CN102297525A - 太阳能-沼液余热回收式热泵高温厌氧发酵加温系统与运行控制方法 - Google Patents

太阳能-沼液余热回收式热泵高温厌氧发酵加温系统与运行控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于新能源开发与节能应用领域，具体涉及一种太阳能-沼液余热回收式热泵高温厌氧发酵加温系统与运行控制方法。针对高温厌氧发酵高能耗、排放的沼液具有高热流和太阳能不稳定的特点，本发明基于余热回收利用、能源梯级综合利用和系统能效系数（COPs）的理念，采用螺旋盘管换热器回收沼液余热，全玻璃真空管集热器收集太阳能，中高温热泵机组提升低品位热源为高品位热，提出了可以实现太阳能直接加温、太阳能-中高温热泵二次加温、太阳能-中高温热泵加温式和沼液余热回收式热泵加温模式的高温厌氧发酵池加温系统。所提出的系统运行控制方法，解决了不同气候条件下各系统模式自动切换最优运行问题，以达到整个系统运行的经济、节能与环保，有助于快速推动高温沼气工程的发展与产业化进程。

Description

太阳能-沼液余热回收式热泵高温厌氧发酵加温系统与运行控制方法
技术领域
本发明属于新能源开发与节能应用领域，具体涉及一种应用于高温厌氧发酵中的太阳能-沼液余热回收式热泵加温系统与运行控制方法。
背景技术
随着经济的快速发展，能源安全、气候变暖、环境污染等问题日益严峻,使世界各国开始将目光聚集到新能源领域，积极探索可持续能源技术。沼气作为一种绿色清洁可再生能源具有极大的开发利用潜力。
近年来，我国沼气事业发展迅速，党中央、国务院高度重视农村沼气建设。2004年至2010年，连续7个中共中央一号文件都对加快农村沼气发展提出了具体要求；2006年安排支持农村沼气建设的财政资金超过15亿元，2008年户用沼气池65亿元，2009年在沼气项目建设管理和配套产品招标工作中新增130亿元。到2010年，我国户用沼气池达到4000万，规模化养殖场大中型沼气工程达到4700处，分别达到适宜总数的30%和39%。
沼气发酵对温度要求严格，在适宜的温度范围内才能达到较高的产气率，温度过低微生物活性降低，温度过高微生物失活，都会导致产气率降低，且对发酵池内日温度波动要求不大于3℃。沼气发酵温度可以分为常温发酵（10-26）、中温发酵(28-38)和高温发酵(46-60)三个阶段。对同一种沼气原料在35℃ 条件下一个月的沼气产气总量相当于15℃条件下12个月的产气总量；Borchardt JA、Cook EC和Owen WF的研究表明在水力停留时间为30至40天时，传统中温厌氧发酵过程VSS去除率一般为40%；H. Bouallagui研究表明处理的水果和蔬菜废弃物TS为10%，水力停留时间20天，发酵温度为35℃和55℃时，产气量分别为0.83l/l/d和3.17l/l/d,净能产量为189.23和891.83kJ/d； Zupancic的研究得到高温厌氧发酵CSTR在水力停留时间为10天时，VSS去除率可以达到50%；高温厌氧发酵比中温厌氧发酵反应速度快的多，在一定的料液下，所需的高温厌氧发酵池体积仅是中温厌氧发酵池的30%。
尽管高温厌氧发酵具有高VSS去除率，高产气量、反应速度快和减少发酵池体积等的特点，我国大中型沼气工程普遍采用中温发酵，很少采用高温厌氧发酵。其中最主要的原因之一是为了维持高温厌氧发酵条件，需要向系统输入较多的热量；同时排放的高温沼液携带大量的热量，没有采取有效的回收利用方式，耗散在环境中，易造成热污染。
