李金平， 曹崗林， 馮 琛， 楊靄蓉

(1.蘭州理工大學 西部能源與環(huán)境研究中心， 蘭州 730050； 2.甘肅省生物質(zhì)能與太陽能互補功能系統(tǒng)重點實驗室， 蘭州 730050； 3.西北低碳城鎮(zhèn)支撐技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心， 蘭州 730050)

項目來源： 國家“863”計劃課題(2014AA052801)； 甘肅省國際科技合作專項(1604WKCA009)； 甘肅省自然科學基金項目(1508RJYA097)

沼氣工程兩種輔助增溫方式的經(jīng)濟效益分析

李金平1,2,3， 曹崗林1,2,3， 馮 琛1,2,3， 楊靄蓉1,2,3

(1.蘭州理工大學 西部能源與環(huán)境研究中心， 蘭州 730050； 2.甘肅省生物質(zhì)能與太陽能互補功能系統(tǒng)重點實驗室， 蘭州 730050； 3.西北低碳城鎮(zhèn)支撐技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心， 蘭州 730050)

為解決西北地區(qū)寒冷季節(jié)利用發(fā)電機余熱增溫沼氣工程時熱量不足的問題，筆者以蘭州市花莊鎮(zhèn)沼氣工程為研究對象，對沼氣工程各部分熱量需求進行理論計算，同時對太陽能和沼氣鍋爐兩種輔助增溫方式進行了經(jīng)濟性研究，結(jié)果表明：夏季和其它季節(jié)發(fā)酵塔溫度分別維持在52℃和37℃時，太陽能集熱器和沼氣鍋爐兩種輔助增溫方式的初始投資比為3.75∶1，太陽能集熱器比沼氣鍋爐輔助增溫方式凈現(xiàn)值高43.9%?？紤]到國家相關政策、經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和西北地區(qū)日照充足等因素，當發(fā)電機余熱不足時，沼氣工程輔助增溫方式應優(yōu)先選用太陽能集熱器。

發(fā)電余熱； 增溫保溫； 沼氣工程； 太陽能集熱器

蘭州市花莊鎮(zhèn)建有大型奶牛場，發(fā)展應用沼氣發(fā)電，既可以緩解廠區(qū)的電力緊缺，又能減少周邊環(huán)境污染，是非常有前景的可再生能源[1]。但生產(chǎn)沼氣過程中，溫度是影響沼氣發(fā)酵產(chǎn)氣率的關鍵因素之一，它通過對微生物活性、厭氧反應動力參數(shù)和反應器運行效果等方面影響厭氧發(fā)酵，進而影響了沼氣的產(chǎn)量[2]。

國內(nèi)外已有很多關于溫度對厭氧發(fā)酵影響的研究[3-4]。對于沼氣發(fā)酵溫度的溫度一般可以分為3個發(fā)酵區(qū)，即常溫、中溫和高溫發(fā)酵區(qū)，三者所對應的溫度依次為10℃～26℃，28℃～38℃和46℃～60℃[5-7]。目前，大中型沼氣工程中由于中溫和常溫發(fā)酵能耗較少，可使沼氣發(fā)酵整體產(chǎn)氣維持在一個相對適中的水平，并且具有良好的經(jīng)濟效益，因而得到了廣泛的應用[8]。蘭州屬中溫帶大陸性氣候，冬天嚴寒，環(huán)境溫度較低，為了維持發(fā)酵塔進行恒溫厭氧發(fā)酵，必須對發(fā)酵塔的進料、發(fā)酵塔自身和儲氣罐進行增溫保溫措施，使整個系統(tǒng)的運行不受環(huán)境溫度的影響[9]。目前，大中型沼氣工程增溫保溫的方法有很多種，主要采用化石能源鍋爐、沼氣鍋爐、太陽能和發(fā)電機余熱等增溫方式[10-13]。

發(fā)電機余熱增溫是目前增溫發(fā)酵系統(tǒng)最有效的方式之一，但單一的發(fā)電余熱難以滿足沼氣工程所需的熱量[14]。筆者針對發(fā)電機余熱供熱不足的現(xiàn)象，分別分析了太陽能和沼氣鍋爐兩種輔助增溫方式的經(jīng)濟性，以此來解決熱量不足的問題，以保證大中型沼氣工程系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

