專(zhuān)利名稱(chēng)：利用空氣能熱泵強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣產(chǎn)量的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用空氣能熱泵強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣產(chǎn)量的方法及裝置。
技術(shù)背景
能源是世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略資源。有關(guān)資料預(yù)測(cè)，全球石油剩余可采儲(chǔ)量加上儲(chǔ)量增長(zhǎng)潛量為2297億噸，可用39年，加上待發(fā)現(xiàn)資源量共3574億噸，可用53年；全球天然氣剩余可采儲(chǔ)量加上儲(chǔ)量增長(zhǎng)潛量為2225億噸，可用47年，加上待發(fā)現(xiàn)資源量共 33696億噸，可用63年。當(dāng)前中國(guó)能源形勢(shì)同樣嚴(yán)峻資源貧乏、結(jié)構(gòu)失衡、需求劇增、缺口很大、能效不高和減排困難，成了制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的瓶頸。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量居世界第三位，但在探明的煤炭?jī)?chǔ)量中D級(jí)儲(chǔ)量占70 80%，再減去近期內(nèi)尚難以利用的儲(chǔ)量，目前能利用的精查儲(chǔ)量不過(guò)300多億噸，若按2005年的19億噸標(biāo)煤開(kāi)采量計(jì)，只夠開(kāi)采16年；若以人均占有量來(lái)計(jì)算則只接近世界平均水平。有人預(yù)測(cè)2000-2020年間化石能源消費(fèi)的年均增長(zhǎng)率將是4. 3% 4. 6 %，年需求量將上升到30 32億噸標(biāo)煤。有報(bào)道近年我國(guó)原油表觀消費(fèi)量為1.91億噸，對(duì)外依存度達(dá)55.2%。可見(jiàn)，全球化石資源漸趨枯竭。研發(fā)替代能源尤為迫切。
沼氣是一種優(yōu)質(zhì)生物質(zhì)能源，不僅原料來(lái)源豐富、價(jià)格低廉，而且具有燃燒熱效率高、成本低、綠色、低排放、可再生、抗爆性能好的特點(diǎn)。沼氣一般含60%左右的甲烷和40% 左右的二氧化碳、硫化氫和水等少量雜質(zhì)氣體；因此，在凈化沼氣同時(shí)收集利用二氧化碳不僅可以提高沼氣中甲烷純度及熱值，同時(shí)可提純富集二氧化碳供工業(yè)使用，這對(duì)節(jié)約能源、 改善生態(tài)環(huán)境具有重要意義。一調(diào)查資料表明，一臺(tái)25MW裝機(jī)容量的生物質(zhì)發(fā)電廠年消耗 20萬(wàn)噸秸稈，可替代8. 7萬(wàn)噸標(biāo)煤的燃煤，減排18萬(wàn)噸(X)2 ；我國(guó)每年約有7億多萬(wàn)噸農(nóng)作物秸稈，其中有1億多噸被燒掉，若將其利用，可建500個(gè)25麗的小型電站，相當(dāng)于一個(gè)“三峽”，年替代4350萬(wàn)噸標(biāo)煤和減排9000萬(wàn)噸C02。現(xiàn)在美歐和巴西等國(guó)的生物燃料成本一般已降到相當(dāng)于每桶50 70美元石油價(jià)格的水平，生物質(zhì)發(fā)電、顆粒燃料、工業(yè)沼氣等在美歐等商業(yè)化運(yùn)行已十多年。
沼氣池內(nèi)沼液的發(fā)酵溫度是影響沼氣產(chǎn)量和產(chǎn)氣率的關(guān)鍵因素。實(shí)驗(yàn)證明厭氧發(fā)酵的最適合溫度是在中溫 38°C )或高溫(46°C 60°C )階段，不同發(fā)酵物質(zhì)的最適宜的發(fā)酵溫度有所不同。故沼氣的產(chǎn)量會(huì)隨著季節(jié)和溫度的變化有較大變化。同時(shí)， 若沼氣池內(nèi)發(fā)酵沼液的溫度變化超過(guò)3°C，沼氣產(chǎn)量也會(huì)有明顯的變化。因此，非常有必要尋求一種維持沼氣池內(nèi)溫度穩(wěn)定在最適宜厭氧發(fā)酵溫度范圍內(nèi)的方法，以達(dá)到強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣產(chǎn)量的目的。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可解決因外界環(huán)境溫度變化導(dǎo)致產(chǎn)氣不穩(wěn)定問(wèn)題、實(shí)現(xiàn)高效、連續(xù)生產(chǎn)的利用空氣能熱泵強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣產(chǎn)量的方法及裝置。
本發(fā)明以如下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題
