太阳能沼气工程（精选八篇）
太阳能沼气工程 篇12005 年2月28日第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议《中华人民共和国可再生能源法》的通过和实施,动了包括沼气在内的可再生能源的发展。国家发改委已经制订了到2020 年我国可再生能源中长期发展规划和第11 个五年计划发展目标。其中,治理工农业有机废水的沼气工程到2020 年将达到年产能200 亿m3,按热值计相当于节约2000 万t煤炭。沼气工程在处理农业有机废水的过程需要在一定的温度下才能进行,温度范围一般在10℃～60℃之间。温度对沼气发酵的影响很大,温度升高沼气发酵的产气率也随之提高,通常以沼气发酵温度区分为:高温发酵、中温发酵和常温发酵。中温发酵工艺指发酵料液温度维持在(35±2)℃的范围之间,与高温发酵相比,这种工艺消化速度稍慢一些,产气率要低一些;但维持中温发酵的能耗较少,沼气发酵能总体维持在一个较高的水平,产气速度比较快,料液基本不结壳,可保证常年稳定运行。为减少维持发酵装置的能量消耗,工程中常采用中温发酵工艺,其发酵料液温度为25～30℃。这种工艺因料液温度稳定,产气量也比较均衡。总之,与经济发展水平相配套,工程上采取增温保温措施是要的。太阳能作为地球上资源丰富、收集方便、对环境无任何污染的清洁能源,将太阳能和生物质能的利用结起来,既能满足沼气工程对温度的需求,又能在很大程度上节约传统化石能源,同时减少燃料对环境的污染。
1 我国太阳能资源概况
我国有十分丰富的太阳能资源。据估算,陆地表面每年接收的太阳辐射能约为5×1022J,约相当于17 000 亿t标准煤。从全国年太阳辐射能总量的分布来看,西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西和陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射能量很大,尤其是青藏高原地区,如图1所示。
我国2/3 陆地年日照超过2 200h,年辐射量平均为5 000MJ/m2[3]。因此,我国在大部分地区的建筑物中广应用太阳能热利用技术已经具备了良好的条件,特别对电力紧缺地区具有一定的经济应和社会应[4]。
1)太阳能主要优点包括:
①无地域限制,可直接开发和利用,无须开采和运输;②开发利用太阳能不会污染环境,它是清洁能源之一;③每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿t煤,其总量属现今世界上可以开发的大能源;④根据目前太阳产生的核能速率估算,氢的贮量足够维持上百亿年,而地球的寿命也约为几十亿年,从这个意义上讲,可以说太阳的能量是用之不竭的。
2)太阳能主要缺点包括:
①太阳辐射能流密度很低;②由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响,所以到达某一地面的太阳辐照度间断而且不稳定,这给太阳能的大规模应用增加了难度;③目前太阳能利用的发展水平,有些方面在理论上是可行的,技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置,相对还是率较低,成本较高。
2 太阳能采暖系统类型
太阳能采暖包括以空气为介质和以水为介质的太阳能采暖系统。以空气为介质的太阳能采暖系统一般由空气集热器、蓄热装置、风机、辅助热源以及风道等组成。以水为介质的太阳能采暖系统是太阳能热水系统的进一步发展,其集热率比太阳能空气采暖系统高,通过适当增加太阳能集热器的采光面积,太阳能采暖系统可以和太阳能热水系统联使用,该技术已列入建设部建筑节能技术政策范畴和建筑节能“十五”计划和2010年规划[10]。
2.1 直接太阳能地热系统
直接太阳能地热系统图如图2所示。该系统利用太阳能集热器,包括平板型、全玻璃真空管型和热管型3种集热器吸收太阳能辐射,然后利用循环泵及补水阀给贮水箱提供热能。系统设置两个贮水箱,一个与集热器直接进行热交换,另外一个与辅助热源相连,当太阳能热源不能满足系统负荷时,利用辅助热源增温。
该系统利用水作为储热介质,采暖期可对需要热源的建筑进行采暖,非采暖期可将热水用于饮食或者洗浴等生活热水负荷。系统能够全年充分使用太阳能,但是其不足之处在于有两个贮水箱,空间和成本都有所增加,管路连接相对复杂,热损失较大。
2.2 集热器与采暖回路结换热器系统
集热器与采暖回路结换热器系统图如图3所示。该系统利用太阳能集热器与辅助热源对贮水箱及外置换热器提供热源,集热器可先给辅助热源提供一定温度的热水,这样可以减少辅助热源的热量需求量,贮水箱热水主要用于生活热水负荷输出,采暖负荷则利用外置换热器提供热量输入。
该系统虽然也是利用水作为储热介质,对采暖期供暖以及承担非采暖期生活热水供给,但是系统能够全年充分利用太阳能。其只使用一个保温的贮水箱节约生活空间,同时利用太阳能集热器和辅助热源对外置换热器进行加温,用于采暖负荷的供给,可以有节约系统运行能源的消耗。
2.3 双储水箱系统
双储水箱系统图如图4所示。该系统利用太阳能集热器以及外置换热器同时对采暖贮水箱进行增温。该水箱同时作为生活热水贮水箱及采暖负荷热源。生活热水负荷利用生活热水贮水箱提供,由于生活热水采用单独的贮水箱存储,还可以解决生活热水利用时的不稳定。
该系统把采暖贮水箱作为系统提供热循环主要水箱,同时由于生活热水贮水箱和采暖负荷的热量要求不同可进行灵活操作;但是采用大容量采暖贮水箱对工程造价还是有一定的提高,尤其是在非采暖期系统的热量损失比较大。
2.4 太阳能热水工程与其他工程比较
不同的太阳能采暖系统有不同的采暖果,但是太阳能采暖须联辅助热源才可以完成沼气工程采暖要求。对于不同地区、不同规模的沼气工程会有不同的采暖负荷,利用全玻璃真空管或者平板型集热器可将太阳辐射能转换为系统所需热能,如果是在夏季,可以不用启动辅助热源即能达到沼气工程对温度要求。
太阳能热水系统与其他常规能源热水系统比较如表1[2]所示。表1中数据参考的太阳能热水工程共计150m2,比较数据以太阳能热水工程提供的热量与其他几类热水工程提供的热量相等位为前提。其中,运行能源燃气2元/m3,燃油2.8元/L,电费0.6元/(kW·h)。从表1中可以看出,在15年的使用分析上看,太阳能热水工程要比传统化石能源热水工程要更加环保、节能,所以利用太阳能集热器提供热水是解决传统化石能源短缺的有途径之一。