1 工程概況

1.1 工程的簡介

蘭州市花莊鎮(zhèn)奶牛場存欄5000頭，由于每天奶牛排泄產(chǎn)生大量糞便，因而采用厭氧發(fā)酵處理排泄物，將發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣進行脫水脫硫后存儲于儲氣罐內(nèi)，經(jīng)沼氣發(fā)電機進行熱電聯(lián)產(chǎn)[15]。該沼氣工程約占地4000 m2，下面是工程設備的一些參數(shù)以及對應的流程，系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)流程圖

1.1.1 牛糞預處理

在牛糞進入酸化池之前進行預處理。首先，將牛糞用攪輪送入，期間加入水進行預混合，水料比約為1∶3，攪輪安裝傾角為25°，進入調(diào)漿池前設置一道格柵，其規(guī)格為長0.9 m，寬0.8 m，格柵間距0.015 m。其次，料液進入調(diào)漿池(高1.5 m，直徑4.7 m)，其目的是防止雜質(zhì)進入酸化池，造成切割泵的損壞。最后，由切割泵泵入酸化池，酸化池為全地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，容積120 m3，起調(diào)節(jié)水質(zhì)及預酸化的作用。

1.1.2 USR厭氧發(fā)酵塔

發(fā)酵塔為地上式圓柱型，半徑4.2 m，高11.2 m，有效發(fā)酵容積550 m3，用于原料的發(fā)酵，通過定期的進料出料，實現(xiàn)連續(xù)產(chǎn)氣。厭氧發(fā)酵塔內(nèi)設置DN50不銹鋼管換熱器增溫，利用發(fā)電余熱對塔體增溫，同時采用多層材料對塔體進行保溫，塔頂側(cè)壁有超壓防護裝置，避免輸氣管道堵塞時塔內(nèi)壓力過大而造成的損失。

1.1.3 沼液、沼渣的后期處理

處理池為全地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，容積200 m3，主要用于沼液沼渣的臨時存儲，處理池配有1臺污水泵，將發(fā)酵完的沼液送往遠處山上，對山上貧瘠的土地土壤進行改良。另外，富余的沼液沼氣站以每噸5元的價格對外出售。

1.1.4 沼氣凈化和收集

從發(fā)酵塔出來的沼氣經(jīng)過一個逆止閥后送入沼氣凈化系統(tǒng)，首先經(jīng)脫水器、脫水后的沼氣進入脫硫器，除去沼氣中含有的H2S氣體。脫硫器采用Fe2O3進行脫硫，脫硫后H2S含量在100 mg·m-3以下。凈化的沼氣進入300 m3的儲氣罐。該儲氣罐為水封鐘罩式，罐體自身高12.6 m?？紤]到鐘罩式儲氣罐的上下移動，塔身分為兩部分，從地面到5.2 m處柜體本身采用混凝土保溫，為圓柱型地上式，5.2 m處到儲氣罐頂部采用聚苯板保溫層，為正八面體型(邊長3.65 m，高7.4 m)。水封鐘罩式儲氣罐工藝簡單，施工方便，檢修周期長，節(jié)省勞力，堅固耐用，壽命長，采用水封，整個罐體在冬天需要進行保溫[16]。在進入發(fā)電機前分別設置4個集水井，分別安置在逆流閥與發(fā)酵塔之間1個，脫硫與儲氣罐之間1個，儲氣罐到沼氣發(fā)電機處兩個，確保進入發(fā)電機前的含水量達標。

1.1.5 沼氣的利用

沼氣發(fā)電機與儲氣罐連接。發(fā)電機組為捷克TEDOM公司生產(chǎn)，型號Cento T88 SPE BIO，電能輸出最大值76 kW，發(fā)電機發(fā)電效率31.5%，進機壓力要求2～3 kPa，甲烷濃度大于50%。沼氣發(fā)電機利用自身的煙氣以及缸套水的熱量加熱外循環(huán)水，外循環(huán)水總的質(zhì)量流量是3 kg·s-1?？紤]到料房和工作間的增溫保溫，因而進入發(fā)酵塔和儲氣罐的外循環(huán)水的實際質(zhì)量流量為2 kg·s-1，溫度記錄冬天外循環(huán)水加熱前和加熱后的平均水溫65℃和45℃，夏天的平均水溫75℃和55℃，平均溫差20℃。整個發(fā)電系統(tǒng)運行時間段為7:30～11:30，14:00～18:00和22:00～24:00，選取牛糞作為發(fā)酵原料TS=8%。

