本发明用振荡热管强化稳定沼气产量的方法,由低焓能源系统供给的热水输入在沼气发酵罐内的换热储箱,振荡热管中的工质在穿过换热储箱时与热水进行热交换,被加热的工质穿出换热储箱后再加热沼液;由于发酵罐内有多条振荡热管,汽液柱塞交错分布,在管内产生强烈的往复振荡运动,把热水的热量高效传递给沼气发酵罐内的沼液,以高效率的热量传递提升了沼液的发酵温度。其装置组成包括:沼气发酵罐、换热储箱、振荡热管、温控阀、温度传感器和其他附属设备。使用本发明的方法及装置,热量传递效率高,装置结构简单,能较好的利用低焓能源解决沼气发酵料液冬春季温度低导致沼气产气量大幅下降的难题,且节能、提高经济效益。
1.一种用振荡热管技术强化稳定沼气产量的方法,将低焓能源系统供给的热水输入到固定在沼气发酵罐内壁上的换热储箱,其特征是振荡热管中的工质在穿入换热储箱时与换热储箱内的热水进行热交换,被加热的工质穿出换热储箱后再加热沼气发酵罐内的沼液;由于发酵罐内有多条振荡热管,汽液柱塞交错分布,因而在管内产生强烈的往复振荡运动,把热水的热量高效传递给沼气发酵罐内的沼液,以高效率的热量传递提升了沼液的发酵温度。
2.一种用振荡热管技术强化稳定沼气产量的设备,其特征是包括沼气发酵罐、换热储箱、振荡热管、温控阀、温度传感器、换热储箱的热水进水口和出水口;换热储箱安装在沼气发酵罐内壁上;振荡热管在换热储箱内的部分按U型绕制,在换热储箱外的部分沿沼气发酵罐内壁圆周设制,并固定在发酵罐内壁上,每根振荡热管自形成封闭循环;整个发酵罐系统设置有数个换热储箱和多条振荡热管;换热储箱的热水进水口和出水口均设置在沼气发酵罐外;由设置在发酵罐内的温度传感器将沼气发酵罐内部的温度传送给罐外的温控阀,调节由低焓热源加热的热水进入罐内的流量。
3.如权利要求2所述的用振荡热管技术强化稳定沼气产量的装置,其特征是温控阀为自力式温控阀。
4.如权利要求2所述的用振荡热管技术强化稳定沼气产量的装置,其特征是换热储箱热水进水温度为45°C~65°C。
5.如权利要求2所述的用振荡热管技术强化稳定沼气产量的装置,其特征是振荡热管材质为双相不锈钢毛细管;其内径为2mm~5mm。
6.如权利要求2所述的用振荡热管技术强化稳定沼气产量的装置,其特征是振荡热管内工质为去离子水,充液率为20%~85%,管内需抽真空处理。技术领域
本发明属于沼气厌氧发酵强化、尤其是一种用振荡热管强化稳定沼气产量的方法及装置。
背景技术
温度是影响沼气厌氧发酵产气率的关键因素之一,发酵最适温度为35~40°C。如果要使高浓度物料沼气发酵工程常年稳定运行,保持恒定、高效的产气量,需要对沼气发酵料液的温度进行严格控制,采取适当的加热保温措施,使发酵温度不随环境温度变化而变化。故选择经济高效的加热方式成为发展大中型沼气工程必须解决的问题。目前,国内外规模化大中型沼气工程中较广泛应用的加热方式有:沼气锅炉加热、太阳能加热、地热能加热和沼气发电余热利用加热,除沼气锅炉加热外,其它几种加热方式都属于利用低焓能源。虽然我国低焓能源(有效利用温度45~70°C)十分丰富,但受低温差传热技术的制约,大部分不能得到合理利用。低焓能源热水间接加热沼液的传热温差一般只有10~25°C,这就涉及到热水与沼液的低温差传热效率问题。也就是说,若能改善热水与沼液的传热效率,就能合理利用低焓能源加热沼液,节约能源消耗,提高沼气工程的经济性。振荡热管,又称为脉动热管,它依靠内部介质进行传热,从而使振荡热管的传热系数大幅升高(为普通热管的十几倍甚至几十倍)。因此利用振荡热管作为传热元件的换热器传热系数很大,尤其在较低的温度内换热器仍然能够保证足够的传热系数,这一优点使振荡热管在低温差传热方面优势明显;而且振荡热管换热器制造和安装成本也比普通热管换热器低廉。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种利用低焓能源及振荡热管改善现有沼气厌氧发酵技术、稳定冬春季沼气产气量的用振荡热管技术强化稳定沼气产量的方法及装置。