利用太陽能強化穩定沼氣產量的方法及裝置的製作方法

2023-08-04 20:26:11

專利名稱：利用太陽能強化穩定沼氣產量的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬利用太陽能強化穩定沼氣產量的方法和裝置。
背景技術：
沼氣是一種性能優良的清潔燃料，不僅原料來源豐富、價格低廉，而且具有燃燒熱效率高、成本低、綠色、低汙染、可再生、抗爆性能好的特點，是一種優質生物質能源，在世界上受到了越來越多的關注。但是，有關研究發現在厭氧消化過程中，沼氣池內的發酵溫度是影響沼氣產氣率的關鍵因素之一。實驗證明，厭氧發酵的最適合溫度是在中溫 380C )或高溫(46°C 60°C )階段，並且不同發酵物質的最適宜發酵溫度不同。沼氣的產量會隨著季節和溫度的變化而有較大變化。同時，若沼氣池溫度變化超過3°C，產氣量也會發生明顯變化。因此，必須尋求一種可維持沼氣池內溫度穩定在最適宜厭氧發酵範圍內的方法，以強化穩定沼氣產氣量。中國大部分地區的沼氣工程越冬較為困難，主要問題是在冬季沼氣產量驟降，厭氧發酵幾乎停滯。如果靠燃煤給沼氣發酵料液增溫是不經濟的。因此，近年已出現了利用太陽能加熱沼氣發酵液的技術。但是，由於沼氣發酵罐內環境複雜、惡劣，罐內的換熱裝置面臨著腐蝕、結垢和微生物寄生等問題，使加熱效率越來越低、換熱裝置壽命短、被太陽能加熱的水不能循環使用等；其中，換熱裝置結垢、微生物附著是導致整個系統加熱效率降低的主要原因，必需解決這些問題以求實現沼氣生產的高產和穩產。

發明內容
本發明要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種生產穩定、產量高、效率高能耗低的利用太陽能強化穩定沼氣產量的方法及裝置。本發明以如下技術方案解決上述技術問題本發明利用太陽能強化穩定沼氣產量的方法，由沼氣發酵罐內的換熱器、太陽能集熱器、保溫水箱、和循環水管道構成熱媒水的循環迴路，換熱器設置在沼氣發酵罐內部， 並固定在發酵液液面與罐底之間，其特徵是換熱器與保溫水箱之間有熱媒水循環泵；沼氣發酵罐內的換熱器帶有機械除垢裝置。所述的熱媒水為循環使用的去離子水。換熱器由兩根熱媒匯流總管、兩根支管和若干根與熱媒匯流總管垂直的換熱管組成；機械除垢裝置由可沿換熱管表面移動的除垢環組件及驅動除垢環組件移動的動力傳遞機構組成；其中機械除垢裝置的主要除垢部件為多個除垢環組件，除垢環組件上部的環狀部分分別套在各根相互平行的換熱管上、並可以同時沿換熱管的外表面接觸摩擦平移，各除垢環組件的頂部與一連杆固定連接，下端與鏈條鉸接並可由鏈條帶動平移；驅動除垢環組件移動的動力傳遞機構有電動機、減速機、傳動軸和由一個鏈輪、兩個導鏈輪及鏈條組成的鏈輪組，兩個導鏈輪的輪軸分別與兩根熱媒匯流總管固定連接；
各除垢環組件的下部可依託固定的導軌穩定地移動。熱媒水循環管道均做保溫處理，鏈條和鏈輪均為不鏽鋼材質。本發明的有益效果①可實現熱媒水循環使用，節約用水。②使用機械除垢裝置後，消除了與發酵液接觸的加熱部件換熱管的結垢問題，提高了整個系統的加熱效率，延長了整個系統的使用壽命。③利用太陽能給沼氣發酵罐提供必要的能量，保持沼氣發酵所需要的溫度，促進發酵進行，使冬季沼氣產氣量顯著提高，與夏季產氣量相當。保證了沼氣發酵罐四季產氣量穩定，提高了沼氣發酵工程的利用率，節省能源。