2 系統(tǒng)熱負荷計算

目前，國內(nèi)外在計算大中型發(fā)酵塔的熱量損失包含三部分[17,22]：發(fā)酵塔本身、進出物料和沼氣出發(fā)酵塔攜帶的熱量(這部分熱量所占的比例較小，因而忽略不計)。儲氣罐的散熱量僅包含自身散熱量；因此，此沼氣工程的日平均散熱負荷可認為主要是發(fā)酵塔本身、進出物料和儲氣罐自身散熱損失之和。

QT=Q1+Q2+Q3

(1)

式中：QT為系統(tǒng)總散熱量，kJ；Q1，Q2和Q3為發(fā)酵塔本身、儲氣罐和進出物料的散熱量，kJ。

2.1 發(fā)酵塔散熱量

該工程發(fā)酵塔為地上式圓柱型。發(fā)酵塔的頂部、側(cè)壁和底部的材料及相關參數(shù)如下表1[18-19]：

表1 發(fā)酵塔體材料及相關參數(shù)

發(fā)酵塔總散熱量包括3部分：發(fā)酵塔頂部、側(cè)壁和底部的散熱量。表達式如下[18]：

公式(2)為計算某段時間內(nèi)總的散熱量：

Q1=(Qt+Qs+Qb)t

(2)

式中：Qt，Qs和Qb分別為發(fā)酵塔頂部、側(cè)壁和底部的散熱量，kJ；t為時間，h。

公式(3)為多層平壁熱傳導公式，在此處為計算發(fā)酵塔的頂部和底部的散熱量：

(3)

式中：A為頂部或底部的面積，m2；Tin為發(fā)酵塔內(nèi)料液發(fā)酵溫度，℃；Tj為發(fā)酵塔頂部或底部外部環(huán)境的溫度，℃；δj為發(fā)酵塔各部分結(jié)構(gòu)的厚度，m；λj為發(fā)酵塔各部分結(jié)構(gòu)的導熱系數(shù)，W·m-1K-1。

公式(4)為多層圓筒壁熱傳導公式，在此處為計算發(fā)酵塔的側(cè)壁散熱量:

(4)

式中：T1為側(cè)壁最里層壁面溫度，℃；Tk+1為側(cè)壁第k層壁外表面溫度，℃；rk+1為側(cè)壁第k層保溫層外壁半徑，m；rk為側(cè)壁第k層保溫層內(nèi)壁半徑，m；h∞為外界空氣自然對流換熱系數(shù)，由于蘭州地區(qū)氣候干燥，不考慮水分蒸發(fā)折算的對流換熱系數(shù)，冬季取8.5 W·m-2K-1，夏季取11.9 W·m-2K-1[24]，春秋兩季取兩者的平均值；H為發(fā)酵塔的高度，m。

在分析過程中，由于發(fā)酵塔罐體下埋地下一米，因而在計算過程中，側(cè)壁的熱量計算分為兩部分。在計算過程中各自所處的環(huán)境溫度不同。

2.2 儲氣罐散熱量

該儲氣罐同為地上式圓柱型。由于儲氣罐的上半部分和下半部分采用的材料與結(jié)構(gòu)不同，因而儲氣罐的散熱量計算與發(fā)酵塔略有區(qū)別，如圖2所示[18-19]。

圖2 儲氣罐示意圖

儲氣罐頂部、上側(cè)壁、下側(cè)壁和底部的材料及相關參數(shù)如下表2。

表2 儲氣罐體材料及相關參數(shù)

儲氣罐總散熱量包括4部分：儲氣罐底部、頂部、上側(cè)壁和下側(cè)壁散熱量。

表達式如下[18]：

Q2=Qa+Qb+Qc+Qd

(5)