3 大中型沼气工程采暖利用
大中型沼气工程主要类型包括HCPF,CSTR,UASB和USR等,这几种沼气工程的主要参数如表2所示。
对于不同类型沼气工程,其中主要的部分均为厌氧反应装置,如HCPF的地下流池、CSTR的厌氧反应罐等。有机原料在微生物菌群的作用下,会慢慢分解,后产生清洁的可燃沼气,而此过程重要的一个因素则为反应温度,尽管产甲烷菌群的适温度在50～60℃;但是考虑的工程的经济,目前多采用中温发酵,即为35℃左右,此时产甲烷菌群活较强,同时由于对反应器温度的要求不是特别高,所以对保温材料,锅炉容量都可以得到较大的节约。
本文采用集热器与采暖回路结换热器的方式设计CSTR沼气工程太阳能采暖系统,该系统辅助热源为生物质锅炉,热水主要用于进料原料调质,采暖负荷为厌氧反应器,系统设计如图5所示。
以黑龙江省哈尔滨市阿城同利养殖场大型沼气工程为设计对象,工程CSTR大罐为250m3,采用全玻璃真空太阳集热管为太阳能集热器的主要集热部件,辅助热源采用生物质锅炉,贮水箱置于锅炉房内,CSTR厌氧反应器设计温度为35℃,进料温度控制在40℃,每日进料量控制在10t,干物质浓度为10%,原料进料平均温度为10℃,则热水每日需提供热量为1.26MJ,可利用60℃热水5t进行热量平衡,系统使用20t保温贮水箱为进出料提供热水;CSTR厌氧反应器采用100mm厚苯板保温,反应器内部使用热管为原料增温,考虑到系统散热和出料时的热量损失,工程采用100m2太阳能集热器为系统提供热源。
经测试,在哈尔滨地区采用该集热器可以在非采暖期不使用锅炉辅助热源为系统提供热水及采暖热源,保证进料温度及CSTR内部温度;采暖期联1t生物质锅炉为工程辅助用房进行采暖,同时补充太阳能热水系统热量。
4 结论与讨论
1)我国太阳能资源十分丰富,应该更加高地利用这种清洁能源,采用太阳能集热器收集太阳辐射,集热器高热率可达96%[7]。太阳能热水系统将是未来清洁能源的主要发展趋势。
2)利用太阳能集热器与采暖回路结换热器系统可显著节约太阳能采暖系统的运行费用,利用这种形式设计的太阳能热水采暖系统可满足大中型CSTR厌氧反应器本身及进料的热量需求。
3)大中型沼气工程作为一种能源环保型项目,应充分利用太阳能这种新能源,在此同时,沼气工程应安装相配套的沼气热电联产机组。在我国纬度较低的地区可结沼气发电机组及余热回收装置,以太阳能集热器作为启动热源,以沼气发电机组余热作为辅助热源,可以进一步解决沼气工程所需热能问题;在我国纬度较高的地区在使用热电联产的同时,再结生物质锅炉,非采暖期只利用太阳能及热电联产,采暖期则联生物质锅炉作为辅助热源,以确保沼气工程的顺利运行。
摘要：大中型沼气工程比较经济的发酵温度为(35±1)℃,在我国大部分地区无法在不采暖的情况下达到此温度。为了充分阐述太阳能采暖对大中型沼气工程的可行以及要,从太阳能热利用理论分析出发,结实际太阳能采暖项目的开展,验证了太阳能采暖在大中型沼气工程利用上的广阔应用前景。
关键词：太阳能,采暖,东北地区
参考文献
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太阳能玻璃钢沼气罐 篇2本产品由太阳能供热循环系统和玻璃钢沼气罐构成，采用太阳能热水循环装置和风能带动低速回流泵装置(或电泵循环装置)确保热水在罐内正常循环。同时在玻璃钢沼气罐体装置保温材料，可以保证沼气持续发酵，比传统的沼气池、沼气罐提高了产气量，延长产气期一倍以上。
市场分析
沼气是一种可再生的清洁能源。每立方米沼气的热值相当于5500大卡原煤3.3公斤。乡村户用沼气池每年每户产气量按450立方米计算，一年可节约5500大卡原煤为1.5吨。中国的户用沼气利用技术在世界上一直处于领先水平。从国内看，传统沼气装置主要使用混凝土浇制而成，其结构及施工技术虽然经过多年改进，日臻完善，但仍然存在建池工期长、施工工艺复杂、日常管理不便、维护成本高等问题。而太阳能沼气罐恰恰可以弥补传统沼气装置的不足。
虽然目前市场中有太阳能沼气罐产品，其工作原理是利用太阳集热器吸收热量，提升沼气罐内的温度，进行发酵。但是无法保证持续发酵，产气量不高。本产品采用玻璃钢材质，可以保持沼气罐持续发酵，大大提高了沼气的利用率和产气量。一个沼气装置可以为一位农民每年增收节支900～2000元(一年可以节约3～4吨的秸秆，铁皮保温一吨秸秆的价格为300－500元)。加之我国在2003年就已经出台相关政策鼓励发展农村沼气。因此本产品具有广阔的市场前景。
产品特点
1可以持续发酵，延长产气期一倍以上。
2可以提高产气量一倍以上。
3可以移动，便于运输。
4安装简单。
5强度高、耐腐蚀、抗老化。代理条件及益估算投资规模30万元，进货量没有具体要求，单品的市场售价为1800～2900元／套，单品的毛利润空间为5％~40％。大部分投资主要用于产品广。(因地区消费水平差异，以上数据仅供投资者参考)
投资建议
1有实力的投资者可以采用联办厂的方式，投资额度大约在100万元左右。
2投资者可以将“沼气罐可放置温室大棚”作为产品广过程中的卖点，因为本产品不仅能为大棚内的蔬菜提供优质的肥料，还能提升大棚内的温度。而目前市场销售的太阳能沼气罐都不具备该特点。
太阳能沼气工程 篇3本文提出太阳能和沼气锅炉与沼气池集成组装的系统设计, 通过确定太阳能集热器面积与沼气锅炉联运行的匹配方式, 保持池体温度处于较好的发酵温度, 解决北方寒区冬季沼气无法正常使用的瓶颈问题。
1 太阳能联沼气锅炉加热沼气池系统的设计
太阳能联沼气锅炉加热系统如图1所示。
本系统由集热器、沼气锅炉、温控设施、沼气池等部件组成, 太阳能集热器集热系统与沼气锅炉加热系统采用并联连接, 联向沼气池供热, 采用水为热的载体在系统中循环流动。温度传感器23采集沼气池内的温度, 辐射传感器24采集室外环境的辐射温度, 两个传感器将采集的温度信息传输给水泵控制器4, 水泵控制器4根据采集的温度信息向循环水泵7和8发出开启、关闭及运行状态的控制指令。
2 系统运行方案
系统中太阳能集热器和沼气锅炉并联运行, 循环水泵7、8分别承担两个支路的循环介质流量, 对每一支路来讲是定流量运行, 而对整个系统而言, 运行较为复杂。可以分为以下三个运行工况:
(1) 白天太阳辐射较强时, 太阳能集热器支路提供的热量足以维持相对较小的加热沼气池热负荷时, 启动循环水泵7, 关闭循环水泵8, 对池体加热升温, 多余的热利用池体内部的沼液进行蓄热, 但池体内部温度高于设定上限时, 关闭循环水泵7;
