CN104651220B - 用于多相流沼气池的太阳能增温系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于多相流沼气池的太阳能增温系统，由太阳能集热器1、蓄热水箱2、热水换热器3、滗水筛5、压榨机6、沼液箱7、过滤机8、加热盘管9、蓄热循环泵10、换热器热水循环泵11、给水泵12、沼液泵13和排液泵14构成太阳能增温支路和余热增温支路两个增温支路。本发明利用蓄热水箱减少了天气对太阳能集热系统的影响，装置结构简单，易于维护，故障点少，故障率低，运行成本低。

Description

用于多相流沼气池的太阳能增温系统
技术领域
本发明涉及一种利用太阳能集热技术加热沼气罐的装置，属于可再生能源技术领域。
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。沼气作为一种来源广泛、制取技术简单、成本低廉的绿色清洁可再生能源，具有极大的开发利用潜力。
沼气的发酵温度是影响沼气产生和产气率高低的关键因素。在适宜的温度范围内才能达到较高的产气率，温度过低和温度波动过大，都会引起沼气产量的明显下降。高寒牧区由于严寒的气候条件，使得沼气的使用和推广收到严重制约。
太阳能资源清洁无污染，而且取之不尽、用之不竭。我国是太阳能资源十分丰富的国家。太阳能集热和沼气发酵都是非常成熟的技术，将低品位太阳能与沼气技术相结合，可实现低品位、不稳定的太阳能、生物质能向高品位沼气化学能的转换，充分体现了能量综合梯级利用。
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。现有太阳能加温系统多采用罐内添加盘管加热的方式，这种方式易造成受热不均，维护困难，且目前缺少能用于沼气池的耐腐蚀、热转化效率高的热交换器；沼液排放时携带大量的热量，没有采取有效的余热回收利用方式，耗散在环境中，造成能源浪费；太阳能集热技术易受天气状况的影响，加热不稳定。
对此，中国专利CN202157071U公开了“一种多相流沼气池”，该沼气池利用沼气池本体底部的流化床，将水通过通孔喷射入发酵间中，并与原料物质混合在一起。由于喷入发酵间中的水增多，从而使附着在沼气池本体侧壁上的原料物质被浸入水中，同时在水的喷射力的作用下使原料物质呈沸腾状。此时，原料的固态物质、沼液以及发酵后产生的气体等形成固体、液体和气体共存的多相混合流体。该专利利用流化床的传热、传质快、易于流动的特性，使发酵物质混合更充分、更均匀。若配以适当的太阳能增温系统，对于保证冬季(特别是高寒地区)沼气发酵正常进行具有重要意义。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明在多相流沼气池的基础上，提供一种高效、稳定的外增温式带余热利用的太阳能增温系统。并使其具有减少天气对太阳能集热系统的影响，装置结构简单，易于维护等优点。
本发明解决其技术问题，所采用的技术方案是：
用于多相流沼气池的太阳能增温系统,设置在多相流沼气池外为沼气池内物料提供太阳能增温，其特征在于，由太阳能集热器1、蓄热水箱2、热水换热器3、滗水筛5、压榨机6、沼液箱7、过滤机8、加热盘管9、蓄热循环泵10、换热器热水循环泵11、给水泵12、沼液泵13和排液泵14构成太阳能增温支路和余热增温支路两个增温支路；
所述太阳能增温支路由与太阳能集热器1连接的蓄热水箱2、热水换热器3、沼液箱7、过滤机8、换热器热水循环泵11和给水泵12构成；蓄热水箱2上方的出水口通过换热器热水循环泵11连接至热水换热器3入水口，热水换热器3出水口通过阀门连接至蓄热水箱2下方回水管，构成高温侧换热环路；多相流沼气池4上方的排水管通过阀门连接至沼液箱7、之后再经过滤机8和给水泵12连接至热水换热器3入水口，构成低温侧换热环路；
所述余热增温支路由过滤机8、加热盘管9、排液泵14构成；加热盘管9设在多相流沼气池4外壁，绕外壁呈螺旋状；过滤机8通过排液泵14连接加热盘管9，加热盘管9的末端接至污水处理厂。
这样，过滤机8中即将作为废水排出的沼液，通过排液泵14泵入加热盘管9中，利用沼液余热对多相流沼气池4进行加热，之后排至污水处理厂。
本发明工作原理为：太阳能加温装置设于多相流沼气池外，太阳能集热装置收集太阳能并存储到蓄热水箱中；循环沼液与污泥分离后进入沼液箱，沼液箱中的部分沼液经过滤装置进入到热水换热器中；蓄热水箱中的热水通过热水换热器对循环沼液进行加热；经热水换热器加热后的沼液被送入到多相流沼气池下方的流化床反应器水室，经过发酵主体后从沼气池上方排水管排至沼液箱，再泵入换热器中，如此循环利用沼液对沼气池内的料液进行增温；沼气池外壁设置加热盘管，经过滤装置过滤后的沼液，在排出前先通过加热盘管，利用沼液余热加热多相流沼气池。
本发明的采用发酵罐外增温方式，避免了内置式换热装置易腐蚀、难维护的缺点，同时配合多相流沼气池，增强了罐内物料的传热传质，使得料液加热均匀。利用发酵之后的沼液进行循环加热，避免了直接排出沼液造成的热损失；沼气池壁附近的料液由于热损失，温度较池心低，沼液排出前通过沼气外壁的加热盘管，利用余热加热沼气池，提高了贴壁侧的料液温度，减少了对沼气池壁保温装置的投资；利用蓄热水箱减少了天气对太阳能集热系统的影响；装置结构简单，易于维护，故障点少，故障率低，运行成本低。
本发明中的太阳能沼气池外可设太阳能暖棚，暖棚产生温室效应，减少沼气罐的散热损失，以利于沼气发酵。
另外，本发明中的沼液排出流经的加热盘管可设在进料装置上，利用沼液余热加热进料。
加热的热源还可以是发电余热、锅炉等。
附图说明
图1是多相流沼气池的太阳能增温系统结构示意图；
图2是多相流沼气池太阳能增温系统工艺流程图。
本发明的沼气池太阳能增温系统在引入外热源的同时，对余热也进行利用，系统结构如图1所示。多相流沼气池太阳能增温系统主要由太阳能集热器1、蓄热水箱2、热水换热器3、多相流沼气池4、滗水筛5、压榨机6、沼液箱7、过滤机8、加热盘管9、蓄热循环泵10、换热器热水循环泵11、给水泵12、沼液泵13和排液泵14组成。
太阳能集热装置由太阳能集热器1，蓄热水箱2，太阳能集热器热水循环泵10构成；蓄热水箱2上方入水口连接至太阳能集热器1下方的出水管，下方出水口通过蓄热循环泵10连接至太阳能集热器1上方的回水管，构成集热环路。蓄热水箱2中的循环水通过蓄热循环泵10泵入到太阳能集热器1中，加热后，从太阳能集热器1下方的出水管流回蓄热水箱，如此循环制取热水。
沼气池增温系统包括两个增温支路，太阳能增温支路和余热增温支路。
太阳能增温支路由蓄热水箱2、热水换热器3、多相流沼气池4、沼液箱7、过滤机8、换热器热水循环泵11和给水泵12构成；蓄热水箱2上方的出水口通过换热器热水循环泵11连接至热水换热器3入水口，热水换热器3出水口通过阀门连接至蓄热水箱2下方回水管，构成高温侧换热环路。多相流沼气池4上方的排水管通过阀门连接至沼液箱7、之后再经过滤机8和给水泵12连接至热水换热器3入水口，构成低温侧换热环路。增温系统启动时，蓄热水箱2中的热水通过换热器热水循环泵11泵入热水换热器3，在热水换热器3中与循环沼液换热后，从回水管流回蓄热水箱2中；循环沼液从多相流沼气池4上方的排水管送入到沼液箱7中，经过滤机8过滤后通过给水泵12泵入热水换热器3中，被加热后的送入到多相流沼气池4下方的流化床反应器水室，再经过分布板进入发酵主体，从而对沼气池内的料液进行增温，高温侧和低温测换热环路同时运行，循环加热发酵料液。
余热增温支路由多相流沼气池4、过滤机8、加热盘管9、排液泵14构成；加热盘管9设在多相流沼气池4外壁，绕外壁呈螺旋状；过滤机8通过排液泵14连接加热盘管9，加热盘管9的末端接至污水处理厂。过滤机8中即将作为废水排出的沼液，通过排液泵14泵入加热盘管9中，利用沼液余热对多相流沼气池4进行加热，之后排至污水处理厂。
沼液箱7中的循环沼液主要来自两部分，一部分是从多相流沼气池4侧下方排污口经滗水筛5分离污泥与沼液后，沼液通过管路被送入到沼液箱7中。另一部分沼液从剩余污泥压榨机6中压出，再通过沼液泵13泵入沼液箱7中。