圖1為本發明利用太陽能強化穩定沼氣產量的方法及裝置流程圖。圖2為本發明利用太陽能強化穩定沼氣產量方法所用機械除垢裝置的結構示意圖。本圖為圖1的機械除垢裝置的左視圖。圖中1-太陽能集熱器，2-保溫水箱，3-熱媒水循環泵，4-換熱器，5-沼氣發酵罐，6-電動機，7-減速器，8-傳動軸，9-鏈輪，10-鏈條，11-導鏈輪，12-導軌，13-除垢環組件，14-換熱管，15-熱媒匯流總管。
具體實施例方式本發明包括太陽能加熱系統和機械除垢裝置兩部分，下面結合附圖對本發明作進一步的說明。太陽能加熱系統部分太陽能加熱系統包括由沼氣發酵罐內的換熱器4、太陽能集熱器1、保溫水箱2、循環泵3以及熱媒管道所構成的循環迴路。換熱器4設置在沼氣發酵罐5內部，並固定在沼氣發酵罐5內發酵液液面與罐底之間，其特徵是換熱器4與保溫水箱2之間有熱媒水循環泵3，並且沼氣發酵罐內的換熱器帶有機械除垢裝置。太陽能加熱系統依靠集熱器1與保溫水箱2中水溫不同產生的密度差進行溫差循環。在自然對流循環狀態下，循環管路內的熱媒水從集熱器1所獲取的熱量，先後通過保溫水箱2和換熱器4把熱量傳給發酵罐內的沼液。換熱過後的熱媒水再循環回集熱器1獲取太陽能量。當自然對流循環過慢的時候，可啟動循環泵3即可進入強制對流循環，加快整個系統的加熱效率。所述的熱媒水為循環使用的去離子水。熱媒水循環管道均做保溫處理。所述的換熱器由兩根熱媒匯流總管15、兩根支管和若干根與熱媒匯流總管垂直的換熱管組成。機械除垢裝置部分安裝在沼液液面以下的換熱器，會面臨結垢和微生物寄生等問題。換熱管結垢不僅影響換熱管的傳熱效率，而且還會腐蝕管材。本發明的機械除垢裝置可達到較好的除垢效果電動機6和減速器7安裝在發酵罐外，電動機6經減速器7、傳動軸8、鏈輪9、鏈條 10、導鏈輪11和相關的連接機構，將動力輸送給除垢環組件13，除垢環組件13運動摩擦換熱管14的外表面，去除換熱管表面的沉積物和汙垢。當除垢環組件13到達最左端或最右端的時候，電動機反轉運行，除垢環組件反向平移繼續去除換熱管表面的沉積物和汙垢。機械除垢裝置由可沿換熱管表面移動的除垢環組件13及驅動除垢環組件移動的動力傳遞機構組成；其中機械除垢裝置的除垢部件主要是多個除垢環組件，除垢環組件上部的環狀部分分別套在各根相互平行的換熱管上、並可以同時沿換熱管的外表面接觸摩擦平移，各除垢環組件的頂部與一連杆(圖中未畫出)固定連接，下端與鏈條10鉸接並可由鏈條帶動平移；驅動除垢環組件移動的動力傳遞機構有由一個鏈輪9、兩個導鏈輪11及鏈條10組成的鏈輪組，兩個導鏈輪的輪軸分別與兩根熱媒匯流總管15固定連接。各除垢環組件13的下部可依託固定的導軌12穩定地移動。所述的鏈條和鏈輪均為不鏽鋼材質。實施例對一個體積為50m3的發酵罐進行改造，裝上本發明的太陽能加熱系統和除垢裝置。太陽能集熱器1採用四塊1000X2000X65真空管型集熱器串聯連接，每塊集熱器有效集熱面積1.96m2。循環管路採用為Φ59Χ4.5的碳鋼鋼管。換熱器採用不鏽鋼管，換熱器規格為4000 X 3500 X 55，有效換熱面積約4. 6m2。試驗在12月份的廣西進行，當天氣溫6 13°C，晴間多雲。實施過程中，在自然對流循環狀態下，循環管路內獲得約60°C左右的熱媒水。