(2) 夜间或太阳辐射较弱时, 太阳能集热器不工作关闭循环水泵7 , 当池体内部温度降到设定温度时启动循环水泵8, 运行沼气锅炉加热支路, 加热沼气池;
(3) 当气候条件介于二者之间时, 同时启动循环水泵7、8, 两支路并联运行, 为沼气池加热, 保证池体内部温度在设定范围内。
沼气池温度的突然变化对产气量有很大影响。大中型沼气发酵工程, 温度是须的监控指标。温度变化超过3℃, 产气会发生明显的变化。因此在系统中辅以温度传感器, 以保持池体内部温度波动维持在3℃的范围内。
3 系统设计步骤
太阳能联沼气锅炉加热沼气池系统在设计过程中, 需要计算的是太阳能集热板面积和沼气锅炉的出力大小。其设计计算步骤如下:
(1) 计算沼气池的热负荷Q0
沼气池的热负荷Q0由两部分组成:投料负荷Q1和散热负荷Q2, 即
Q0=Q1+Q2 (1)
其中:
Q1=Cm (t2-t1) (2)
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式中 Q1——投料负荷, kJ;
个人信息是指以电子或其他方式记录的能够单独或者与其他信息结识别特定自然人身份或者反映特定自然人活动情况的各种信息。个人信息包括1）姓名、出生日期、住址、电话、电子邮件等个人基本资料；2）身份证、护照、驾驶证、工作证、社保证、居住证等个人身份信息；3）基因、指纹、声纹、掌纹、面部识别特征等个人生物识别信息；4）个人信息账号、IP地址、个人数字证书等网络身份标识信息；4）个人健康生理信息；5）职业、职位、工作单位、学历、工作经历、成绩单等个人教育工作信息；6）银行账号、口令、存款信息、房产信息、信贷信息、征信信息、交易和消费记录、流水记录、虚拟财产等个人财产信息；7）通信记录和内容、短信、彩信、电子邮件等个人通信信息；8）通讯录、好友列表、群列表、电子邮件地址列表等联系人信息；9）网络浏览记录、软件使用记录、点击记录、收藏列表等个人上网操作记录信息；10）硬件序列号、软件列表、设备MAC地址、唯一设备识别码等设备信息；11）定位信息、行踪轨迹、住宿信息、经纬度等个人位置信息；12）婚史、宗教信仰、取向、未公开的违法犯罪记录等其他信息。
天眼查资料显示，常州金纬智能装备制造有限公司，成立于2021年，位于常州市，是一家以从事电气机械和器材制造业为主的企业。企业注册资本300万人民币。通过天眼查大数据分析，常州金纬智能装备制造有限公司利信息21条，此外企业还拥有行政许可3个。
Q2——散热负荷, kJ;
C——沼气原料比热, 取4.2 kJ/ (kg·K) ;
t1——进料粪便温度, ℃;
t2——混后温度, ℃;
tf1——池内料粪便温度, ℃;
tf2——池外空气温度, ℃;
A——池体侧面积, m2;
m——进料质量, kg。
(2) 沼气池产气量和富裕沼气量的计算
沼气池产气量采用经验公式进行计算:
G=rV·V (5)
式中 G——产气量, m3/d;
rV——池容产气率, m3/ (m3·d) ;
V—池体容积, m3。
在沼气池产气量中扣除用户消耗的沼气量即为富裕沼气量:
G2=G-G1 (6)
式中 G1——用户消耗的沼气量, m3;
G2——富裕沼气量, m3。
(3) 沼气锅炉出力
沼气锅炉以沼气池中富裕沼气为原料向沼气池系统供热, 能提供的热量为
Q3=rs·q·η (7a)
式中 Q3——沼气锅炉日供热量, kJ;
rs——沼气日剩余量, m3/ (m3·d) ;
q——每立方米沼气的发热量, 21 509 kJ/Nm3;
η——沼气锅炉热率, 取80%。
(4) 太阳能集热系统集热板面积的确定
在本系统中, 沼气池的热负荷中扣除沼气锅炉提供的热量, 其余部分热量由太阳能集热系统提供。
Q4=Q0-Q3 (7b)
式中 Q3——太阳能集热系统日供热量, kJ。
定义太阳能系统的保证率f为系统总负荷中太阳能所担负的百分数, 即
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太阳能系统的保证率与太阳能集热板面积间存在以下关系:
手机：18632699551（微信同号）f=0.0073A-0.000 018 8A2+0.000 000 016A3 (9)
根据式 (9) , 即可确定太阳能系统中集热板的面积。
4 设计实例
作者为哈尔滨地区年出栏1 500头的集约化养猪场进行了实际的系统设计, 利用养殖场的猪粪便为原料, 设计沼气发酵系统, 修建沼气站, 为周边100户农户供气, 室外空气温度取哈尔滨地区一月平均温度-18.7℃。新投料质量3 292 kg, 进料粪便温度20℃, 混后温度35℃, 则投料负荷:
Q1=CmΔT=4.2×3 292× (35-20) =207 270 kJ
通过模拟结果知, 沼气池散热负荷:
Q2=691 200 kJ
则沼气池总负荷:
Q0=Q1+Q2=898 470 kJ
取每天的池容产气率rV=1.5 m3/ (m3·d) , 池体容积V=115.39 m3, 则系统日产沼气量:
G=rV·V1=115.39×1.5=173 m3/d
我国农村5口人的家庭, 每天煮饭、烧水约用气1.5 m3;本设计拟订为100户农户供气。日需用气量G1=150 m3, 剩余沼气量:
G2=G-G1=173-150=23 m3
根据沼气日剩余量, 算得由沼气锅炉为加热沼气池提供的热量:
Q3=rs·q·η=23×21 509×0.8=375 765 kJ
集热器需提供的集热量:
Q4=Q0-Q3=898 470-395 765=502 705 kJ
太阳能保证率的计算:
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根据公式 (9) , 在f=55.9%时, 可以算得太阳能集热器面积A=100 m2。
因而该系统终确定为:为100户农户供气的沼气系统, 在沼气容积为115.39 m3, 沼气锅炉出力在395 765 kJ, 太阳能集热器面积为100 m2即可正常运行。
5 结论
通过本文的系统设计和实例计算, 证明太阳能—沼气锅炉联加热系统在北方严寒地区是可行的。本系统中充分利用太阳能为池体加热, 可以保证沼气池高产、高运行, 有处理养殖粪污, 改善养殖区居住环境, 具有较好节能、环保。
参考文献