本发明以如下技术方案解决上述技术问题:一种用振荡热管强化稳定沼气产量的方法,由低焓能源系统供给的热水输入固定在沼气发酵罐内壁上的换热储箱,振荡热管中的工质在穿入换热储箱时与换热储箱内的热水进行热交换,被加热后的工质穿出换热储箱后再加热沼气发酵罐内的沼液;由于发酵罐内有多条振荡热管,汽液柱塞交错分布,因而在管内产生强烈的往复振荡运动,把热水的热量高效传递给沼气发酵罐内的沼液,以高效率的热量传递提升了沼液的发酵温度。一种用振荡热管强化稳定沼气产量的设备,包括沼气发酵罐、换热储箱、振荡热管、温控阀、温度传感器、和其他附属设备;换热储箱安装在沼气发酵罐内壁上;振荡热管在换热储箱内的部分按U型绕制,在换热储箱外的部分沿沼气发酵罐内壁圆周设制,并固定在发酵罐内壁上,每根振荡热管自形成封闭循环;整个发酵罐系统设置有数个换热储箱和多条振荡热管;换热储箱的热水进水口和出水口均设置在沼气发酵罐外;由设置在发酵罐内的温度传感器将沼气发酵罐内部的温度传送给罐外的温控阀,调节由低焓热源加热的热水进入罐内的流量。温控阀为自力式温控阀。换热储箱热水进水温度为45°C~65°C。振荡热管材质为双相不锈钢毛细管;其内径为2mm~5mm。振荡热管内工质为去离子水,充液率为20%~85%,管内需抽真空处理。使用本发明的用振荡热管强化稳定沼气产量的方法及装置,热量传递效率高,装置结构简单,能较好的利用低焓能源解决沼气发酵料液冬春季温度低导致沼气产气量大幅下降的难题。是一种节约能源、提高经济效益的有效方法。
附图说明
图1为带振荡热管系统的沼气发酵罐的结构示意图。本图中的沼气发酵罐内设有4个换热储罐(剖视后只能看见3个)。图2为沼气发酵罐中的单根振荡热管绕制形状示意图。图中的单根振荡热管是只进两个换热储箱的结构示意图。图中:1—沼气发酵罐,2—温度传感器,3—温控阀,4—振荡热管,5—换热储箱,6—热水进水口,7—热水出水口
具体实施方式
本发明技术原理如下:沼气最适合的发酵温度为35~40°C。当沼气发酵罐1内的温度小于设定温度时,由温度传感器2反馈到温控阀3,从而开启阀门,使来自低焓能源系统的热水(45~65°C)从换热储罐进水口6进入换热储箱5。在振荡热管4的加热段(即在换热储箱内的振荡热管部分),管壁内的液膜因受热而不断蒸发,导致汽泡膨胀,并推动汽液柱塞流向冷端(即在换热储箱外的振荡热管部分)冷凝收缩,热量传给沼气发酵罐内的沼液使沼液温度上升。由于发酵罐内有多条振荡热管,汽液柱塞交错分布,因而在管内产生强烈的往复振荡运动,把热水的热量高效传递给沼气发酵罐内的沼液(即冷凝段),提升了沼气发酵罐内沼液的发酵温度。由于每根振荡热管都单独形成封闭,管内介质在冷、热端循环交替循环流动,因此整个换热过程是连续自发的进行的。换热后的热水经换热储箱出水口7流回热水系统。当沼气发酵罐内的温度达到设定温度时,由温度传感器(2)反馈到温控阀(3),从而关闭阀门,停止供给热水。下面结合附图实施例对本发明的技术加以详细描述,但本发明的保护范围不受实施例所限制。沼气发酵罐1的直径为1m,高为1.5m。罐内沼液液面高度约为罐高2/3。设计采用2个换热储箱5,换热储箱材质为不锈钢,焊接安装在沼气发酵罐内壁上,并保证换热储箱密封良好。设计采用18根振荡热管4,振荡热管材质为不锈钢毛细管,内径2.4mm,外径4mm,工质为去离子水,充液率为70%,管内经抽真空处理。换热储箱内的振荡热管按U型绕制,换热储箱外的振荡热管沿沼气发酵罐内壁圆周绕制,每根振荡热管形成封闭循环,并固定在发酵罐内壁上。加热沼气发酵罐内沼液时,来自太阳能热水系统的热水(温度55°C)从进水口6流入换热储箱5,与振荡热管换热,换热后的热水经出水口7流回太阳能热水系统。设置温控阀3的作用温度为35°C,当沼气发酵罐内温度小于35°C时,温控阀开启,开始向换热储箱供给热水;当沼气发酵罐内温度大于等于35°C时,温控阀关闭,停止向换热储箱供给热水。应用本发明技术的实施例,沼液试验初始温度为16°C。经过约3.5小时加热后,沼液温度达到35°C,温控阀关闭,停止向换热储箱供给热水。