專利名稱：利用太陽能強(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)明屬利用太陽能強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣產(chǎn)量的方法和裝置。
背景技術(shù)：
沼氣是一種性能優(yōu)良的清潔燃料，不僅原料來源豐富、價(jià)格低廉，而且具有燃燒熱效率高、成本低、綠色、低污染、可再生、抗爆性能好的特點(diǎn)，是一種優(yōu)質(zhì)生物質(zhì)能源，在世界上受到了越來越多的關(guān)注。但是，有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)在厭氧消化過程中，沼氣池內(nèi)的發(fā)酵溫度是影響沼氣產(chǎn)氣率的關(guān)鍵因素之一。實(shí)驗(yàn)證明，厭氧發(fā)酵的最適合溫度是在中溫 380C )或高溫(46°C 60°C )階段，并且不同發(fā)酵物質(zhì)的最適宜發(fā)酵溫度不同。沼氣的產(chǎn)量會(huì)隨著季節(jié)和溫度的變化而有較大變化。同時(shí)，若沼氣池溫度變化超過3°C，產(chǎn)氣量也會(huì)發(fā)生明顯變化。因此，必須尋求一種可維持沼氣池內(nèi)溫度穩(wěn)定在最適宜厭氧發(fā)酵范圍內(nèi)的方法，以強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣產(chǎn)氣量。中國大部分地區(qū)的沼氣工程越冬較為困難，主要問題是在冬季沼氣產(chǎn)量驟降，厭氧發(fā)酵幾乎停滯。如果靠燃煤給沼氣發(fā)酵料液增溫是不經(jīng)濟(jì)的。因此，近年已出現(xiàn)了利用太陽能加熱沼氣發(fā)酵液的技術(shù)。但是，由于沼氣發(fā)酵罐內(nèi)環(huán)境復(fù)雜、惡劣，罐內(nèi)的換熱裝置面臨著腐蝕、結(jié)垢和微生物寄生等問題，使加熱效率越來越低、換熱裝置壽命短、被太陽能加熱的水不能循環(huán)使用等；其中，換熱裝置結(jié)垢、微生物附著是導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)加熱效率降低的主要原因，必需解決這些問題以求實(shí)現(xiàn)沼氣生產(chǎn)的高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種生產(chǎn)穩(wěn)定、產(chǎn)量高、效率高能耗低的利用太陽能強(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)問題本發(fā)明利用太陽能強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣產(chǎn)量的方法，由沼氣發(fā)酵罐內(nèi)的換熱器、太陽能集熱器、保溫水箱、和循環(huán)水管道構(gòu)成熱媒水的循環(huán)回路，換熱器設(shè)置在沼氣發(fā)酵罐內(nèi)部， 并固定在發(fā)酵液液面與罐底之間，其特征是換熱器與保溫水箱之間有熱媒水循環(huán)泵；沼氣發(fā)酵罐內(nèi)的換熱器帶有機(jī)械除垢裝置。所述的熱媒水為循環(huán)使用的去離子水。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)械除垢裝置的主要除垢部件為多個(gè)除垢環(huán)組件，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、并可以同時(shí)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；驅(qū)動(dòng)除垢環(huán)組件移動(dòng)的動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)有電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、傳動(dòng)軸和由一個(gè)鏈輪、兩個(gè)導(dǎo)鏈輪及鏈條組成的鏈輪組，兩個(gè)導(dǎo)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)。熱媒水循環(huán)管道均做保溫處理，鏈條和鏈輪均為不銹鋼材質(zhì)。本發(fā)明的有益效果①可實(shí)現(xiàn)熱媒水循環(huán)使用，節(jié)約用水。②使用機(jī)械除垢裝置后，消除了與發(fā)酵液接觸的加熱部件換熱管的結(jié)垢問題，提高了整個(gè)系統(tǒng)的加熱效率，延長(zhǎng)了整個(gè)系統(tǒng)的使用壽命。③利用太陽能給沼氣發(fā)酵罐提供必要的能量，保持沼氣發(fā)酵所需要的溫度，促進(jìn)發(fā)酵進(jìn)行，使冬季沼氣產(chǎn)氣量顯著提高，與夏季產(chǎn)氣量相當(dāng)。保證了沼氣發(fā)酵罐四季產(chǎn)氣量穩(wěn)定，提高了沼氣發(fā)酵工程的利用率，節(jié)省能源。


圖1為本發(fā)明利用太陽能強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣產(chǎn)量的方法及裝置流程圖。圖2為本發(fā)明利用太陽能強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣產(chǎn)量方法所用機(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-太陽能集熱器，2-保溫水箱，3-熱媒水循環(huán)泵，4-換熱器，5-沼氣發(fā)酵罐，6-電動(dòng)機(jī)，7-減速器，8-傳動(dòng)軸，9-鏈輪，10-鏈條，11-導(dǎo)鏈輪，12-導(dǎo)軌，13-除垢環(huán)組件，14-換熱管，15-熱媒匯流總管。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明包括太陽能加熱系統(tǒng)和機(jī)械除垢裝置兩部分，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。