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太阳能沼气池智能检测与控制系统 篇4发展沼气是开发替代能源的重要途径之一,广沼气是建设生态型生活和生产的关键环节[1,2]。将太阳能更为有的转化为发酵装置可获取的能量,使其较好地稳定在沼气发酵的理想温度范围内。太阳能沼气池运用智能控制实现恒温加热,定时搅拌,智能控制,远程控制,达到对清洁能源的高利用[3,4]。系统以太阳能电池板吸收太阳光产生的电能为主,电网电能为辅,通过沼气罐内置的电加热片来维持罐内的恒温环境,来提高罐内的发酵温度。
1 沼气发酵的基本条件
厌氧环境是沼气发酵的备条件,沼气微生物的核心菌群是甲烷菌群,对氧气特别敏感,在其生长、发育、繁殖、代谢等生命过程中都不需要氧气,空气中的氧气会抑制其生长发育。发酵原料的碳氮比一般要制在25~30:1之间,通过调整以上两种原料比例来控制,沼气适宜酸碱度为6.5~7.5之间[5]。
2 太阳能沼气池智能监控系统方案设计
系统选用S7-200系列PLC作下位机,选用模拟模块实现对现场模拟量数据的采集,通过数字量接口控制相应设备来修正沼气池内各种参数范围。系统加入手动调节和远程监控环节,实现远程控制现场各种操作,完成现场参数实时记录,临界值预警等功能,如图1所示。
设计有4个数字量输出,8个数字量输入和2个模拟量输入,选取CPU222,模拟模块选用EM231,RS485总线通讯方式实现设备连接。
2.1 智能恒温模块
智能恒温模块是实时纠正池内温度与预设温度的偏差,采用双金属片控温加热棒,PT100作为温度测量元件。PT100信号经温度变送器转变成4~20ma标准电流送入模拟量输入模块。系统有温度显示模块,实时显示沼气池内温度。
2.2 防涨池模块
农村小型沼气池内正常工作气压以≤8个大气压,池内大气压限值≤12个大气压。压力仪表选用量程在0~0.6MP的数字压力远传表BD-801Y,变送输出为4~20ma标准电流信号。智能减压环节主要靠沼气池内压力检测值与设定值比较来决定电动阀的开启关闭时刻,电动阀选择防爆系列电动阀。
2.3 智能节能系统
智能节能系统是利用自动恒温模块和压强检测模块相互配来实现减少能源损失的。当沼气池内压强在8大气压强以下时,池内加热器将维持30℃左右的温度,保证池内菌群保持较高的产气率;当池内压强在8~11个大气压强之间时,温度保持在15℃左右,使池内菌群保持较低的产气率,维持池内气压稳定,保护沼气池壁的作用;当池内压强在11~12个大气压之间时,维持温度在5~10℃左右,能使产甲烷菌群几乎不产气,达到控制沼气压强,减少能量的损失;若沼气池内压强高于12个大气压强,处理器启动排气管的上的电动阀,将一部分沼气排除沼气罐。
2.4 防结壳系统
考虑池内存在大量可燃气体,对于大中型沼气池,采用增安型防爆电机置于沼气池外部提供动力;小型农用沼气池,因沼气储量不大,采用防爆等级低的微型隔爆型直流电机。
3 太阳能沼气池智能控制系统软件设计
控制部分由上位机和下位机构成。下位机实现程序设置、端口功能和I/O接线设置。上位机完成对下位机采集的现场参数实时显示、记录保存、临界值预警、远程操作,如图2所示。
采用组态王实现监控功能。组态画面包含池内温度记录的实时趋势曲线、历史温度曲线。为保证系统的运行稳定和安全,设计报警记录,并在一定时间内保存报警事件发生的时间、类型等相应的信息。
4 结论
对设计的主要功能部分,进行了实物的连接,程序制作。包含有智能恒温部分,防结壳部分,和远程监控部分的实物制作。经过软硬件结的实物模型制作,验证了本系统能够可靠稳定运行。
参考文献
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太阳能沼气工程 篇5能源是人类社会进步和经济发展的基本要素。能源问题是当今世界政治与经济事物中一个很敏感的问题,世界各国都把能源问题摆在国民经济的位,并作为重要课题来研究。沼气技术的应用为解决能源危机提供了有途径。沼气技术能减少和降解有机污染物,是回收能源的生物处理方法。其不仅充分理地利用了各种工农业废弃物,持续稳定地发展了农业生产,而且又保护和改善了农业生态环境,维护了农业生态平衡。
目前,我国的沼气生产主要集中在农村。采用地下建造沼气池的方式生产沼气,发酵温度大都采用常温发酵。随着一年四季气温的变化,池温变化较大,产气率的变化也大[1],这将严重影响人们稳定利用沼气的需要。而对于小城镇来说,由于受地理条件的限制,无法建造地下沼气池。针对以上情况,经过课题组这几年来的努力,成功研制出在地面上使用的具有自动加热恒温系统的沼气反应装置,并对该装置进行了运行试验分析。
1 新型太阳能恒温沼气反应装置的简介
本装置利用太阳能加热,环保清洁,可以消除自然气候对发酵的影响,实现全天候恒温高发酵。该装置不仅拆装、维修、移动便利,自动化程度高,而且有利于提高沼气在高寒、边缘能源匮乏地区的普及率,从而能够更大限度地利用沼气能,对进农业环境建设、确保畜牧业可持续发展具有重大的现实和长远的意义。
1.1 结构组成
新型太阳能加热恒温沼气反应装置主要由太阳能加热恒温系统、热水缓冲器、发酵反应罐、储气恒压罐、进排料装置及搅拌综系统、温度智能控制变送仪、导气管、安全阀和其他附属部件等组成。新型太阳能加热恒温沼气反应装置结构示意,如图1所示。
1.太阳能热水器2.温度智能控制变送仪3.螺旋加热器4.反应罐5.压力表6.安全阀7.产气管8.压力表9.用气接口10.储气恒压罐11.污泥泵12.阀门13.水泵14.温度传感器15.热水缓冲器16.电磁水阀
1.2 工作原理
工作时,先将太阳能加热恒温系统中的温度智能控制变送仪设定加热温度,冬季设定为35℃,夏季设定为54℃,然后将太阳能热水器中加满水,利用太阳能将水加热到高温度。此时,打开水泵,使热水在换热器及其附属结构中循环流动,加热料液,当料液温度达到所设定的温度时,由太阳能加热恒温系统断开电源,水泵停止工作,并关闭相应的电磁水阀,系统停止加热。当反应器由于向外放热和其他因素的影响,而使料液温度降低时,太阳能加热恒温系统启动水泵和开启相应的电磁水阀,再次向料液加热,直至达到所要求的温度。这样使料液始终保持在恒定的温度,满足沼气高发酵的需要。
进料、排料和搅拌由同一套综系统完成,其结构示意如图2所示。
装料时,将进料管接到进料管接口上,关闭阀门2和4,打开阀门1和3,启动污泥泵,料液经污泥泵、主管进入到反应罐;排料时,将排料管接到排料管接口上,打开阀门2和4,关闭阀门1和3,启动污泥泵,将料液排出;搅拌时,关闭阀门1和4,打开阀门2和3,启动污泥泵,料液经反应罐、主管、污泥泵中循环流动,起到搅拌料液的作用。
