类有机废弃物（水）制取沼气的系统工程。

配套系统主要有发酵原料的预处理系统，进出料系统，回流、搅拌系统，沼气的净化、储存、输配和利用系统，计量系统，安全保护系统，监控系统，沼渣、沼液综合利用或后处理系统。其中原料的预处理系统包括收集、沉淀、水解、除沙、粉碎、调节、计量和加热等。

1.2.2 沼气工程规模划分

沼气工程的规模按照以下指标划分：（1）沼气工程的每日生产沼气量，（2）厌氧消化装置的容积，（3）配套系统等。总体而言，沼气工程可分为小型、中型、大型和特大型等四种规模。其中指标（1）和指标（2）作为划分的必要以及主要条件，而厌氧消化装置的单体容积和指标（3）等则作为次要条件。

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