沼气发电机冷却水预热沼气进料池系统的研究

摘要

随着经济全球化进程的加快和人口的不断增长,能源需求量与日俱增,能源危机已成为人们不得不面对的问题。因此,开发利用可再生能源,提高能源利用率对我国经济的可持续发展具有重要意义。生物质能源作为一种可再生的绿色能源,具有分布广、成本低、可直接利用、环境污染小等优点。沼气是生物质能源中利用最广泛的一种,目前大中型沼气工程所产沼气主要用来燃烧发电,沼气发电的热值利用率比较低,且散发的多余热量还加剧了温室效应的程度。因此,如何有效提高沼气的热值利用率是目前沼气研究中亟需解决的问题。
　　 针对这个问题,本文首先通过热平衡计算,论证了沼气工程通过回收发电系统的余热可加热沼气池达到中温发酵条件的可行性,然后研究设计了一种以发电机冷却水为热源的沼气进料液预热装置,并填加了基于单片机的自动控制功能来实现沼气工程自动供料。该系统的研究,不但可以降低中温发酵工程对其他燃料的需求,而且解决了沼气工程由于每日填加外界低温料液时造成的池内温度骤降而抑制产气率的问题,同时对于节约能源、保护环境起到了积极的作用。
　　 在这一设计中,系统热源和换热装置是系统能否成功的关键。本文先通过软件模拟,建立了冷却水箱、换热器和进料池之间的传热虚拟模型,针对冷却水热源的产热特点和进料池内的换热特征,考虑到内燃机冷却方式、整个系统控制的加热过程、进料池保温效果影响等因素,确定了比较合理的系统配置；然后通过试验对系统进行验证,介绍了试验系统设备的组成和平台的搭建过程,根据试验结果分析了料液温度、冷却水温度和换热器进水和出水口温差的变化情况,结果验证了系统的可行性；最后设计了基于单片机的自动控制系统,实现了加热和供料的自动控制。
　　 沼气发电机冷却水余热回收装置的开发,符合国家提倡的“节能减排,余热回收”精神。整个系统结构简单,成本低廉,经济可行性好。其在大中型发酵工程的成功应用,能够降低发电机的热能浪费,实现能源的循环利用,为企业及社会带来切实的经济效益。同时,为进一步实现发电机余热的综合利用,实现整个发酵系统的预热保温,奠定了试验基础,探索了新的出路。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 课题提出的背景

1.1.1 世界能源状况

1.1.2 沼气发展概述

1.2 课题提出及国内外的研究现状

1.2.1 课题提出

1.2.2 国外研究现状

1.2.3 国内研究现状

1.3 沼气产生率与温度的关系以及温度问题的主要解决办法

1.3.1 沼气产气率与温度的关系

1.3.2 常用的沼气池增温方法

1.4 本课题的研究内容和意义

1.4.1 研究内容

1.4.2 研究意义和创新点

本章小结

2 系统设计的基本原理方法及相关内容

2.1 沼气工程系统余热回收利用思路和热值计算

2.1.1 余热回收利用的思路方案

2.1.2 余热回收利用的热平衡计算

2.2 沼气发电机冷却水预热进料池系统的设计与冷却水路的改造

2.2.1 发电机冷却水预热进料池装置的设计

2.2.2 发电机冷却水路的构造和改造

本章小结

3 发电机冷却水预热进料系统的传热分析与仿真模拟

3.1 系统传热分析

3.1.1 对流换热

3.1.2 管、箱的热传导

3.1.3 管外壁和进料池对周围环境及换热器对进料池的辐射传热

3.2 基于计算机软件的仿真模拟

3.2.1 系统模型建立

3.2.2 系统材料选择

3.2.3 系统模拟结果

本章小结

4 试验检测与结果分析

4.1 试验平台的组建

4.2 试验数据的获取方法

4.2.1 试验仪表的选择

4.2.2 基于LabVIEW数据采集程序的平台搭建

4.2.3 基于LabVIEW数据采集程序的软件设计

4.3 试验结果分析

4.3.1 进料液温度变化曲线

4.3.2 发动机冷却水增温过程与进料池增温量的关系

4.3.3 换热器进、出水口温差变化与进料池增温的关系

4.3.4 试验与模拟结果比较

本章小结

5 自动供料装置的设计

5.1 供料过程

5.2 供料装置设计

5.3 主要硬件电路设计

5.4 主要程序设计

本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录