2 运行试验分析
2.1 运行条件
采用新疆阿克苏农一师九团鱼塘污泥,添加适量纤维素后于(35±1)℃条件下恒温水浴驯化培养48h,取用塔里木大学实验农场的牛粪为原料(TS=25.58%)。该试验在塔里木大学机械实验室(冬季,室内温度为:20℃)进行,料液浓度适当调整为10%,纤维素酶用量按照1~1.5g/L添加,并在料液中添加适量尿素、碳酸钙调节p H值调至7.0,进料的COD=13 451.21mg/L。
2.2 试验过程观测
通过对整个试验过程观测得知,发酵启动时间在投料3天后有微量气体产生,产气高峰出现在投料后14天左右,日产气量>0.65m3。为了达到连续运行果,根据载体设计得到理论HRT=12天,在投料后26天左右通过排料系统排出部分料液0.1~0.2m3,通过进料系统加入相同体积新鲜料液,产气量略有降低大概在0.65~0.7m3,但是在2天以后持续高峰持续在0.8~0.95m3,该阶段持续了22天左右,随后气体有较小降低,从开始投料到结束连续运行55天左右。累计产气高峰期34天,日产气量平均为0.89m3,此时,检测出料COD=3 673.14mg/L,物料降解率较传统发酵池提高13.6%。试验结果表明,连续进料及出料能够很好地保证装置的正常启动及运行,并且物料降解较充分。利用所产气体进行了热能试验,在产气高峰期时,按照10min烧开5~6L开水的速率,在集中时间1h内可以提供30L开水用量,同时观察到火焰兰色,火势旺盛,并和色谱比较能得出来甲烷含量在60%以上。
2.3 测试数据分析
经试验测试得到沼气的成分情况,如表1所示。
由表1可知:该沼气装置进行恒温(中温:35℃)发酵,其热值也明显得高于标准沼气,其甲烷的体积百分含量高于标准沼气11%之多。
2.4 反应罐内压力对产气量的影响分析
经过试验,罐内压力对沼气产气情况的影响结果,如表2所示。
由表2中可知,压力的变化对产气量的影响并不具有明显的规律。但是,若压力变化过大,产气量的波动亦很大;当压力变化为0时,产气量大为0.951m3,此时的压力表读数为6k Pa。因此,为了使产气果佳,应尽可能地控制压力使其稳定在某一范围之内(5~6k Pa)。
2.5 装置能分析
按照试验条件和试验过程观测,该沼气反应装置结构设计理,设备完善,能优良。进料、排料及搅拌流畅;及时充分利用太阳能加热,恒温保温果好,能量利用率高,物料降解充分;反应罐不会产生漏水和漏气现象,密封能好,而且防腐蚀能力强。经试验表明,该装置各部分强度、刚度和稳定满足,设计要求。
3 结论
经过运行试验,新型太阳能恒温沼气反应装置结构设计理,高产气率为0.849m3/m3·d,是传统沼气池产气率的2倍多(传统池的产气率为0.350m3/m·d),总体率较高,完全可以取代传统沼气池。本装置能优良,安装、维修、移动快捷方便,无漏水和漏气现象,同时发酵速度快,产气量高及甲烷含量高,充分有地应用了生物质能,其经济益、社会益及生态益都十分显著。
摘要：针对自然气候温度的变化,影响传统沼气池的产气率和沼气使用率的问题,设计开发了一种新型太阳能恒温沼气反应装置。该装置利用太阳能加热,消除自然气候对发酵的影响,自动控制温度,实现全天候高发酵,且拆装、维修、移动快捷方便,自动化程度高。通过对该装置运行试验分析,结果表明:该装置结构设计理、能优良,发酵速度快,产气率高以及沼气成分中甲烷含量高。该装置有利于促进农村沼气能源新技术的广,提高农村生物质能的利用率。
关键词：太阳能,沼气,产气率
参考文献
[1]张全国.沼气技术及其应用[M].北京:化学工业出版社,2005:69-73.
[2]于海明,周岭,丁羽,等.高沼气反应器中自动恒温加热系统的设计[J].农机化研究,2006(11):187-189.
[3]丁羽,周岭,李传峰.新型太阳能恒温沼气反应罐的设计[J].农机化研究,2007(3):49-53.
[4]丁羽.太阳能加热沼气反应装置的设计及参数选择[J].农机化研究,2008(8):69-71.
太阳能光伏电加热沼气池系统的设计 篇6一、系统简介
太阳能光伏电加热沼气池系统组成如图1所示。系统由太阳能电池板、蓄电池、电加热—换热器、沼气池、控制系统等组成。采用太阳能发电, 蓄电池储能, 电加热器作为热源, 用水作为换热热媒进行流动换热, 利用温度传感器对沼气池内温度进行监控, 对加热系统和循环系统进行控制。
二、解决方案
㈠影响沼气池发酵温度的因素
料液自身的热量Q1, 升温所需的热量Q2, 散失的热量Q3 (包括升温转换损失、系统散热损失) , 料液排放带走的热量Q4。只有当Q1+Q2=Q3+Q4时, 系统才能达到热平衡, 保持温度不变;当Q1+Q2>Q3+Q4时, 系统才能升温。系统热量平衡是一个动态平衡, 当散失热量增大时, 就须给系统增加热量, 以保持热量平衡, 达到使沼气池保温、增温、持续发酵的目的。
㈡应对措施
综现有工程的调查情况, 在工程设计时可以考虑如下给沼气池保温、增温的措施。
1. 保温措施。
冬季北方寒区冻土层一般约为1.5米~1.9米左右, 沼气池大多采用卧于地下的结构, 沼气池体围护结构外表面用100毫米~150毫米厚的聚苯板或聚氨酯泡沫板对池体进行保温。
2. 增温措施。
为保证沼气池具有稳定的产气率, 一般工程设计运行温度为35℃左右 (中温发酵) 。一般沼气池的保温、加热采用池内设置加热盘管, 以热水作为热媒进行换热, 对沼气池保温、加热。但因盘管表面遇沼渣易结垢, 会降低换热率, 维修时需清空沼气池, 造成停产。从实际工程看, 外部换热更易于维护, 使用方便, 可以使料液在进入沼气池前被加热, 也可以用于沼气池内的料液保持恒温。即用泵把料液抽出经过换热器, 再回到沼气池, 同时对沼气池起到搅拌作用。牛粪含纤维多, 为防止堵塞, 螺旋板式换热器果较好。为防止换热器结垢, 热媒循环水水温须保持在65℃以下。原料加热时应把进料温度加热到比设计运行温度高2℃~3℃。
保温、加热热源来自两个方面:一是如果沼气用于发电, 可以利用发电产生的余热加温;二是如果沼气用于其他用途, 且项目所在地在缺电的农牧区 (如甘南州的部分地区) , 则采用太阳能光伏发电, 用电对热媒进行加热, 同时给换热循环系统的水泵提供能源保障。太阳能所发的电可通过蓄电池储存起来, 在夜晚和阴雨雪天依然可提供可靠的热源, 比太阳能热水集热器更胜一筹, 且不再增设其他辅助加热设施 (如燃煤锅炉等) 。由于采用光伏发电的电能加热, 所以很容易实现对供热、换热系统的自动控制。