本發(fā)明用空氣能熱泵強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣產(chǎn)量的方法，由空氣能熱泵產(chǎn)出50 70°C的熱水，通過(guò)水循環(huán)系統(tǒng)，送至沼氣池內(nèi)配有機(jī)械除垢裝置的換熱器中，通過(guò)換熱器給沼氣池內(nèi)的沼液加熱，使沼氣池內(nèi)發(fā)酵沼液溫度穩(wěn)定在最適宜厭氧發(fā)酵的溫度范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣的產(chǎn)量。
沼氣池中安裝有溫度傳感器，由溫度控制器調(diào)控沼液溫度，以確保沼氣池發(fā)酵層內(nèi)部溫度變化范圍維持在3°C以?xún)?nèi)。
所述的水循環(huán)系統(tǒng)使用的是去離子水。
水循環(huán)管道均做保溫處理。
換熱器由兩根熱媒匯流總管、兩根支管和若干根與熱媒匯流總管垂直的換熱管組成。
機(jī)械除垢裝置由可沿?fù)Q熱管表面移動(dòng)的多個(gè)除垢環(huán)組件及驅(qū)動(dòng)除垢環(huán)組件移動(dòng)的動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)組成；其中機(jī)械除垢裝置的多個(gè)除垢環(huán)組件，上部的環(huán)狀部分分別套在各根相互平行的換熱管上并可沿?fù)Q熱管的外表面接觸摩擦平移，各除垢環(huán)組件的頂部與一連桿固定連接，下端與鏈條鉸接并可由鏈條帶動(dòng)平移；除垢環(huán)組件的動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)為電機(jī)傳動(dòng)，還有一個(gè)由三個(gè)鏈輪及鏈條組成的鏈輪組，兩個(gè)從動(dòng)鏈輪的輪軸分別與兩根熱媒匯流總管固定連接。
各除垢環(huán)組件的下部可依托固定的導(dǎo)軌穩(wěn)定地移動(dòng)。
各除垢環(huán)組件下部依托的固定導(dǎo)軌為工字鋼。
鏈條和鏈輪均為不銹鋼材質(zhì)制作。
使用本發(fā)明的方法和裝置，適用溫度范圍在-10°C -40°C，全天候使用，不受季節(jié)和外部條件的影響。沼氣池中的沼液溫度可以維持在一個(gè)適合的溫度的范圍內(nèi)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了沼氣的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、低能耗、溫室氣體低排放，減少了熱污染，而且實(shí)現(xiàn)了熱媒水的循環(huán)使用，解決了與發(fā)酵液接觸的換熱管結(jié)垢問(wèn)題，適合規(guī)模連續(xù)性生產(chǎn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、連續(xù)穩(wěn)定、操作方便、節(jié)能環(huán)保、調(diào)控方便，加熱效率高，使用壽命長(zhǎng)，運(yùn)行安全、費(fèi)用低，具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明利用空氣能熱泵強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣產(chǎn)量的方法流程圖。
圖2為本發(fā)明利用空氣能熱泵強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣產(chǎn)量的方法所用機(jī)械除垢裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。本圖為圖1的機(jī)械除垢裝置的左視圖。
圖中
1-沼氣池2-換熱器3-溫度傳感器4-溫度控制器5-電機(jī) 6_減速器
7-傳動(dòng)軸8-鏈輪 9-鏈條10-換熱總管 11-導(dǎo)軌12-除垢環(huán)組件13-換熱管具體實(shí)施方式
空氣源熱泵是通過(guò)自然能(空氣蓄熱)獲取低溫?zé)嵩?，?jīng)系統(tǒng)高效集熱整合后成為高溫?zé)嵩?，用?lái)取(供)暖或供應(yīng)熱水，系統(tǒng)集熱效率甚高，工質(zhì)的冷凝溫度可達(dá)75°C，確保產(chǎn)出60°C的熱水。
本發(fā)明的工藝流程是
由空氣能熱泵產(chǎn)出約60°C的熱水，通過(guò)水循環(huán)系統(tǒng)將熱量送至沼氣池內(nèi)的換熱器中，換熱器帶有一套機(jī)械除垢裝置，通過(guò)換熱器的換熱管給沼氣池發(fā)酵層加熱，使沼氣池發(fā)酵層的溫度維持在最適宜厭氧發(fā)酵的范圍內(nèi)，從而達(dá)到強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣產(chǎn)量的目的。
沼氣池中安裝有溫度傳感器，并通過(guò)溫度控制器調(diào)控沼液的溫度，以確保沼氣池發(fā)酵層的溫度變化維持在3°C的范圍內(nèi)，以保持產(chǎn)氣量的穩(wěn)定。
整個(gè)水循環(huán)系統(tǒng)可以使用去離子水。水的循環(huán)管道均做保溫處理。
換熱器由兩根熱媒匯流總管、兩根支管和若干根與熱媒匯流總管垂直的換熱管組成。