沼氣池發酵沼液的溫度得到明顯提高，發酵沼液溫度在M 30°C範圍內浮動。經過換熱管出來的熱媒水溫在32 37°C左右，隨後再循環回集熱器1獲取太陽能量重新被加熱，循環往復地給沼氣池的發酵層加熱。 當自然對流循環過慢的時候，啟動循環泵3進入強制對流循環，提高整個系統的加熱效率。 在強制對流循環狀態下，發酵沼液溫度在27 34°C範圍內浮動。經過換熱管出來的熱媒水溫在32 39°C左右。實施完畢後，同期數據統計表明該沼氣罐改造後的日產氣量比改造前的日產氣量增加了 20 45%。在上述實施過程中，安裝在換熱器4上的機械除垢裝置每隔2個小時進行一次除垢作業。實施試驗差不多一個月後，發現換熱管表層結垢性物質及附著物很少，不鏽鋼金屬光澤仍然可見，表面機械除垢裝置達到較好的除垢效果。
權利要求
1.一種利用太陽能強化穩定沼氣產量的方法，由沼氣發酵罐、太陽能集熱器、保溫水箱、和換熱器與熱媒水循環管構成熱媒水的循環迴路，換熱器設置在沼氣發酵罐內部，並固定在發酵液液面與罐底之間；其特徵是熱媒水循環泵旁接在換熱器與保溫水箱之間；換熱器帶有機械除垢裝置。
2.如權利要求1所述的利用太陽能強化穩定沼氣產量的方法，其特徵是熱媒水為循環使用的去離子水。
3.如權利要求1所述的利用太陽能強化穩定沼氣產量的方法，其特徵是換熱器由兩根熱媒匯流總管、兩根支管和若干根與熱媒匯流總管垂直的換熱管組成。
4.如權利要求1所述的利用太陽能強化穩定沼氣產量的方法，其特徵是熱媒水循環管道均做保溫處理。
5.一種利用太陽能強化穩定沼氣產量的方法所用的裝置，其特徵是機械除垢裝置由可沿換熱管表面移動的除垢環組件及驅動除垢環組件移動的動力傳遞機構組成；其中機械除垢裝置的除垢部分有由一個鏈輪、兩個導鏈輪及鏈條組成鏈輪組，兩個導鏈輪的輪軸分別與兩根熱媒匯流總管固定連接；多個除垢環組件上部的環狀部分分別套在各根相互平行的換熱管上並可沿換熱管的外表面接觸摩擦平移，各除垢環組件的頂部與一連杆固定連接；下端與鏈條鉸接並可由鏈條帶動平移。
6.如權利要求5所述的利用太陽能強化穩定沼氣產量的方法所用的裝置，其特徵是各除垢環組件的下部可依託固定的導軌穩定地移動。
7.如權利要求5所述的利用太陽能強化穩定沼氣產量的方法所用的裝置，其特徵是鏈條和鏈輪均為不鏽鋼材質。
全文摘要
一種利用太陽能強化穩定沼氣產量的方法及裝置，由沼氣發酵罐、太陽能集熱器、保溫水箱、換熱器與熱媒水循環管構成熱媒水的循環迴路，換熱器設置在沼氣發酵罐內部，並固定在發酵液液面與罐底之間，其特徵是熱媒水循環泵旁接在換熱器與保溫水箱之間；換熱器帶有機械除垢裝置。機械除垢裝置由可沿換熱管表面移動的除垢環組件及驅動除垢環組件移動的動力傳遞機構組成；其中機械除垢裝置中多個除垢環組件套在各根換熱管上並可沿換熱管的外表面平移。用本發明的方法和裝置可實現熱媒水循環使用，消除了換熱管的結垢，提高了加熱效率，保證了沼氣發酵罐四季產氣量穩定，延長了使用壽命。
文檔編號C12P5/02GK102559775SQ20121006113
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月9日 優先權日2012年3月9日
發明者盧朝霞, 唐興中, 李宏君, 楊茂立, 梁景, 田宗義, 粟滿榮, 莫宇飛, 藍明新, 謝雲果, 趙鍾興, 黃福川 申請人:廣西大學