三、沼气池保温、增温设计步骤
太阳能光伏电加热沼气池系统在设计过程中, 需要计算沼气池的热负荷, 根据沼气池的热负荷计算电加热器的出力大小, 再根据电加热器的功率和其他用电设备的功率确定太阳能光伏发电系统的容量。其设计计算步骤分如下三步。
㈠计算沼气池的热负荷
沼气池的散热损失:
式中:Q1为沼气池进出料的散热量, Q2为沼气池池壁与外界的散热量。
其中:Q1=Cm (t2-t1) ;Q2=Aql
式中:C为沼气原料比热, 取4.2千焦/千克·℃, m为进料质量, t1为进料温度, t2为池内料液温度, A为池壁面积, ql为池壁传热系数, 由暖通业提供或通过实验确定。
㈡计算电加热器的功率
根据所需的热负荷Q, 计算电加热器的功率:
式中:η1为电加热器的率, 取0.9;η2为换热器的率, 取0.8。
㈢计算太阳能光伏发电系统的容量
太阳能电池板设计的主要原则是满足负载的每日用电需求, 在独立光伏系统中没有备用电源在天气较差的情况下给蓄电池进行再充电, 所以在计算系统容量过程中要以该地方光照恶劣季节里的负载需求来计算, 保证系统可靠运行。
计算太阳能电池板数量的基本方法是用负载平均每天所需要的能量 (按时数) 除以一块太阳能电池板在一天中可以产生的能量, 即太阳能电池板日输出 (按时数) , 这样就可以算出系统需要并联的太阳能电池板的数量,
1. 太阳能电池板数量的计算。
一块太阳能电池板日输出 (Ah) =一块太阳能电池板大工作点电流 (A) ×太阳日辐射小时数 (h)
在计算太阳能电池板数量时, 系统工作电压一般取负载工作电压的1.4倍, 系统日输出量一般取负载日耗电量的1.25倍。
2. 蓄电池容量。蓄电池容量的计算公式为:
式中:C为蓄电池容量计算值, 千瓦时;Eo为平均每天用电量, 千瓦时;D为保障期, 取为3天;Dd为蓄电池放电深度, 取0.7;η为逆变器率, 取0.85。
蓄电池数量的计算:
3. 控制器选择。
控制器全称为太阳能充放电控制器, 是控制太阳能电池方阵对蓄电池充电以及蓄电池给负载供电的自动控制设备, 能自动防止蓄电池过充电和过放电。它对蓄电池的充、放电条件加以规定和控制, 并按照负载的电源需求控制太阳电池组件和蓄电池对负载的电能输出, 是整个系统的核心控制部分。选择智能型太阳能控制器, 其采用工业级芯片, 具有过充、过放、过载保护、短路反接控制、交直流输出等功能。
4. 逆变器容量。
根据负载的类型确定逆变器的功率和相数, 根据负载的冲击决定逆变器的功率余量。对于独立光伏发电系统, 当负载的种类不可能完全预知时, 选用逆变器的时候要有适当的余量, 以保证系统的耐冲击和可靠。
逆变器功率容量计算公式:
式中:CN为逆变器功率容量;K为安全系数, 取1.2;m为考虑感或容负载启动引起冲击电流而附加的因子, 取1.2;P为负载功率。
四、结论
通过对沼气池保温、增温的措施分析, 得出以下结论:一是应尽量建池较深 (超过冻土层深度) , 减少热量散失;二是沼气池要采取要的保温措施, 减少热量散失;三是在工艺设计时要考虑进料时的热量交换, 设置原料预处理池。在预处理池内不仅对原料进行预处理, 而且同时对原料进行预加热, 降低原料与沼气池内的温差;四是利用绿色能源对热媒进行加热, 控制方便, 并优化换热方式, 提高换热率, 达到沼气池在寒区冬季持续稳定的运行。
本系统中采用太阳能光伏发电, 利用蓄电池进行储能, 克服太阳能集热器的不足, 可满足夜间对沼气池加热、保温需求, 在高寒、缺电的农牧区是可行的。此外, 能保证沼气池高产、高运行, 有处理养殖粪污, 改善生产环境, 具有绿色、环保、生态、节能、减排等多重优点, 有着良好的发展前景。
摘要：针对甘肃省甘南地区冬季气温低而产生的沼气池产气率低, 甚至出现沼气池池体冻裂等问题, 提出采用太阳能光伏发电—电加热为沼气池供暖加热, 保持池体温度处于较好的发酵温度, 解决寒区冬季沼气无法正常使用的问题。
太阳能加热型玻璃钢沼气池的研制 篇7关键词：太阳能,玻璃钢,沼气池,热水循环系统
0 引言
目前,我国北方农村家用沼气池大部分采用立式圆形水压式池型,具有构造简单、施工方便以及造价低廉等优点,但对防渗漏要求比较高,而且在冬春两季气温低,产气率会大大下降,不利于家用沼气池的广应用[1]。利用太阳能给沼气池加热保温,消除气候条件对发酵的影响,建立有机废物高气化的发酵条件,可以有地提高沼气的产气率。为此,设计了小型分体式太阳能高玻璃钢沼气罐,并用太阳能热水循环系统提高玻璃钢沼气池的罐体温度和产气率,能较好地解决北方冬春季产气问题,为沼气池型的进一步理设计和改型开辟了广阔的前景。
1 玻璃钢沼气池的总体结构及能参数
1.1 沼气池的结构组成
玻璃钢沼气池罐体的结构如图1所示。
1.出料口 2.入料口及水压间 3.罐体上半球 4.罐体下半球
玻璃钢沼气池罐体由出料口、入料口、水压间、罐体上半球和罐体下半球组成。罐体的上下半球用螺栓连接,并在上下半球连接面和螺栓两头的外表面上涂上与玻璃钢的机体材料相同聚酯树脂,同时起到密封和防锈的果。导热装置内嵌在玻璃钢罐体下半球的夹层内,并填入聚酯树脂,来增强罐体的强度及导热
1.2沼气池的能参数
沼气池罐体的容积为6 m3,其产气率为0.25 m3/m3·d。在-15～-5℃环境条件下,罐内的沼液温度≥25℃。
2 沼气池的结构计算
沼气池的结构计算主要包括上下罐体的受力分析、罐体壁厚的计算和强度校核等。
2.1 玻璃钢沼气池罐体的受力分析
2.1.1 罐体上半球
对于罐体的上半球而言,空池状态为不利情况[2],此时的径向应力载荷包括池盖自重(q1)、覆土载荷(q2)和地面活载荷(q3)。对于池盖环向应力而言,无地面活载荷的产气状态为不利情况,此时的载荷有池盖自重(q1)、覆土载荷(q2)和气压载荷(q4)。罐体上半球受力分析如图2所示,其内力受力如图3所示。
2.1.2 罐体下半球
对于罐体的下半球而言,空池为不利的情况,此时载荷为池底地基反力(p4)。罐体下半球受力分析如图4所示。
2.2 玻璃钢罐体壁厚的计算球形罐体壁厚为[3]
式中 t—球形罐体壁厚(cm);
P—设计压力(N/cm2);
R—球的半径(cm);
[σy]—设计温度下所用玻璃钢的环向许用拉伸 应力(N/cm2)。
经计算,球形罐体的壁厚应大于3.2 mm,本设计取t=4 mm。
2.3 玻璃钢罐体的强度校核