目前，常见的沼气池加温方式有：燃池式加温、电加热、化石能源热水锅炉加热、沼气锅炉加温、沼气发电余热加温、太阳能加热和地源热泵加热等多种方式。燃池式加温是一种设置在地下的进行燃料阴燃的地坑，这种方法的特点是一次性投入低质燃料即可燃烧一个冬季，无需人工管理，比较适用于户用型沼气工程；电加温技术以消耗高品位电能为代价，节能性不高；化石能源热水锅炉污染环境，能量利用率低；沼气锅炉对设备和操作技术要求比较高；沼气发电余热加温主要和沼气热电联产工程结合，一般只应用于大型沼气工程，应用于高温发酵出现余热不足的情况；太阳能加温系统是通过太阳能集热系统完成热能的采集和传输，该系统节能环保、操作简单，可实现自动运行，但易受天气状况的影响，加热不稳定；地源热泵加温具有很好的节能效果，但地源热泵长期单一加热模式的运行使得地下温度降低，导致地源热泵COP降低。以上各方法均不适用于高温厌氧发酵系统。
因此，探索一种加温技术使得高温厌氧发酵输入的能量和中温厌氧发酵输入的能量相当是目前高温厌氧发酵工程化亟待解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的在于为高温厌氧发酵系统提供一种多模式自动切换运行的太阳能-沼液余热回收式热泵加温系统及运行控制方法。
本发明基于余热回收利用、能源梯级综合利用和系统能效系数（COPs）的理念，将太阳能集热技术、沼液余热回收与中高温热泵技术相结合，用来解决单独的沼液余热回收式热泵加温系统提供的能量不足的问题与单独的太阳能加温系统在阴雨天、冬天不能满足沼气池加温要求的问题。所提出的系统运行控制方法，解决了不同气候条件下各系统模式自动切换最优运行问题，以达到整个系统从设计到运行的经济、节能、环保的目的。
本发明提出的高温厌氧发酵太阳能-沼液余热回收式热泵加温系统，包括太阳能集热系统、太阳能低位热源系统、沼液余热回收系统和高温厌氧发酵池加温系统，具体如下：
太阳能集热系统由全玻璃太阳能真空管集热器9、太阳能集热器循环泵10和蓄热水箱6组成，蓄热水箱6的第二出水口6c通过太阳能集热器循环泵10和管道连接全玻璃太阳能真空管集热器9的进水口，全玻璃太阳能真空管集热器9的出水口通过管道连接蓄热水箱6的第一进水口6a，构成太阳能集热水环路；
太阳能低位热源系统由蓄热水箱6、中高温热泵机组蒸发器侧循环泵11和中高温热泵机组蒸发器5组成，蓄热水箱6的第一出水口6b通过第二电磁阀15、中高温热泵机组蒸发器侧循环泵11和管道连接中高温热泵机组蒸发器5的进水口，中高温热泵机组蒸发器5的出水口通过第一截止阀22、第五电磁阀18和管道连接蓄热水箱6的第二入水口6d，构成太阳能低位热源环路；
沼液余热回收系统包括中高温热泵机组3、沼液余热回收池7、螺旋管换热器8和中高温热泵机组蒸发器侧循环泵11；中高温热泵机组蒸发器5的出水口通过第一止回阀22、第五电磁阀18和管道连接螺旋管换热器8的入口端8a，螺旋管换热器8的出口端8b通过第一电磁阀16、中高温热泵机组蒸发器侧循环泵11和管道连接中高温热泵机组蒸发器5，构成沼液余热回收环路；
高温厌氧发酵池加温系统包括高温厌氧发酵池1、盘管换热器2、中高温热泵机组3、蓄热水箱6、中高温热泵机组冷凝器侧循环泵12和高温厌氧发酵池加温循环泵13；高温厌氧发酵池加温系统设有三个加温环路水流方向；蓄热水箱6的第一出水口6b通过第一电磁阀14、高温厌氧发酵池加温循环泵13和管道连接盘管换热器2，盘管换热器2通过第七电磁阀20和管道连接蓄热水箱6的第二进水口6d，构成第一个加温环路水流方向：中高温热泵机组冷凝器4通过第二止回阀23、高温厌氧发酵池加温循环泵13和管道连接盘管换热器2，盘管换热器2通过第八电磁阀21、中高温热泵机组冷凝器侧循环泵12和管道连接中高温热泵机组冷凝器4，构成第二个加温环路水流方向；蓄热水箱6的第一出水口6b通过第四电磁阀17、中高温热泵机组冷凝器侧循环泵12和管道连接中高温热泵机组冷凝器4，中高温热泵机组冷凝器4通过第二止回阀23、高温厌氧发酵池加温循环泵13和管道连接盘管换热器2，盘管换热器2通过第七电磁阀20和管道连接蓄热水箱6的第二进水口6d，构成第三个加温环路水流方向。
