張彥　范振山

摘要：設計了沼液循環(huán)間接加熱沼氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用熱管型生物質燃燒爐間接加熱循環(huán)沼液。運行試驗結果表明，該系統(tǒng)池容平均產氣率達到0.73 m3/（m3·d），發(fā)酵液SS去除率為87.99%，BOD去除率為81.82%，COD去除率為81.94%，沼氣熱值24.68 MJ/m3。該系統(tǒng)既促進了農村大量秸稈等廢棄物的資源化利用，又解決了北方地區(qū)冬春季沼氣池發(fā)酵溫度低、產氣率低等問題，且成本低，效益高。

關鍵詞：沼液循環(huán)；間接加熱；沼氣；熱管型生物質燃燒爐

中圖分類號：S216.4 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）15-3754-02

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.15.045

Abstract： The biogas system of biogas slurry circulation indirect heating was designed. This system used heat-pipe boiler of biomass to heat circulation biogas slurry indirectly. The operating test results showed that the yearly average tank volume aerogenesis rate of the system was 0.73 m3/（m3·d），dislodging rate of SS was 87.99%，dislodging rate of BOD reached 81.82%，and dislodging rate of COD reached 81.94%，thermal value of biogas produced from it was 24.68 MJ/m3. The system not only promoted the utilization of rural straw and other waste， but also solved the low fermentation temperature and low aerogenesis rate of methane tank of northern region in the winter and spring， likewise with low cost and high benefit.

Key words： biogas slurry circulation； indirect heating； biogas； heat-pipe boiler of biomass

隨著中國農村經濟的快速發(fā)展，能源消耗逐漸增多，沼氣能源的開發(fā)利用有利于解決農村能源供應緊張問題，促進可持續(xù)發(fā)展，日益受到重視[1]。溫度對發(fā)酵很重要，一般8～60 ℃溫度范圍內都能發(fā)酵產沼氣[2]，此范圍內，溫度越高微生物活動越旺盛，產氣量越大，溫度的突變會影響微生物生命活動，使產氣量下降[3]。從發(fā)酵的周期來看，溫度越低原料的發(fā)酵周期越長，溫度越高發(fā)酵周期越短[4]。中國北方地區(qū)在較為寒冷的冬春季，溫度過低會嚴重影響沼氣池的產氣率、產氣量[5-7]。采用輔助加熱可以為沼氣發(fā)酵提供熱量，有利于厭氧消化[2]。同時，中國北方農村存在大量秸稈等生物質資源閑置，無處利用等問題[8]。為此，針對上述情況，研究設計了沼液循環(huán)間接加熱沼氣發(fā)酵系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用熱管型生物質燃燒爐間接加熱循環(huán)沼液，解決了北方地區(qū)冬春季沼氣池發(fā)酵溫度低、產氣率低等問題，熱管型生物質燃燒爐利用生物質燃料，促進了農村大量秸稈等廢棄物的資源化利用。

1 沼液循環(huán)間接加熱沼氣系統(tǒng)的結構

沼液循環(huán)間接加熱沼氣系統(tǒng)的結構如圖1所示，主要由預處理池、沼氣池組、生物質燃燒爐、循環(huán)進料管、循環(huán)出料管、放料管等組成。

1.1 沼氣池組

沼氣池組包括從前至后依次通過料管串聯(lián)連接在一起的沼氣池，沼氣池共設置數個，其中最前端的沼氣池與預處理池通過料液管連接，料液管上設有料液閥門，沼氣池包括池體和設置在池體頂口的池蓋。

1.2 熱管型生物質燃燒爐

生物質燃燒爐爐體從上至下依次連通設置有排煙口、集煙室和爐膛，即排煙口、集煙室和爐膛從上至下依次設置，并且排煙口、集煙室和爐膛為從上至下依次連通。爐體內還設有加熱水套，加熱水套位于集煙室下側，加熱水套上部為環(huán)繞加熱室設置、下部延伸至爐膛底部外側，加熱水套內設豎向延伸的料加熱管，料加熱管的頂端口和底端口均伸出爐體外，爐膛內設爐排，加熱水套的底端延伸至爐膛下部、爐排的上側。