以上半球罐体为例对罐体强度进行校核。玻璃钢沼气池的活动盖口半径为r,将活动盖口至池盖支座间的半张角之差5等分,令其计算点的半张角为Ф1、Ф2、Ф3、Ф4、Ф5和Ф6。
由Ф1=arcsin(r/R)和Φ6=90°,计算得出ΔФ=(Ф6-Ф1)/5,则有
Φ2=Ф1+ΔФ
Ф3=Ф2+ΔФ
Ф4=Ф3+ΔФ
Ф5=Ф4+ΔФ
计算各半张角处在不同载荷作用下的载荷集度,进行应力组,求得上罐体大径向应力和大环向应力均为10 512.1N/m。根据玻璃钢罐体的加工工艺,按式(2)和式(3)进行校核,其抗压强度≤180 MPa、抗拉强度≤60 MPa即可。
式中 Nψ—径向应力(N/m);
Nr—环向应力(N/m);
σφ—抗压强度(MPa);
σr—抗拉强度(MPa);
S—安全系数,一般取S=4～6。
经计算得出,σφ≤160 MPa,σr≤60 MPa,故满足强度要求。
3 太阳能热水循环系统传热计算
在进行玻璃钢沼气罐体加热部分计算时,假设加热部分及导热管内的水温为55℃,是恒定值,沼液的密度为0.95×103 kg/m3,不考虑升温过程中沼气池本身的散热损失。以秦皇岛地区冬季(气温在-15～-5℃)为例,对太阳能加热循环系统进行传热计算。
太阳能加热装置传给沼液的热量Q[4]为
式中undefined;
ψ1=K×A(t1-t2);
ψ2=K×A(t1-t3);
K—总传热系数(W/m2·K);
A—总传热面积(m2);
t1—加温装置温度(℃);
t2—沼液加热前温度(℃);
t3—沼液加热后温度(℃);
T— 沼液加热时间(s)。
通过计算,总的传热系数为K=83.86 W/m2·K,总的传热面积为A=0.702 m2,平均热流量为ψ=2 119.27 W,每天的传热量为Q≈1.831 04×108 J,沼液温度升高值为9.607℃。
4 结束语
所设计的太阳能玻璃钢沼气池由热水循环系统和玻璃钢沼气罐两部分组成。罐体采用玻璃钢材料,采用保温材料将罐外设保温层,罐体内嵌导热管作为循环管路,罐体壁厚为4 mm,局部厚度为6 mm。经检验,池内充气压力为9.2 kPa,24 h无压降,满水负荷24 h无渗漏,符密封能要求。加载至6 t时,玻璃钢罐体无破裂、破损、漏气和漏水现象,满足承载能力要求。采用基于太阳能热水器的热水循环系统对沼气池加热,可以在冬季温度为-10℃时使沼液温度达到25.4℃左右,确保了在冬季温度较低的情况下也能正常产沼气,实现一年四季正常产沼气的目的。因此,该太阳能玻璃钢沼气池对北方地区广沼气工程具有一定的动作用。
参考文献
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[2]吕杰,梁金喜.摘抗碱玻璃纤维增强水泥扁球形沼气池结构设计与计算[J].肥工业大学学报,1997,20(6):29-34.
[3]李卓球,岳红军.玻璃钢管道与容器[M].北京:科学出版社,1990.
沼气工程电气设计探讨 篇8沼气可用于照明、发电、做饭、洗澡, 沼气生产过程中产生的沼肥 (包括沼液和沼渣) 可作为优质有机肥提供作物营养, 刺激和调节作物生长, 进而提高农作物产量, 改良土壤, 改善整个农业生态环境。沼气的应用是解决农村能源的重要途径, 也是解决有机废物的环保方法。当前, 沼气工程的设计与建设越来越多, 本文对部分类型沼气工程的设计做了一定的概括和总结。
2 沼气的特
沼气是在厌氧条件下利用人畜粪便、秸秆、污泥、有机工业废水等各种有机物在密闭的沼气池内, 由发酵微生物分解转化成的气体。沼气是无色无味的气体, 含有50%~70%甲烷 (CH4) 、30%~40%二氧化碳 (CO2) , 还有少量的氢气 (H2) 、氮气 (N2) 、一氧化碳 (CO) 、硫化氢 (H2S) 、氨 (NH3) 等。可见, 沼气的主要成分是甲烷 (CH4) , 所以根据甲烷 (CH4) 的理化参数 (见表1) 来分析沼气的特。
由甲烷的理化参数可以看出, 甲烷是易燃易爆气体。甲烷在爆炸混气体中的分级、分组见表2。
3 沼气工程设计依据
《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB 50058—1992
《工业企业照明设计标准》 (GB50034—92)
《供配电系统设计规范》 (GB50052—2009)
《民用建筑电气设计规范》 (JGJ16—2008)
《建筑照明设计标准》 (GB50034—2004)
《建筑物防雷设计规范》 (GB50057—2010)
《电力工程电缆设计规范》 (GB50217—2007)
《建筑设计防火规范》 (GB 50016—2006)
4 沼气生产车间环境的分类及设备选型
4.1 沼气生产车间环境的分类
4.1.1 以粪便生产沼气
生产车间:进料间、固液分离间、出料间、砂滤间、沼液罐、一体化发酵罐、净化间、锅炉房、发电机房。辅助用房:配电、控制室、会议室、休息室为一般房间。
根据各个车间的生产工艺, 将进料间、固液分离间、出料间、砂滤间确定为潮湿场所;根据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》 (GB50058—1992) , 将沼液罐边缘外3m内、一体化发酵罐边缘外3m内、净化间、锅炉房内从地面到锅炉的燃烧器垂直上方7.5m, 燃烧器两边水平15m范围内确定为爆炸气体环境2区, 将罐体的放散管、呼吸阀管帽1.5m半径范围内 (随压差而变) 确定为爆炸气体环境1区;发电机房为一般环境场所。爆炸和火灾危险环境在通风良好的状态下可降低一级。
辅助用房:配电、控制室、会议室、休息室为一般环境场所。
4.1.2 以秸秆生产沼气
生产车间:秸秆预处理车间、固液分离间、出料间、厌氧发酵罐、沼液罐、落地储气膜、净化间、锅炉房、发电机房。辅助用房:配电、控制室、会议室、休息室为一般房间。
根据各个房间的生产工艺, 将固液分离间、出料间确定为潮湿场所;根据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》 (GB50058—1992) , 将秸秆预处理车间确定为火灾危险环境22区, 将厌氧发酵罐边缘外3m内、沼液罐边缘外3m内、落地储气膜边缘外3m内、净化间、锅炉房内从地面到锅炉的燃烧器垂直上方7.5m, 燃烧器两边水平15m范围内确定为爆炸气体环境2区, 将罐体的放散管、呼吸阀管帽1.5m半径范围内 (随压差而变) 确定为爆炸气体环境1区;发电机房为一般环境场所。爆炸和火灾危险环境在通风良好的状态下可降低一级。