本发明中，太阳能全玻璃真空管集热器9的联集箱末端安装有第一温度传感器26，沼液余热回收池7的中部装有第二温度传感器27，蓄热水箱6中部装有第三温度传感器28，高温厌氧发酵池1中部一侧装有第四温度传感器29。 
本发明中，蓄热水箱6底部连接有截止阀24和排污管，蓄热水箱6通过顶部浮球阀25自动控制系统补水。
本发明中，高温厌氧发酵池1、蓄热水箱6和沼液余热回收池7都采取保温措施，保证每天温度降低不超过3℃。
本发明对太阳能集热系统运行采用温差法控制，太阳能全玻璃真空管集热器9联集箱的末端安装第一温度传感器26，蓄热水箱6的中部装第二温度传感器27。如果第一温度传感器26与第二温度传感器27的温差大于5℃时，集热器加热循环泵10开启，蓄热水箱6中的水被集热器不断的加热。当二者的温差小于2℃时集热器加热循环泵10停止。
本发明提出的太阳能-沼液余热回收式热泵高温厌氧发酵加温系统有四种运行模式，分别为：太阳能直接加温模式、太阳能-中高温热泵加温模式、太阳能中高温热泵二次加温模式和沼液余热回收式热泵加温模式；运行控制方法如下：
太阳能直接加温模式，当高温厌氧发酵池1中的第四温度传感器29所测的温度低于50℃，且蓄热水箱6中的第二温度传感器27所测的温度大于60℃，系统按照太阳能直接加温模式运行；第一电磁阀14、第七电磁阀20开启，其他的电磁阀关闭；高温厌氧发酵池加温循环泵13开启；其余设备全关闭。通过第一加温环路，水流方向依次是蓄热水箱第一出水口6b、第一电磁阀14、高温厌氧发酵池加温循环泵13开启、盘管换热器2、第七电磁阀20和蓄热水箱第二进水口6d。当高温厌氧发酵池1中的第四温度传感器29所测的温度高于50℃或蓄热水箱6中的第二温度传感器所测的温度低于60℃时，该加温模式停止运行。
太阳能中高温热泵二次加温模式，当高温厌氧发酵池1中的第四温度传感器29所测的温度低于50℃，且蓄热水箱6中的第二温度传感器27所测的温度大于50℃小于60℃时，采用太阳能中高温热泵二次加温模式运行；第三电磁阀16、第四电磁阀17、第五电磁阀18和第七电磁阀20开启，中高温热泵机组蒸发器侧循环泵11、中高温热泵机组冷凝器侧循环泵12和高温厌氧发酵池加温循环泵13开启，中高温热泵机组3开启，其他设备都关闭。通过沼液余热回收环路和第三加温环路，沼液余热回收环路水流方向依次经过第五电磁阀18、螺旋管换热器入口端8a、螺旋管换热器出口端8b、第三电磁阀16、中高温热泵机组蒸发器侧循环泵11、中高温热泵机组蒸发器5和第一止回阀22；第三加温环路水流方向依次经过蓄热水箱第一出水口6b、第四电磁阀17、中高温热泵机组冷凝器侧循环泵12、中高温热泵机组冷凝器4、第二止回阀23、高温厌氧发酵池加温循环泵13、盘管换热器2、第七电磁阀20和蓄热水箱第二进水口6d。当高温厌氧发酵池1中的第四温度传感器29所测的温度高于50℃，或蓄热水箱6中的第二温度传感器所测的温度低于50℃或者高于60℃时，该加温模式停止运行。
太阳能-中高温热泵加温模式，当高温厌氧发酵池1中的第四温度传感器29所测的温度低于50℃，且蓄热水箱6中的第二温度传感器27所测的温度小于50℃且大于第三温度传感器28所测的温度时，系统按照太阳能-中高温热泵加温模式运行。第二电磁阀15、第六电磁阀19、第八电磁阀21开启，其他电磁阀关闭；中高温热泵机组蒸发器侧循环泵11、中高温热泵机组冷凝器侧循环泵12和高温厌氧发酵池加温循环泵13开启，其他设备关闭。通过太阳能低位热源环路和第二加温环路，太阳能低位热源环路水流方向依次经过蓄热水箱第一出水口6b、第二电磁阀15、中高温热泵机组蒸发器侧循环泵11、中高温热泵机组蒸发器5、第六电磁阀19和蓄热水箱第二进水口6d；第二加温环路水流方向依次经过中高温热泵机组冷凝器4、第二止回阀23、高温厌氧发酵池加温循环泵13、盘管换热器2、第八电磁阀21和中高温热泵机组冷凝器侧循环泵12。当高温厌氧发酵池1中的第四温度传感器29所测的温度高于50℃，或蓄热水箱6中的第二温度传感器所测的温度小于第三温度传感器28所测温度时时，该加温模式停止运行。