式中：Qa，Qb，Qc和Qd分別為儲氣罐底部、頂部、上側(cè)壁和下側(cè)壁的散熱量，kJ。

儲氣罐底部和下側(cè)壁散熱量對應的與發(fā)酵塔對應部分的計算方法一致?？紤]到儲氣罐頂部和上側(cè)壁的形狀，散熱量的計算方法為多層導熱。由于對進入內(nèi)燃機沼氣溫度的要求，以及防止儲氣罐中水的凍結(jié)對儲氣罐造成嚴重后果，儲氣罐上側(cè)壁平均壁溫10℃，下側(cè)壁溫度16℃，對儲氣罐從11月到次年3月份進行增溫保溫。

2.3 發(fā)酵塔進料所需熱量

發(fā)酵塔進料所需熱量見公式(6)和公式(7)。

(6)

式中：m為進料量，kg·h-1；Trw為進料的溫度，℃；cp為進料的比熱，kJ·kg-1k-1。

cp=4.17×(1-0.0812TS)[25]

(7)

式中：TS為料液含固率。

2.4 發(fā)酵塔內(nèi)部吸收發(fā)電余熱熱量

發(fā)酵塔內(nèi)部吸收發(fā)電余熱熱量見公式(8)。

(8)

式中:Qe為發(fā)酵塔內(nèi)部吸收發(fā)電機余熱熱量，kJ；cw為外循環(huán)水比熱，kJ·kg-1k-1；qe為發(fā)電機外循環(huán)水質(zhì)量流量，kg·h-1；Te,out，Te,in分別為發(fā)電機二次循環(huán)水進出口水溫，℃；

根據(jù)蘭州市某郊區(qū)不同月份氣溫條件、不同深度的土壤溫度和不同季節(jié)的進料溫度，由上述傳熱學公式計算系統(tǒng)的月平均日需熱負荷如表3。

表3 不同月份系統(tǒng)平均日需熱負荷

3 分析結(jié)果

3.1 投資預算

3.1.1 太陽能集熱器面積計算

太陽能集熱器面積的計算，將直接影響沼氣工程的保溫情況，進而直接影響到整個系統(tǒng)的產(chǎn)氣速率。太陽能集熱器集熱量的計算為系統(tǒng)的總需熱量除去沼氣發(fā)電機余熱產(chǎn)生的熱量。當陰雨天時，太陽能儲熱水箱中有輔助電熱絲為沼氣工程增溫保溫。

集熱器面積計算表達式如下[27]：

(9)

式中:Qre為系統(tǒng)除去發(fā)電機余熱外所需熱量，此處取一月份平均值，kJ；Ae為太陽能集熱面積，m2；HT為傾斜輻射量，單位面積傾斜表面平均太陽能總輻射量，為使太陽能集熱器能夠保證系統(tǒng)全年穩(wěn)定運行，取1月份值計算，MJ·m-2；η為集熱器日平均集熱效率；ηs為管路及熱水箱損失效率，一般取 0.2～0.3；f為太陽能保證率[27-28]。

當集熱器的方位角偏于正南和傾角不等于當?shù)鼐暥葧r，集熱器面積計算式為[27]：

(10)

式中：Ar為補償后的面積，m2；r為補償比。

筆者系統(tǒng)采用真空管集熱器，日平均集熱效率取55%，偏重冬季使用，傾角取51°，查文獻[29]補償比為94%，管路及熱水箱損失效率取0.2，集熱器傾斜面上月平均單日集熱量如下表4所示[30]。

表4 蘭州地區(qū)太陽能保證率為100%的集熱器集熱量

通過計算得出復合增溫保溫系統(tǒng)所需要的太陽能集熱面積是為245 m2，太陽能集熱器的價格為171500元。

3.1.2 沼氣鍋爐的計算

沼氣鍋爐是通過燃燒產(chǎn)生的經(jīng)過脫硫和脫水的沼氣獲取一定量的熱水，與太陽能增溫系統(tǒng)類似，都是通過循環(huán)熱水對恒溫厭氧發(fā)酵塔和儲氣罐內(nèi)部增溫保溫[28]。

沼氣鍋爐產(chǎn)生的熱量表達式如下[31]：

Qb=V×q×ηb

(11)