由于換熱管安裝在沼氣池的發(fā)酵液中，在發(fā)酵生產(chǎn)沼氣的過(guò)程中，會(huì)同時(shí)出現(xiàn)很多微生物細(xì)菌的厭氧活動(dòng)，微生物吸附物便結(jié)垢于換熱管之上，嚴(yán)重影響換熱管的換熱效果，因此本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種機(jī)械除垢裝置應(yīng)用于沼氣池中除去換熱管上的結(jié)垢，以保證換熱管的換熱效果。
機(jī)械除垢裝置由可沿?fù)Q熱管表面移動(dòng)的多個(gè)除垢環(huán)組件及驅(qū)動(dòng)除垢環(huán)組件移動(dòng)的動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)組成；其中機(jī)械除垢裝置的多個(gè)除垢環(huán)組件，上部的環(huán)狀部分分別套在各根相互平行的換熱管上并可沿?fù)Q熱管的外表面接觸摩擦平移，各除垢環(huán)組件的頂部與一連桿固定連接，下端與鏈條鉸接，并由鏈條帶動(dòng)平移；除垢環(huán)組件的動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)為電機(jī)傳動(dòng)，還有一個(gè)由主動(dòng)鏈輪、兩個(gè)從動(dòng)鏈輪及鏈條組成鏈輪組，兩個(gè)從動(dòng)鏈輪的輪軸分別與兩根熱媒匯流總管固定連接。
各除垢環(huán)組件的下部可依托固定的導(dǎo)軌穩(wěn)定地移動(dòng)。
鏈條和鏈輪均為不銹鋼材質(zhì)制作。
通過(guò)設(shè)置機(jī)械除垢裝置的自動(dòng)控制系統(tǒng)，設(shè)定相隔一定時(shí)間，自動(dòng)啟動(dòng)機(jī)械除垢裝置進(jìn)行除垢，除去沉積在換熱管表面上的積垢，確保換熱管具有良好的傳熱效率。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明
實(shí)施例
沼氣池容積500m3 ；空氣能熱泵型號(hào)規(guī)格西班牙-愛(ài)握樂(lè)A · 0L-KFXRS52II。
機(jī)械除垢裝置電機(jī)采用功率2KW、電壓380V、6極的防爆電機(jī)，減速比為32的減速器，材質(zhì)Q235、Dg50的傳動(dòng)軸，孔板式標(biāo)準(zhǔn)的鏈輪，夾布塑膠鏈條、鋼制除垢環(huán)組件、導(dǎo)軌用工字梁制。
在本實(shí)施例中，將從空氣能熱泵系統(tǒng)出來(lái)的溫度為60°C左右的去離子熱水，通過(guò)管徑為Dg50的Pra管道進(jìn)入熱水換熱循環(huán)系統(tǒng)，熱水流量為70L/min，壓強(qiáng)為0. 16MPa,送至沼氣池中的熱媒匯流總管。熱媒匯流總管管徑為Φ59Χ4. 5mm、長(zhǎng)度an，材質(zhì)為PI5R管，5 根支換熱管的管徑Dg25、長(zhǎng)4米、厚2mm的冷拔不銹鋼鋼管；去離子熱水通過(guò)換熱器與沼液進(jìn)行換熱，使沼氣池發(fā)酵沼液的溫度得以提高，發(fā)酵沼液溫度被溫度控制器控制穩(wěn)定在最適宜厭氧發(fā)酵的溫度中溫 38°C )發(fā)酵溫度范圍內(nèi)；經(jīng)過(guò)換熱器出來(lái)的水溫在35°C 左右，再循環(huán)進(jìn)入空氣能熱泵系統(tǒng)重新被加熱。熱水循環(huán)往復(fù)地給沼氣池加熱。同時(shí)，通過(guò)溫度傳感器和溫度控制裝置控制熱水循環(huán)流量和壓強(qiáng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)空氣能熱泵系統(tǒng)的供熱強(qiáng)度和熱水流量，確保沼氣池發(fā)酵沼液溫度波動(dòng)在3°C范圍內(nèi)，以保持沼氣池產(chǎn)量的穩(wěn)定。在換熱過(guò)程中，為確保換熱器有良好的傳熱效率，使用了定期啟動(dòng)的機(jī)械除垢裝置，即時(shí)除去沉積在換熱管上生物吸附物的積垢。試驗(yàn)證明使用本發(fā)明的機(jī)械除垢裝置對(duì)換熱管除垢， 比未使用本發(fā)明的機(jī)械除垢裝置除垢，換熱效率提高了 38.7%，同時(shí)，本發(fā)明在中國(guó)南方使用，和以前沒(méi)使用本發(fā)明的空氣能熱泵強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣產(chǎn)量的方法和裝置前相比，沼氣產(chǎn)量平均提高了 40.7%。
權(quán)利要求
1.一種利用空氣能熱泵強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣產(chǎn)量的方法，其特征是由空氣能熱泵產(chǎn)出50 70°C的熱水，通過(guò)水循環(huán)系統(tǒng)，送至沼氣池內(nèi)配有機(jī)械除垢裝置的換熱器中，通過(guò)換熱器給沼氣池內(nèi)的沼液加熱，使沼氣池內(nèi)發(fā)酵沼液溫度穩(wěn)定在最適宜厭氧發(fā)酵的溫度范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣的產(chǎn)量。