本发明的优点：
1 本发明针对高温厌氧发酵高能耗和排放的沼液具有高热流的特点，提出了采用螺旋盘管换热器回收沼液余热，结合热泵机组为高温沼气池加热，充分有效利用能量，减少系统净能量输入，缓解系统对环境造成的热污染。
2 本发明将沼液余热回收和太阳能利用充分有效的结合起来，根据蓄热水箱和沼液余热回收池内的温度梯度，结合热泵机组源侧进水温度与热泵机组COP的关系曲线，将太阳能-沼液余热回收式热泵高温厌氧发酵加温系统划分为多种运行模式，最大化的利用了沼液余热和太阳能，能够显著的提高热泵机组和系统的制热效率， 达到显著的节能环保的作用。
3 本发明提出的太阳能-沼液余热回收式热泵高温厌氧发酵加温系统及运行控制方法为高温厌氧发酵提供一种节能、环保、经济的加温方式，可以实现沼气工程的自控控制与无人管理，减少人力投资，有助有快速推动高温沼气工程的发展与产业化进程。
附图说明
图1为本发明太阳能-沼液余热回收式热泵高温厌氧发酵加温系统组成结构示意图。
图中标号：1为高温厌氧发酵池，2为盘管换热器，3为中高温热泵机组，4为中高温热泵机组冷凝器，5为中高温热泵机组蒸发器，6为蓄热水箱，6a为蓄热水箱第一进水口，6b为蓄热水箱第一出水口，6c为蓄热水箱第二出水口，6d为蓄热水箱第二进水口，7为沼液余热回收池，8为螺旋管换热器，8a为螺旋管换热器入口端，8b螺旋管换热器出口端，9为全玻璃太阳能真空管集热器，10为太阳能集热器热水循环泵，11为中高温热泵机组蒸发器侧循环泵，12为中高温热泵机组冷凝器侧循环泵，13为高温厌氧发酵池加温循环泵，14、15、16、17、18、19、20和21分别为第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀和第八电磁阀，22、23分别为第一止回阀和第二止回阀，24为截止阀，25为浮球阀，26、27、28和29分别为第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器。
具体实施方式
下面通过实例结合附图进一步说明本发明。
实施实例：本实例采用的高温厌氧发酵池有效容积15m3。池体为圆柱形，内部尺寸为(直径×高度) 2.76m×2.52m，池壁和池底为厚5mm的碳钢，在池底采用厚度为50mm的PE保温板，在池壁采用厚度为50mm的挤塑聚苯乙烯泡沫板（XPS）保温隔热材料。发酵池顶部覆盖专用沼气顶膜保温，覆盖面为7m2。沿发酵池内壁铺设加温盘管换热器，加温盘管采用20×2.0的PERT管材，盘管总长120m，盘管间距150mm。为了加快料液热传递，改善加温效果，在发酵池上下部分别安装了搅拌装置。在发酵池一侧壁中间距池底高0.5m处安装一台搅拌机，在发酵池另一侧距顶0.7m处安装一台搅拌机。搅拌机的参数是：额定功率2.5kw，额定工作频率是50Hz，转速740r/min。
本实例采用2个模块串联组成采光面积约为7m2太阳能集热装置，每个太阳能集热器模块由型号58×2000（外径×长度）全玻璃太阳能真空管30根组成。太阳能蓄热水箱采用容积为0.5m3的双层不锈钢聚氨酯发泡保温水箱。余热回收池采用平顶有效体积为1.5 m3的保温水箱，池内螺旋盘管换热器采用型号为32×2（外径×壁厚）的不锈钢304管加工而成，长度约为31m，换热温差10℃时换热量约为10kW。
所选的热泵机组为中高温水源/地源热泵机组，额定制热量10.6 kW，额定制热输入功率为2.52 kW，制冷剂为R134a，最高出水温度可以达到70℃。