式中：Qb為沼氣鍋爐的日產(chǎn)熱量，kJ；V為沼氣的日需量，m3；q為單位體積沼氣的熱值，因沼氣的CH4含量為56%，進氣溫度為20℃，故取18.7MJ·m-3；ηb為沼氣鍋爐產(chǎn)熱效率，取80%。

沼氣鍋爐的日供熱量Qb≥QT—Qe=1704.5 MJ，因而需要沼氣的最大日用量是113.9 m3?？紤]到恒溫厭氧發(fā)酵過程中對溫度的限制，筆者選取熱水鍋爐。該工程選取型號為JJ-004，出水量為0.5 t·h-1的沼氣鍋爐[32]。

通過以上計算，在發(fā)電機余熱存在的基礎上，兩種增溫方式的投資估算見表5。

3.2 效果和年收入

通過計算對比發(fā)現(xiàn)在整個系統(tǒng)添加太陽能集熱器之后，所產(chǎn)生熱量完全能滿足該發(fā)酵系統(tǒng)的熱量需求。如圖2所示。

表5 兩種輔助增溫方式的初投資 (元)

圖2 系統(tǒng)日需熱量以及太陽能與發(fā)電余熱日供熱量

通過計算，蘭州郊區(qū)某沼氣發(fā)電工程平均日需熱量7531.9 MJ，太陽能與發(fā)電余熱增溫保溫系統(tǒng)日產(chǎn)熱量7623.4 MJ，完全能滿足整個系統(tǒng)的供熱需求，保證整個系統(tǒng)的產(chǎn)氣速率。

在整個發(fā)酵過程中，當選擇合適的發(fā)酵溫度和進料量時，沼氣產(chǎn)氣率將會達到一個最佳的效果。當進料量為19140 t原料時，產(chǎn)氣量相比歷年同樣進料量多產(chǎn)氣55450 m3，如表6所示。

表6 不同月份沼氣產(chǎn)量、產(chǎn)氣率和進料量

如果遇到陰雨天時，運用蓄熱罐內(nèi)部的電熱絲加熱循環(huán)熱水對整個系統(tǒng)進行輔助加熱。采用不同的輔助增溫方式的年收入情況見圖3(筆者只計算沼氣及發(fā)電收入，沼氣以每m30.85元計，因發(fā)電機的發(fā)電時間基本在用電高峰時期，因此電以每m30.6元計)。

圖3 兩種輔助增溫方式的年收入

通過計算，太陽能的年收入為38813元，沼氣鍋爐的年收入為11913元。

3.3 經(jīng)濟效益評價

在技術(shù)經(jīng)濟學中，對一個項目的經(jīng)濟分析采用的指標很多，有靜態(tài)評價指標(如投資回收期，投資收益率等)；還有考慮資金時間價值的動態(tài)評價指標(如凈現(xiàn)值、凈年值、費用現(xiàn)值與費用年值以及內(nèi)部收益率等)。筆者采用凈現(xiàn)值對兩種輔助增溫方式進行經(jīng)濟評價[33]。

(12)

式中：CF為每年的等額收益，元；PC為初始投資，元；n為設備使用年限，a；i為年利率，取10%。

通過以上計算，兩種輔助增溫方式的凈年值如下表7。

表7 兩種輔助增溫方式凈現(xiàn)值

根據(jù)凈現(xiàn)值最大判斷準則，由表7可知：單從凈現(xiàn)值上看出NPV(太陽能集熱器)>NPV(沼氣鍋爐)，其中太陽能集熱器比沼氣鍋爐輔助增溫凈現(xiàn)值高43.9%?？紤]到國家相關政策、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的前提下，對于目前沼氣工程在發(fā)電機余熱利用不足的情況下應優(yōu)先選用太陽能集熱器。

4 結(jié)論

為解決發(fā)電余熱增溫保溫大中型沼氣工程熱量不足的問題，筆者主要闡述了兩種輔助增溫方式的經(jīng)濟性對比。

(1)相比其它沼氣工程的計算分析，文章考慮到了對于儲氣罐在寒冷季節(jié)的保溫，更加全面的分析了整個系統(tǒng)的供能需求，為沼氣工程在熱量平衡方面提供了更加完善的分析。