辅助用房:配电、控制室、会议室、休息室为一般环境场所。
4.2 不同环境分区的电气设备选型
根据工程的爆炸气体环境确定电气设备选型见表3;防爆电气设备的类别、级别及温度组别见表4;根据工程的火灾危险环境确定电气设备的防护等级见表5。
根据以上原则, 潮湿场所灯具、配电箱、插座箱采用防尘式IP55级;火灾危险环境22区灯具、配电箱、插座箱采用防尘式IP55级, 爆炸气体环境2区灯具、配电箱、插座箱采用隔爆型dⅡA系列, 当配电箱、插座箱设置在爆炸气体环境2区室外时, 采用防尘式IP55级。
注:厂房灯具安装高度为5m以上时, 采用金属卤化物灯。
5 照明设计
5.1 光源及灯具
工程以节能荧光灯、金属卤化物灯为主, 光源显色指数Ra≥80。采用节能灯具, 灯具采用节能电子镇流器或节能电感式镇流器, 功率因数不小于0.9。照度要求及功率密度见表6。
5.2 照明系统
工程设置一般照明系统、应急照明系统。应急照明系统采用双电源进线, 应急灯自带蓄电池, 应急时间不短于30min, 满足火灾时人员逃生要求。
6 供配电设计
发电机房控制设备、锅炉房设备、控制室设备、消防设备、应急照明等为二级负荷, 采用双电源供电;其他为三级负荷, 单电源供电即可。
在负荷中心设置配电室, 配电方式以放射式供电为主。总配电柜 (箱) 进线设防火剩余电流监测装置, 整定为500m A;各个出线设防火剩余电流监测装置, 整定为300m A;防火剩余电流监测装置只报警, 不跳闸;各个插座回路设置漏电保护, 整定值为30m A0.1s。
7 线缆选型及敷设
消防设备的电缆选用低烟无卤阻燃耐火铜芯电缆WDZN型, 导线选用耐火交联聚乙烯缘铜芯电线NHBYJ型。
一般设备的电缆选用低烟无卤阻燃铜芯电缆WDZ型, 导线选用耐火交联聚乙烯缘铜芯电线NHBYJ型。
室外电缆采用铠装型。
室内导线、电缆穿热镀锌钢管暗敷, 室外电缆采用直埋方式敷设。
8 防雷、接地及安全
8.1 防雷
1) 根据《建筑物防雷设计规范》 (GB 50057—2010) 、《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》 (GB50058—1992) , 工程的净化间、沼液罐、一体化发酵罐、厌氧发酵罐、落地储气膜等为二类防雷 (第二类防雷建筑物占建筑总面积30%及以上时, 该建筑物为二类防雷;第二类防雷建筑物占建筑总面积小于30%时, 该建筑物为三类防雷) , 需防直击雷、闪电感应、闪电电涌侵入等。
2) 需防雷的建筑物屋面接闪网采用φ10mm热镀锌圆钢沿屋面敷设, 突出屋面的金属物体与接闪网可靠连接。
3) 各个罐体的壁厚均不小于4mm钢板, 罐体顶部设置接闪杆防直击雷;罐体、罐体基础主筋及接地可靠连接防闪电感应。在净化间、秸秆预处理车间、锅炉房等需防雷的建筑物屋顶设置网格不大于10m×10m的接闪网, 防直击雷;各个建筑物内设置等电位联结, 防闪电感应;电源进入的总配电箱内设置电涌保护器, 防闪电电涌侵入。
4) 利用建筑物的柱内主筋 (直径不小于10mm) 做防雷引下线, 其上与屋面接闪网, 其下与基础内主筋可靠连接构成电气通路。
5) 引下线3m范围内的地表层电阻率不小于50kΩ·m时, 应敷设5cm厚沥青层或15cm厚砾石层。
6) 当工程需设置独立接闪杆时, 防直击雷的独立接闪杆的接地装置与电气设备的接地装置分开。
8.2 接地及安全
1) 低压配电系统为TN-S系统, 所有电气设备采用用的接地线, 接地干线在不同方向不少于两处与接地体连接。
2) 工程的防雷 (防直击雷、防闪电感应) 接地与电气系统的接地 (工作接地、保护接地) 等共用接地 (独立接闪杆的接地除外) 。在场地内用40mm×4mm不锈钢做大环形水平接地, 做为罐体、池体的防雷接地, 利用净化间、秸秆预处理车间、锅炉房等建筑物基础主筋, 做为防雷 (防直击雷、防闪电感应) 接地与电气系统的接地 (工作接地、保护接地) 的共用接地。建筑物基础主筋与场地内大环形水平接地可靠连接。两个共用接地的工频接地电阻分别不大于4Ω。如果经实测, 工频接地电阻不满足要求, 则沿水平接地的位置均匀增打垂直接地、由建筑物基础主筋引出端增打垂直接地, 直至两个共用接地的工频接地电阻满足要求。垂直接地为不锈钢L50mm×50mm×5mm, 顶端埋深地下1.5m。
3) 各建筑物做等电位联结, 设置等电位联结箱, 在建筑物内设置接地干线, 接地干线与建筑物基础主筋、场地内大环形水平接地可靠连接。建筑物内的设备、管道、构架等金属物就近接至接地装置上, 并与引入建筑物的金属管线做等电位连接。
4) 在建筑物电源线路引入的总配电箱内, 装设一级实验的电涌保护器, 电涌保护器的电压保护水平小于或等于2.5k V, 冲击电流值不小于12.5k A。
5) 输送火灾爆炸危险物质的埋地金属管道, 当其从室外进入户内有缘段时, 在缘段处跨接Ⅰ级实验的密封型电涌保护器, 电涌保护器的电压保护水平小于或等于2.5k V, 冲击电流值不小于12.5k A。输送火灾爆炸危险物质的埋地金属管道在进入建筑物处的防雷等电位连接, 应在缘段之后管道进入室内处进行, 将电涌保护器的上端头接到等电位连接带。
9 结论
1) 沼气是易燃易爆气体, 设计沼气工程时应正确理解相关规范, 选择与环境相适宜的设备。
2) 罐体的直击雷防护, 采用独立接闪杆还是在罐顶设置接闪杆, 应根据罐体的高度、体积、罐体的数量、罐内与外界压差等有关条件而定。在罐顶设置接闪杆时, 接闪杆距放散管、呼吸阀管帽的距离应不小于2m (跟压力差有关) , 且引下线躲开放散管、呼吸阀管帽不小于2m (跟压力差有关) 的距离。
保护罐体防直击雷的接闪杆, 除保护罐体外, 罐体的放散管、呼吸阀管帽垂直上方1m (跟压力差有关) , 管口水平距离2m内 (跟压力差有关) 也应在保护范围内。
3) 为防止电化学反应对接地干线、接地的腐蚀, 与建筑物主筋连接的室外接地干线、接地采用不锈钢材质。
摘要：沼气是清洁的可再生能源之一, 随着人类对沼气认识的不断深入, 沼气的利用越来越广泛, 论文介绍了沼气工程电气设计的主要方法, 供相关设计人员参考。
关键词：沼气,爆炸和火灾危险环境,工程电气设计
参考文献
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