如图1，上述主要设备组成的太阳能-沼液余热回收式热泵高温厌氧发酵加温系统可分为太阳能集热系统、太阳能低位热源系统、沼液余热回收系统和高温厌氧发酵池加温系统，各分系统的装置与流程如下：
太阳能集热系统由全玻璃太阳能真空管集热器9、太阳能集热器热水循环泵10和蓄热水箱6组成。蓄热水箱6有2个进水口和2个出水口，分别为第一进水口6a, 第一出水口6b, 第二出水口6c, 第二进水口6d，对称分布在水箱的上下部。蓄热水箱6的顶部装有浮球阀25，可以自动对蓄热水箱进行补水；蓄热水箱6的底部装有排污管与截止阀24，平时关闭阀门，需要排水和排污时打开阀门。系统流程：蓄热水箱的第二出水口6c与太阳能集热器热水循环泵10的输入端相连，太阳能集热器热水循环泵10的输出端连接全玻璃太阳能真空管集热器9的输入端，全玻璃太阳能真空管集热器9的输出端连接蓄热水箱的第一进水口6a，构成太阳能集热环路。热水循环泵10从蓄热水箱6c吸取水进入到太阳能真空管集热器9中被加热后，从蓄热水箱上部第一入口6a进入到蓄热水箱，如此循环制取高温热水。
太阳能低位热源系统主要是利用太阳能为热泵机组提供低位热源，主要由蓄热水箱6、中高温热泵机组蒸发器侧循环泵11和中高温热泵机组蒸发器侧5组成。蓄热水箱的第一出水口6b通过第二电磁阀15与中高温热泵机组蒸发器侧循环泵11的输入端相连，中高温热泵机组蒸发器侧循环泵11的输出端与中高温热泵机组蒸发器侧5的输入端相连，中高温热泵机组蒸发器侧5的输出端通过第一截止阀22和第五电磁阀18与蓄热水箱的第二入水口6d,构成太阳能低位热源环路。这样，蓄存在水箱6中的太阳能不断通过此系统把热量转移到高温热泵机组作为低位热源。
沼液余热回收系统包括中高温热泵机组3、沼液余热回收池7、螺旋管换热器8和中高温热泵机组蒸发器侧循环泵11；主要是利用螺旋管换热器8对缓存在余热回收池7内的高温沼液进行余热回收利用。由中高温热泵机组蒸发器侧5输出端通过第一止回阀22和第五电磁阀18与螺旋管换热器8的入口端8a相连，螺旋管换热器出口端8b通过第一电磁阀16与中高温热泵机组蒸发器侧循环泵11的输入端相连，中高温热泵机组蒸发器侧循环泵11的输出端与中高温热泵机组蒸发器5的输入端相连，构成沼液余热回收环路。
螺旋管换热器8放置在圆柱形余热水箱7的中央，距池顶和池底分别110mm,距池壁150mm。从热泵机组回来的冷水从余热水箱7的下部通过8a进入螺旋管换热器，加热后流体从螺旋管换热器出口8b出来，经过电磁阀16和循环泵11进入中高温热泵机组的蒸发器5，实现热量从沼液向中高温热泵机组的转移。
高温厌氧发酵池加温系统包括高温厌氧发酵池1、盘管换热器2、中高温热泵机组3、蓄热水箱6、中高温热泵机组冷凝器侧循环泵12和高温厌氧发酵池加温循环泵13。高温厌氧发酵池加温系统包括三个加温环路，分别为：
第一个加温环路：蓄热水箱第一出水口6b通过第一电磁阀14与高温厌氧发酵池加温循环泵13的输入端相连，高温厌氧发酵池加温循环泵13的输出端与盘管换热器2的输入端相连，盘管换热器2的输出端通过第七电磁阀20与蓄热水箱第二进水口6d相连，构成第一加温环路。
第二个加温环路：中高温热泵机组冷凝器4→第二止回阀23→高温厌氧发酵池加温循环泵13→盘管换热器2→第八电磁阀21→中高温热泵机组冷凝器侧循环泵12→中高温热泵机组冷凝器4，构成第二加温环路。
第三个加温环路：蓄热水箱第一出水口6b→第四电磁阀17→中高温热泵机组冷凝器侧循环泵12→中高温热泵机组冷凝器4→第二止回阀23→高温厌氧发酵池加温循环泵13→盘管换热器2→第七电磁阀20→蓄热水箱第二进水口6d，构成第三加温环路。
本实例在太阳能全玻璃真空管集热器9的联集箱末端安装有第一温度传感器26，蓄热水箱6的中部装有第二温度传感器27，余热回收池7的中部装有第三温度传感器28，高温发酵池1的中部装有第四温度传感器29。