(2)當發(fā)電余熱不足時，兩種輔助方式相比，太陽能和沼氣鍋爐兩種輔助方式的初始投資比為3.75∶1，沼氣鍋爐的初始投資相對較低。但輔助太陽能集熱器比沼氣鍋爐增溫方式凈現(xiàn)值高43.9%。

(3)對于西北地區(qū)地處太陽能輻照密集區(qū)，考慮到國家相關政策、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的前提下，當發(fā)電機余熱不足時，沼氣工程輔助增溫方式應優(yōu)先選用太陽能集熱器。

[1] 張 迪, 石惠嫻, 雷 勇, 等.如何保證地源熱泵式沼氣池加溫系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行[J].節(jié)能技術(shù)，2011, 29(1): 9-14．

[2] 任南琪, 王愛杰.厭氧生物技術(shù)原理與應用[M].北京：化學工業(yè)出版社, 2004.

[3] 賀延齡.廢水的厭氧生物處理[M].北京: 中國輕工業(yè)出版社, 1998.

[4] 劉榮厚,郝元元,武麗娟.溫度條件對豬糞厭氧發(fā)酵沼氣產(chǎn)氣特性的影響[J].可再生能源,2006,05:32-35.

[5] 李金平, 柏建華, 李 珍.不同恒溫條件厭氧發(fā)酵的沼氣成分研究[J].中國沼氣, 2010, 06:20-23+55.

[6] 羅光輝, 盛力偉, 丁建華, 等.大中型沼氣工程保溫增溫方法研究[J].農(nóng)機化研究, 2011(9): 227-231.

[7] El MashadHamed M, van Loon Wilko K P, Grietje Zeeman, et al.Design of a solar thermophilic anaerobic reactor for small farms[J].Biosystems Engineering, 2004, 87(3): 345-353.

[8] Massé DI,Masse L, Xia Y, et al.Potential of low-temperature anaerobic digestion to address current environmental concerns on swine production[J].Waste Management Research, 2010, 88(13): 112-120.

[9] 李金平,單少雄,董 緹.地上式戶用太陽能恒溫沼氣池產(chǎn)氣性能[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2015,05:287-291.

[10] 柏建華.太陽能加熱的恒溫沼氣池產(chǎn)氣性能實驗研究[D].蘭州: 蘭州理工大學, 2011.

[11] 王思瑩, 譚羽非.寒區(qū)太陽能和沼氣鍋爐聯(lián)合增溫系統(tǒng)及試驗研究[J].節(jié)能技術(shù), 2011, 29(4): 364-366.

[12] Alkhamis T M, ElKhazali R, Kablan M M, et al.Heating of a biogas reactor using a solar energy system with temperature control unit[J].Solar Energy, 2000, 69(3): 239-247.

[13] 石惠嫻, 王 韜, 朱洪光, 等.地源熱泵式沼氣池加溫系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)工程學報, 2010, 26(2): 268-273.

[14] 羅福強, 湯 東, 梁 昱.用發(fā)動機余熱加熱沼液提高產(chǎn)氣率研究[J].中國沼氣, 2005, 03: 25-26.

[15] 呂增安, 曾邦龍, 魏恩功.熱電聯(lián)產(chǎn)沼肥利用實現(xiàn)沼氣工程良好運行—以蘭州花莊奶牛場沼氣發(fā)電工程為例[G]// 中國農(nóng)村生物質(zhì)能源國際研討會暨東盟與中日韓生物質(zhì)能源論壇，2008.

[16] 甘福丁, 蘇 軻, 魏世清, 伍 琪, 甘偉玲.兩種沼氣儲氣裝置結(jié)構(gòu)及使用性能分析[J].中國沼氣, 2015, 01: 84-86.

[17] Krakat N, Westphal A, Schmidt S, et al.Anaerobic digestion of renewable biomass: thermophilic temperature governs methanogen population dynamics[J].Applied and environmental microbiology, 2010, 76(6): 1842-1850.

[18] 楊世銘, 陶文銓.傳熱學[M].北京: 高等教育出版社,2006.

[19] 英克魯佩勒.傳熱和傳質(zhì)基本原理[M].化學工業(yè)出版社, 2007.

[20] 姚玉英，黃鳳廉，陳常貴，等.化工原理[M].天津:天津大學出版社, 2000.