2.如權(quán)利要求1所述的利用空氣能熱泵強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣產(chǎn)量的方法，其特征是沼氣池中安裝有溫度傳感器，由溫度控制器調(diào)控沼液溫度，以確保沼氣池發(fā)酵層內(nèi)部溫度變化范圍維持在3°C以?xún)?nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的利用空氣能熱泵強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣產(chǎn)量的方法，其特征是所述的水循環(huán)系統(tǒng)使用的是去離子水。
4.如權(quán)利要求1所述的利用空氣能熱泵強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣產(chǎn)量的方法，其特征是所述的水循環(huán)管道均做保溫處理。
5.如權(quán)利要求1所述的利用空氣能熱泵強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣產(chǎn)量的方法，其特征是換熱器由兩根熱媒匯流總管、兩根支管和若干根與熱媒匯流總管垂直的換熱管組成。
6.一種利用空氣能熱泵強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣產(chǎn)量的方法所用的裝置，其特征是機(jī)械除垢裝置由可沿?fù)Q熱管表面移動(dòng)的多個(gè)除垢環(huán)組件及驅(qū)動(dòng)除垢環(huán)組件移動(dòng)的動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)組成；其中機(jī)械除垢裝置的多個(gè)除垢環(huán)組件，上部的環(huán)狀部分分別套在各根相互平行的換熱管上并可沿?fù)Q熱管的外表面接觸摩擦平移，各除垢環(huán)組件的頂部與一連桿固定連接，下端與鏈條鉸接并可被鏈條帶動(dòng)平移；除垢環(huán)組件的動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)為電機(jī)傳動(dòng)，還有一個(gè)由三個(gè)鏈輪及鏈條組成的鏈輪組，兩個(gè)從動(dòng)鏈輪的輪軸分別與兩根熱媒匯流總管固定連接。
7.如權(quán)利要求6所述的利用空氣能熱泵強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣產(chǎn)量的方法所用的裝置，其特征是各除垢環(huán)組件的下部可依托固定的導(dǎo)軌穩(wěn)定地移動(dòng)。
8.如權(quán)利要求7所述的利用空氣能熱泵強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣產(chǎn)量的方法所用的裝置，其特征是各除垢環(huán)組件下部依托的固定導(dǎo)軌為工字鋼。
9.如權(quán)利要求6所述的利用空氣能熱泵強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣產(chǎn)量的方法所用的裝置，其特征是驅(qū)動(dòng)除垢環(huán)組件移動(dòng)的鏈條和鏈輪均為不銹鋼材質(zhì)制作。
全文摘要
一種利用空氣能熱泵強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣產(chǎn)量的方法，由空氣能熱泵產(chǎn)出熱水，循環(huán)水送至沼氣池內(nèi)配有機(jī)械除垢裝置的換熱器中，使沼氣池內(nèi)發(fā)酵沼液溫度穩(wěn)定在最適宜厭氧發(fā)酵的溫度范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣的產(chǎn)量；其機(jī)械除垢裝置由可沿?fù)Q熱管表面移動(dòng)的多個(gè)除垢環(huán)組件及驅(qū)動(dòng)除垢環(huán)組件移動(dòng)的動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)組成。使用本發(fā)明的方法和裝置，不僅沼氣池中的沼液溫度可不隨外部環(huán)境變化、并維持在適合的溫度范圍內(nèi)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)沼氣的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)和低能耗、低排放，還循環(huán)使用熱媒水，解決了熱管結(jié)垢問(wèn)題，節(jié)能環(huán)保，調(diào)控方便，提高了加熱效率，延長(zhǎng)了系統(tǒng)的使用壽命。
文檔編號(hào)C12M1/02GK102559774SQ20121006104
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月9日
發(fā)明者盧朝霞, 周龍昌, 唐興中, 李宏君, 楊茂立, 梁景, 田宗義, 粟滿(mǎn)榮, 莫宇飛, 藍(lán)明新, 謝云果, 趙鐘興, 黃福川 申請(qǐng)人:廣西大學(xué)