太阳能-沼液余热回收式热泵高温厌氧发酵加温系统运行控制包括太阳能集热系统控制和高温发酵池加温系统控制，加温系统有4种运行模式，分别为：太阳能直接加温模式、太阳能-中高温热泵加温模式、太阳能中高温热泵二次加温模式和沼液余热回收式热泵加温模式。
本实例采用温差法控制太阳能集热系统的运行，太阳能全玻璃真空管集热器9联集箱的末端安装一个DS18B20第一温度传感器26，蓄热水箱6的中部装一个DS18B20第二温度传感器27。如果第一温度传感器26与第二温度传感器27的温差大于5℃时，集热器加热循环泵10开启，蓄热水箱6中的水被集热器不断的加热。当二者的温差小于2℃时集热器加热循环泵10停止。
根据蓄热水箱温度、余热回收池内温度和高温发酵池的温度，加温系统可按照如下4中模式运行。各模式的运行控制方法如下：
（1）太阳能直接加温模式
当高温厌氧发酵池1中的第四温度传感器29所测的温度低于50℃，且蓄热水箱6中的第二温度传感器27所测的温度大于60℃，系统按照太阳能直接加温模式运行；第一电磁阀14、第七电磁阀20开启，其他的电磁阀关闭；高温厌氧发酵池加温循环泵13开启；其余设备全关闭。通过上述的第一加温环路，水流方向依次是蓄热水箱第一出水口6b、第一电磁阀14、高温厌氧发酵池加温循环泵13开启、盘管换热器2、第七电磁阀20和蓄热水箱第二进水口6d。当高温厌氧发酵池1中的第四温度传感器29所测的温度高于50℃或蓄热水箱6中的第二温度传感器所测的温度低于60℃时，该加温模式停止运行。
（2）太阳能中高温热泵二次加温模式
当高温厌氧发酵池1中的第四温度传感器29所测的温度低于50℃，且蓄热水箱6中的第二温度传感器27所测的温度大于50℃小于60℃时，采用太阳能中高温热泵二次加温模式运行；第三电磁阀16、第四电磁阀17、第五电磁阀18和第七电磁阀20开启，中高温热泵机组蒸发器侧循环泵11、中高温热泵机组冷凝器侧循环泵12和高温厌氧发酵池加温循环泵13开启，中高温热泵机组3开启，其他设备都关闭。通过上述的沼液余热回收环路和第三加温环路。当高温厌氧发酵池1中的第四温度传感器29所测的温度高于50℃，或蓄热水箱6中的第二温度传感器所测的温度低于50℃或者高于60℃时，该加温模式停止运行。
（3）太阳能-中高温热泵加温模式
当高温厌氧发酵池1中的第四温度传感器29所测的温度低于50℃，且蓄热水箱6中的第二温度传感器27所测的温度小于50℃且大于第三温度传感器28所测的温度时，系统按照太阳能-中高温热泵加温模式运行。第二电磁阀15、第六电磁阀19、第八电磁阀21开启，其他电磁阀关闭；中高温热泵机组蒸发器侧循环泵11、中高温热泵机组冷凝器侧循环泵12和高温厌氧发酵池加温循环泵13开启，其他设备关闭。通过上述的太阳能低位热源环路和第二加温环路。当高温厌氧发酵池1中的第四温度传感器29所测的温度高于50℃，或蓄热水箱6中的第二温度传感器所测的温度小于第三温度传感器28所测温度时时，该加温模式停止运行。
（4）沼液余热回收式热泵加温模式，
当高温厌氧发酵池1中的第四温度传感器29所测的温度低于50℃，且蓄热水箱6中的第二温度传感器27所测的温度小于50℃且小于第三温度传感器28所测的温度时，系统按照沼液余热回收式热泵加温模式运行。第三电磁阀16、第五电磁阀18和第八电磁阀21开启，其他电磁阀关闭；中高温热泵机组蒸发器侧循环泵11、中高温热泵机组冷凝器侧循环泵12和高温厌氧发酵池加温循环泵13开启，其他设备关闭。通过上述的沼液余热回收环路和第二加温环路。当高温厌氧发酵池1中的第四温度传感器29所测的温度高于50℃，或者沼液余热回收池6中第三温度传感器28所测温度小于25℃时，该加温模式停止运行。