[21] 陳改芳.重慶市公共建筑能耗模擬與節(jié)能研究[D].重慶:重慶大學, 2007.

[22] 丁向群, 張冷慶, 魯中舉, 沈 潔.膨脹珍珠巖保溫材料的制備與性能[J].沈陽建筑大學學報, 2014, 01: 120-125.

[23] Colangelo F, De Luca G, Ferone C, et al.Experimental and Numerical Analysis of Thermal and Hygrometric Characteristics of Building Structures Employing Recycled Plastic Aggregates and Geopolymer Concrete[J].Energies, 2013, 6(11): 6077-6101.

[24] 劉艷峰,劉加平.建筑外壁面換熱系數(shù)分析[J].西安建筑科技大學學報(自然科學版),2008, 40(03):407-412.

[25] 裴曉梅, 石惠嫻, 朱洪光,等.太陽能-沼液余熱式熱泵高溫厭氧發(fā)酵加溫系統(tǒng)[J].同濟大學學報, 2012, 40(2): 292-296.

[26] 賀靜靜.蘭州地區(qū)土壤源熱泵垂直U型管溫度場數(shù)值模擬研究[D].蘭州：蘭州交通大學,2013.

[27] 裴曉梅, 張 迪, 石惠嫻, 等.太陽能地源熱泵沼氣池加熱系統(tǒng)集熱面積優(yōu)化[J].農(nóng)業(yè)機械學報, 2011.

[28] 魏兆凱, 劉 凱, 王曉洲.沼氣池太陽能增溫技術(shù)研究[J].農(nóng)機化研究, 2009, 31(5): 212-217.

[29] GJBT 960-2006，太陽能集中熱水系統(tǒng)選用與安裝[S]．

[30] 楊金煥, 陳中華, 汪征宏.光伏方陣最佳傾角的計算[J].新能源, 2000, 22(5): 6-9.

[31] 趙金輝, 譚羽非, 白 莉.寒區(qū)太陽能沼氣鍋爐聯(lián)合增溫沼氣池的設計[J].中國沼氣, 2009, 03:34-35，39.

[32] 蒲小東, 鄧良偉, 尹 勇, 宋 立, 王智勇.大中型沼氣工程不同加熱方式的經(jīng)濟效益分析[J].農(nóng)業(yè)工程學報, 2010, 07: 281-284.

[33] 蘇建民.化工技術(shù)經(jīng)濟[M].北京: 化學工業(yè)出版社, 1999．

EconomicBenefitAnalysisonTwoAuxiliaryHeatingMethodsforHeatingofBiogasPlant

/LIJin-ping1,2,3，CAOGang-lin1,2,3,FENGChen1,2,3，YANGAi-rong1,2,3

/ (1.WesternChinaEnergy&EnvironmentResearchCenter,LanzhouUniversityofTechnology,Lanzhou730050,China; 2.GansuKeyLaboratoryofComplementaryEnergySystemofBiomassandSolarEnergy,Lanzhou730050,China; 3.ChinaNorthwesternCollaborativeInnovationCenterofLow-carbonUrbanizationTechnologies,Lanzhou730050,China)

The waste heat from power generation is often not enough for heating of biogas plant in cold season of Northwest region. In this paper, taking the biogas plant in Huazhuang of Lanzhou as example, the theoretical heat demand of each part of biogas system were calculated, and the economic efficiency of two kinds of auxiliary heating (Solar heat and biogas boiler) were analyzed. The result showed that, when the system kept the temperature at 52℃ in summer, and 37℃ in other seasons, the initial investment ratio of two auxiliary heating was 3.75∶1. The net present value of solar auxiliary heating was 43.9% higher. Considering the relevant national policy, economic benefits, environmental benefits and the northwest sunny condition, etc, solar heat collectors was preferred to choose as auxiliary heating mode for biogas project

waste heat power generation； warming and insulation； biogas plant； solar collector

2016-10-08

2017-08-14

李金平 (1977 -)，男，寧夏中寧人，教授，主要從事先進可再生能源系統(tǒng)方面的研究工作，E-mail：lijinping77@163.com

S216.4; TK6

B

1000-1166(2017)05-0050-07