Claims (1)

1.用于多相流沼气池的太阳能增温系统,设置在多相流沼气池外为沼气池内物料提供太阳能增温，其特征在于，由太阳能集热器(1)、蓄热水箱(2)、热水换热器(3)、滗水筛(5)、压榨机(6)、沼液箱(7)、过滤机(8)、加热盘管(9)、蓄热循环泵(10)、换热器热水循环泵(11)、给水泵(12)、沼液泵(13)和排液泵(14)构成太阳能增温支路和余热增温支路两个增温支路；
所述太阳能增温支路由与太阳能集热器(1)连接的蓄热水箱(2)、热水换热器(3)、沼液箱(7)、过滤机(8)、换热器热水循环泵(11)和给水泵(12)构成；蓄热水箱(2)上方的出水口通过换热器热水循环泵(11)连接至热水换热器(3)入水口，热水换热器(3)出水口通过阀门连接至蓄热水箱(2)下方回水管，构成高温侧换热环路；多相流沼气池(4)上方的排水管通过阀门连接至沼液箱(7)之后再经过滤机(8)和给水泵(12)连接至热水换热器(3)入水口，构成低温侧换热环路；
所述余热增温支路由过滤机(8)、加热盘管(9)、排液泵(14)构成；加热盘管(9)设在多相流沼气池(4)外壁，绕外壁呈螺旋状；过滤机(8)通过排液泵(14)连接加热盘管(9)，加热盘管(9)的末端接至污水处理厂。
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