上述加温系统和运行控制方法在本实例的应用表明：太阳能-沼液余热回收式热泵高温厌氧发酵加温系统能够保证发酵池温度50±2℃，沼液余热回收量可以达到系统总需要热量的70%，是一种节能、环保、可行的高温发酵加温系统。

Claims (7)

1.一种太阳能-沼液余热回收式热泵高温厌氧发酵加温系统，由太阳能集热系统、太阳能低位热源系统、沼液余热回收系统和高温厌氧发酵池加温系统组成,其特征在于：
太阳能集热系统由全玻璃太阳能真空管集热器（9）、太阳能集热器循环泵（10）和蓄热水箱(6)组成，蓄热水箱(6)的第二出水口(6c)通过太阳能集热器循环泵(10)和管道连接全玻璃太阳能真空管集热器(9)的进水口，全玻璃太阳能真空管集热器(9)的出水口通过管道连接蓄热水箱(6)的第一进水口(6a)，构成太阳能集热水环路；
太阳能低位热源系统由蓄热水箱(6)、中高温热泵机组蒸发器侧循环泵(11)和中高温热泵机组蒸发器(5)组成，蓄热水箱(6)的第一出水口(6b)通过第二电磁阀(15)、中高温热泵机组蒸发器侧循环泵(11)和管道连接中高温热泵机组蒸发器(5)的进水口，中高温热泵机组蒸发器(5)的出水口通过第一截止阀（22）、第五电磁阀（18）和管道连接蓄热水箱(6)的第二入水口（6d），构成太阳能低位热源环路；
沼液余热回收系统包括中高温热泵机组（3）、沼液余热回收池（7）、螺旋管换热器（8）和中高温热泵机组蒸发器侧循环泵（11）；中高温热泵机组蒸发器（5）的出水口通过第一止回阀（22）、第五电磁阀（18）和管道连接螺旋管换热器（8）的入口端(8a)，螺旋管换热器(8)的出口端（8b）通过第一电磁阀（16）、中高温热泵机组蒸发器侧循环泵（11）和管道连接中高温热泵机组蒸发器（5），构成沼液余热回收环路；
高温厌氧发酵池加温系统包括高温厌氧发酵池（1）、盘管换热器(2)、中高温热泵机组(3)、蓄热水箱(6)、中高温热泵机组冷凝器侧循环泵(12)和高温厌氧发酵池加温循环泵(13)；高温厌氧发酵池加温系统设有三个加温环路水流方向；蓄热水箱(6)的第一出水口（6b）通过第一电磁阀（14）、高温厌氧发酵池加温循环泵（13）和管道连接盘管换热器（2），盘管换热器(2)通过第七电磁阀（20）和管道连接蓄热水箱(6)的第二进水口（6d），构成第一加温环路水流方向；中高温热泵机组冷凝器（4）通过第二止回阀（23）、高温厌氧发酵池加温循环泵(13)和管道连接盘管换热器(2)，盘管换热器(2)通过第八电磁阀(21)、中高温热泵机组冷凝器侧循环泵(12)和管道连接中高温热泵机组冷凝器(4)，构成第二加温环路水流方向；蓄热水箱(6)的第一出水口(6b)通过第四电磁阀(17)、中高温热泵机组冷凝器侧循环泵(12)和管道连接中高温热泵机组冷凝器(4)，中高温热泵机组冷凝器(4)通过第二止回阀(23)、高温厌氧发酵池加温循环泵(13)和管道连接盘管换热器(2)，盘管换热器(2)通过第七电磁阀(20)和管道连接蓄热水箱(6)的第二进水口(6d)，构成第三加温环路水流方向。
2.根据权利要求1所述的太阳能-沼液余热回收式热泵高温厌氧发酵加温系统，其特征在于：太阳能集热器（9）的联集箱末端安装有第一温度传感器（26），沼液余热回收池（7）的中部装有第二温度传感器（27），蓄热水箱（6）中部装有第三温度传感器（28），高温厌氧发酵池（1）中部一侧装有第四温度传感器（29）。
3.根据权利要求1所述的太阳能-沼液余热回收式热泵高温厌氧发酵加温系统，蓄热水箱（6）底部连接有排污管和截止阀（24），蓄热水箱（6）通过顶部浮球阀（25）自动控制系统补水。
4.根据权利要求1所述的太阳能-沼液余热回收式热泵高温厌氧发酵加温系统，高温厌氧发酵池（1）、蓄热水箱（6）和沼液余热回收池（7）都采取保温措施，保证每天温度降低不超过3℃。
