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厌氧罐在沼气发电站中的热平衡与调节
- 2019-08-26 -

  沼气发电站主要由厌氧消化装置、发电装置和扶助加热装置组成,生物质原料在厌氧消化池中发酵时,需要一个恒温的环境,以保障沼气的均匀、连续生产,在较佳消化温度范围内,沼气产量和产气率达到较大。

  因此,厌氧消化池的温度平衡对电厂的运行起着重要的作用,本文对沼气发电厂厌氧罐的热平衡进行了计算,并对热平衡的调整方法进行了分析。

  从水箱到周围空气的对流换热将损失部分热量,为了保持发酵温度稳定,需要对厌氧消化池进行加热。为了简化罐内物料对空气的散热计算,假设罐内物料搅拌,每次进料及时与物料混合,罐内物料温度分布均匀。

  由于储罐的直径比壁厚大得多,可以将其简化为没有限度长的平壁,平壁两侧分别搅拌原料和流动空气,从内到外的热传递是原材料与罐内壁之间的对流换热,罐内的热传导与保温材料之间的对流换热,以及保温材料外壁与空气之间的对流换热。

  厌氧罐周围环境空气的计算温度和风速取自采暖、通风和空调的室外气象参数,其他物理参数取自NIST数据库,罐内原料的物理性质随鸭粪含量和消化工序的不同而变化,便于用水计算,搅拌速度为0.1m/s,而不是物理参数。

  来自发动机废热交换器的高温热水通过加热带将热量释放到油箱中的原材料。原材料与罐内壁之间的传热继续被视为大平板的对流传热,计算公式与散热方程相同。热水侧的换热被认为是管内的强制对流换热。

  通过对一年中不同季节的计算,发现由于夏季环境温度较高,热水没有对水箱进行加热,即qh=0,所获得的热量全由蒸汽加热供给。

  由此可见,在冬季和夏季,沼气发电厂厌氧罐的热平衡温度在30~35℃之间,处于厌氧消化的较佳消化温度范围,在典型的季节和冬季,输入能量为鸭粪,所产生的沼气全用于系统的沼气发动机,并终端输出电能。过渡季节厌氧消化温度接近40,由于加热量力恒定,散热量小,但不会对厌氧消化产生太多不利影响。此外,整个系统的运行模式保持不变,从工程角度和运行控制角度来看,这是一种适合的运行策略。

  沼气发电厂厌氧罐的热平衡决定了沼气生产的速度和产量。厌氧系统的稳定性和效率在沼气发电中起着重要作用,通过建立厌氧消化池加热系统的传热模型,计算了厌氧消化池加热系统在一个进料周期内的热增益和散热量,并对系统的终端结果进行了判断,无论稳定温度是否在较佳消化温度范围内,均能为厌氧罐加热系统提供调整措施,为沼气发电站的预设计计算提供可行的方法。