爐膛的側壁上設有熱管和插孔，熱管通過該插孔插接并密封固定在爐膛側壁上，熱管一端延伸至爐膛內、另一端延伸至加熱水套內。熱管為水平延伸并且從上至下依次設置多個，熱管可將爐膛內的熱量傳遞到加熱水套內使加熱水套內的水加熱。熱管分為蒸發(fā)、絕熱、冷凝三個工作段[9]。熱管伸入爐膛內的部分為蒸發(fā)段、伸入加熱水套內的部分為冷凝段，熱管插接在爐膛側壁的部分為絕熱段。

1.3 熱管型生物質燃燒爐與沼氣池的連接

每個沼氣池均分別通過一根分料管連接循環(huán)進料管，分料管連接在相應沼氣池的池體上并用于向相應沼氣池的池體輸送從循環(huán)進料管流入的料液，每根分料管上均設置回液閥，循環(huán)進料管的一個端口連接料加熱管的頂端口，另一個端口封閉。

循環(huán)出料管一端連接料加熱管的底端口、另一端連接最后端的沼氣池的出料口，循環(huán)出料管上設有循環(huán)泵，放料管一端連接在循環(huán)泵與生物質燃燒爐之間的循環(huán)出料管上，放料管上設有第一開關閥，放料管與生物質燃燒爐之間的循環(huán)出料管上設有第二開關閥。

2 沼液循環(huán)間接加熱沼氣系統(tǒng)的工作過程

沼液循環(huán)間接加熱沼氣系統(tǒng)的沼氣池組、循環(huán)出料管、料加熱管、循環(huán)進料管和分料管依次連接并構成一個料液循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)進料管可同時同步向各個沼氣池輸送料液，前個沼氣池的料液可以通過料管進入相鄰的下個沼氣池內，最終料液從最后端的沼氣池的出料口輸送至循環(huán)出料管，其中循環(huán)泵為整個料液循環(huán)系統(tǒng)提供動力。生物質燃燒爐的加熱水套通過對料加熱管進行加熱，隨著料液的循環(huán)，最終實現對整個沼氣池組內料液的加熱。該系統(tǒng)將沼氣池和熱管型生物質燃燒爐聯(lián)合使用，充分利用了秸稈等生物質能源。

3 沼液循環(huán)間接加熱沼氣系統(tǒng)運行性能試驗

3.1 試驗方法與儀器

沼液溫度：攪拌混合后沼液，取平均值，貝克曼溫度計；沼氣池產氣量：燃氣流量計；pH值：電位計測定法；懸浮物（SS）：重量法[10]；BOD：BOD5[11]；COD：重鉻酸鉀滴定法[12]；沼氣成分：氣相色譜法[13]；沼氣熱值：理論計算法[14]。

3.2 試驗結果

沼液循環(huán)間接加熱沼氣系統(tǒng)運行性能試驗結果見表1、表2和表3。從表中可以看出，系統(tǒng)池容平均產氣率達0.73 m3/（m3·d），比國家標準規(guī)定值0.2～0.4 m3/（m3·d）高；所產沼氣熱值為24.68 MJ/m3，滿足沼氣燃具對氣體質量要求；發(fā)酵液SS去除率為87.99%，BOD去除率為81.82%，COD去除率為81.94%。

4 小結

沼液循環(huán)間接加熱沼氣系統(tǒng)采用熱管型生物質燃燒爐輔助加熱，解決了北方地區(qū)冬春季沼氣池發(fā)酵溫度低、產氣率低等問題，熱管型生物質燃燒爐利用生物質燃料，促進了農村大量秸稈等廢棄物的資源化利用，成本低，效益高，易于改善農村生態(tài)環(huán)境，形成新的經濟增長點，促進農民增收與農牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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