5.根据权利要求1所述的太阳能-沼液余热回收式热泵高温厌氧发酵加温系统，发酵池（1）内的盘管换热器（2）管材为耐腐蚀HDPE；余热回收池（7）内的螺旋管换热器（8）管材选耐腐蚀HDPE和不锈钢。
6.一种如权利要求1所述的太阳能-沼液余热回收式热泵高温厌氧发酵加温系统的运行控制方法，其特征在于运行采用温差法控制，太阳能全玻璃真空管集热器（9）联集箱的末端安装第一温度传感器（26），蓄热水箱（6）的中部装第二温度传感器（27），第一温度传感器（26）与第二温度传感器（27）的温差大于5℃时，集热器加热循环泵（10）开启,当二者的温差小于2℃时集热器加热循环泵(10)停止。
7.一种权利要求1所述的太阳能-沼液余热回收式热泵高温厌氧发酵加温系统的运行控制方法，其特征在于根据第二温度传感器（27）、第三温度传感器（28）和第四温度传感器（29）的温度值，控制4种不同的加温模式，其中：
（1）太阳能直接加温模式
当高温厌氧发酵池（1）中的第四温度传感器（29）温度低于50℃，且蓄热水箱（6）中的第二温度传感器（27）温度大于60℃，系统按照太阳能直接加温模式运行；第一电磁阀（14）和第七电磁阀（20）开启，其他的电磁阀关闭；循环泵（13）开启；其余设备全关闭；通过第一加温环路；当高温厌氧发酵池（1）中的第四温度传感器（29）所测的温度高于50℃或蓄热水箱（6）中的第二温度传感器（27）所测的温度低于60℃时，该加温模式停止运行；
（2）太阳能中高温热泵二次加温模式
当高温厌氧发酵池（1）中的第四温度传感器（29）温度低于50℃，且蓄热水箱（6）中的第二温度传感器（27）温度大于50℃小于60℃时，采用太阳能中高温热泵二次加温模式运行；第三电磁阀（16）、第四电磁阀（17）、第五电磁阀（18）和第七电磁阀（20）开启，高温热泵机组蒸发器侧循环泵(11)、中高温热泵机组冷凝器侧循环泵(12)和高温厌氧发酵池加温循环泵(13)均开启，中高温热泵机组（3）开启，其他设备都关闭；通过沼液余热回收环路和第三加温环路；当高温厌氧发酵池（1）中的第四温度传感器（29）温度高于50℃，或蓄热水箱（6）中的第二温度传感器（27）所测的温度低于50℃或者高于60℃时，该加温模式停止运行；
（3）太阳能-中高温热泵加温模式
当高温厌氧发酵池（1）中的第四温度传感器（29）温度低于50℃，且蓄热水箱（6）中的第二温度传感器（27）温度小于50℃且大于第三温度传感器（28）温度时，系统按照太阳能-中高温热泵加温模式运行；第二电磁阀（15）、第六电磁阀（19）、第八电磁阀（21）开启，其他电磁阀关闭；高温热泵机组蒸发器侧循环泵(11)、中高温热泵机组冷凝器侧循环泵(12)和高温厌氧发酵池加温循环泵(13)均开启，其他设备关闭；系统按照太阳能低位热源环路和第二加温环路运行；当高温厌氧发酵池（1）中的第四温度传感器（29）温度高于50℃，或蓄热水箱(6)中的第二温度传感器（27）温度小于第三温度传感器(28)所测温度时时，该加温模式停止运行；
（4）沼液余热回收式热泵加温模式
当高温厌氧发酵池(1)中的第四温度传感器(29)温度低于50℃，且蓄热水箱(6)中的第二温度传感器（27）温度小于50℃且小于第三温度传感器(28)所测的温度时，系统按照沼液余热回收式热泵加温模式运行；第三电磁阀(16)、第五电磁阀(18)和第八电磁阀(21)开启，其他电磁阀关闭；高温热泵机组蒸发器侧循环泵(11)、中高温热泵机组冷凝器侧循环泵(12)和高温厌氧发酵池加温循环泵(13)均开启，其他设备关闭；系统按照沼液余热回收环路和第二加温环路运行；当高温厌氧发酵池（1）中的第四温度传感器（29）温度高于50℃，或者沼液余热回收池（6）中第三温度传感器（28）小于25℃时，该加温模式停止运行。
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