地源热泵系统

地源热泵式沼气池加温系统的概念

近年来,随着农村沼气建设和以沼气为纽带的生态家园技术模式的推广,沼气在实施农业可持续发展战略中发挥了越来越重要的作用。但冬季沼气池产气量很少,甚至不产气的问题,严重制约了沼气在农村的使用和推广,其主要原因是环境温度过低,降低了沼气发酵微生物的活性。
 
由于在一定温度范围内,温度对发酵效率具有正向促进作用, 合理控制温度在未来沼气工程中是非常必要的。一般情况下,沼气细菌在8~60℃范围内都能进行发酵。10~26℃为常温发酵区。在这个温度条件下,池容产气率可达0.15~0.30 m3/(m3·d)(池容产气率指沼气池单位体积每天生产的沼气量);28~38℃为中温发酵区(最适温度为35℃),池容产气率可达1.0 m3/(m3·d)左右;46 ~ 60℃? 为高温发酵区, 池容产气率可达2.0 ~2.5 m3/(m3·d) [2-3]。因此,如果有一种加温方法,能使沼气池的池温在冬天达到并保持在一个适宜的水平,就能保证沼气的产气量,从而促进沼气的使用和推广。
 

目前沼气池加温方式有很多,其中常见的加温方式收稿日期:2009-06-27 修订日期:2009-08-12基金项目:国家科技支撑计划项目(2008BADC4B05);国家科技支撑计划项目(2008BAJ08D0)上海市科委项目(07DZ12050);上海市科委科技发展基金项目(09391910700)但这种方法却以消耗高品位电能为代价,节能性、社会性不理想;太阳能加温系统采用定温控制,通过太阳能集热系统完成热能的采集和传输,由太阳能热水通过螺旋换热管对料液进行加温。


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;化石能源热水锅炉加温是以燃烧煤炭、石油等燃料的热水锅炉为热源,通过换热设备加温发酵料液,使其达到并维持沼气发酵所需温度。燃烧会产生大量的烟尘和有害气体,污染环境,同时能量利用率不高;沼气锅炉加温,即取用系统自身产生的一部分沼气,通过燃烧产生烟气,高温烟气在反应器底部设置的管道中流动,给发酵池加温,常用于高温发酵系统中,该方法加温效率高,同时对设备和操作技术要求比较高。


沼气发电余热加温是在沼气热电联产工程中,利用发电机组发电,同时燃气内燃机将排放将近600℃的气体,高温气体中含有大量的余热,通过余热回收系统中的换热器用余热加温发酵原料,一般只应用于大型沼气工程;燃池式加温是一种设置在地下的进行燃料阴燃的地坑,池中燃料进行慢燃,池盖和池壁表面根据调节可保持在中温发酵所需温度。这种方法一次性投入低质燃料即可燃烧一个冬季,无需人工管理,一般用于户用型沼气工程。

 
从以上6 种常见的加温方式来看各有优缺点,从中等规模养殖场废水治理工程实际出发,目前尚没有比较经济合理、节能环保的加温方式。基于能源利用率和建设成本的考虑,本工程开发了一种全新的沼气池加温方式,即以地热能热源,通过地源热泵加温系统对料液进行加温。