太陽能加熱系統(tǒng)部分太陽能加熱系統(tǒng)包括由沼氣發(fā)酵罐內(nèi)的換熱器4、太陽能集熱器1、保溫水箱2、循環(huán)泵3以及熱媒管道所構(gòu)成的循環(huán)回路。換熱器4設(shè)置在沼氣發(fā)酵罐5內(nèi)部，并固定在沼氣發(fā)酵罐5內(nèi)發(fā)酵液液面與罐底之間，其特征是換熱器4與保溫水箱2之間有熱媒水循環(huán)泵3，并且沼氣發(fā)酵罐內(nèi)的換熱器帶有機(jī)械除垢裝置。太陽能加熱系統(tǒng)依靠集熱器1與保溫水箱2中水溫不同產(chǎn)生的密度差進(jìn)行溫差循環(huán)。在自然對(duì)流循環(huán)狀態(tài)下，循環(huán)管路內(nèi)的熱媒水從集熱器1所獲取的熱量，先后通過保溫水箱2和換熱器4把熱量傳給發(fā)酵罐內(nèi)的沼液。換熱過后的熱媒水再循環(huán)回集熱器1獲取太陽能量。當(dāng)自然對(duì)流循環(huán)過慢的時(shí)候，可啟動(dòng)循環(huán)泵3即可進(jìn)入強(qiáng)制對(duì)流循環(huán)，加快整個(gè)系統(tǒng)的加熱效率。所述的熱媒水為循環(huán)使用的去離子水。熱媒水循環(huán)管道均做保溫處理。所述的換熱器由兩根熱媒匯流總管15、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)械除垢裝置部分安裝在沼液液面以下的換熱器，會(huì)面臨結(jié)垢和微生物寄生等問題。換熱管結(jié)垢不僅影響換熱管的傳熱效率，而且還會(huì)腐蝕管材。本發(fā)明的機(jī)械除垢裝置可達(dá)到較好的除垢效果電動(dòng)機(jī)6和減速器7安裝在發(fā)酵罐外，電動(dòng)機(jī)6經(jīng)減速器7、傳動(dòng)軸8、鏈輪9、鏈條 10、導(dǎo)鏈輪11和相關(guān)的連接機(jī)構(gòu)，將動(dòng)力輸送給除垢環(huán)組件13，除垢環(huán)組件13運(yùn)動(dòng)摩擦換熱管14的外表面，去除換熱管表面的沉積物和污垢。當(dāng)除垢環(huán)組件13到達(dá)最左端或最右端的時(shí)候，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)運(yùn)行，除垢環(huán)組件反向平移繼續(xù)去除換熱管表面的沉積物和污垢。機(jī)械除垢裝置由可沿?fù)Q熱管表面移動(dòng)的除垢環(huán)組件13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)械除垢裝置的除垢部件主要是多個(gè)除垢環(huán)組件，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、并可以同時(shí)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(圖中未畫出)固定連接，下端與鏈條10鉸接并可由鏈條帶動(dòng)平移；驅(qū)動(dòng)除垢環(huán)組件移動(dòng)的動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)有由一個(gè)鏈輪9、兩個(gè)導(dǎo)鏈輪11及鏈條10組成的鏈輪組，兩個(gè)導(dǎo)鏈輪的輪軸分別與兩根熱媒匯流總管15固定連接。各除垢環(huán)組件13的下部可依托固定的導(dǎo)軌12穩(wěn)定地移動(dòng)。所述的鏈條和鏈輪均為不銹鋼材質(zhì)。實(shí)施例對(duì)一個(gè)體積為50m3的發(fā)酵罐進(jìn)行改造，裝上本發(fā)明的太陽能加熱系統(tǒng)和除垢裝置。太陽能集熱器1采用四塊1000X2000X65真空管型集熱器串聯(lián)連接，每塊集熱器有效集熱面積1.96m2。循環(huán)管路采用為Φ59Χ4.5的碳鋼鋼管。換熱器采用不銹鋼管，換熱器規(guī)格為4000 X 3500 X 55，有效換熱面積約4. 6m2。試驗(yàn)在12月份的廣西進(jìn)行，當(dāng)天氣溫6 13°C，晴間多云。實(shí)施過程中，在自然對(duì)流循環(huán)狀態(tài)下，循環(huán)管路內(nèi)獲得約60°C左右的熱媒水。沼氣池發(fā)酵沼液的溫度得到明顯提高，發(fā)酵沼液溫度在M 30°C范圍內(nèi)浮動(dòng)。經(jīng)過換熱管出來的熱媒水溫在32 37°C左右，隨后再循環(huán)回集熱器1獲取太陽能量重新被加熱，循環(huán)往復(fù)地給沼氣池的發(fā)酵層加熱。 當(dāng)自然對(duì)流循環(huán)過慢的時(shí)候，啟動(dòng)循環(huán)泵3進(jìn)入強(qiáng)制對(duì)流循環(huán)，提高整個(gè)系統(tǒng)的加熱效率。 在強(qiáng)制對(duì)流循環(huán)狀態(tài)下，發(fā)酵沼液溫度在27 34°C范圍內(nèi)浮動(dòng)。經(jīng)過換熱管出來的熱媒水溫在32 39°C左右。實(shí)施完畢后，同期數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明該沼氣罐改造后的日產(chǎn)氣量比改造前的日產(chǎn)氣量增加了 20 45%。在上述實(shí)施過程中，安裝在換熱器4上的機(jī)械除垢裝置每隔2個(gè)小時(shí)進(jìn)行一次除垢作業(yè)。實(shí)施試驗(yàn)差不多一個(gè)月后，發(fā)現(xiàn)換熱管表層結(jié)垢性物質(zhì)及附著物很少，不銹鋼金屬光澤仍然可見，表面機(jī)械除垢裝置達(dá)到較好的除垢效果。
權(quán)利要求
1.一種利用太陽能強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣產(chǎn)量的方法，由沼氣發(fā)酵罐、太陽能集熱器、保溫水箱、和換熱器與熱媒水循環(huán)管構(gòu)成熱媒水的循環(huán)回路，換熱器設(shè)置在沼氣發(fā)酵罐內(nèi)部，并固定在發(fā)酵液液面與罐底之間；其特征是熱媒水循環(huán)泵旁接在換熱器與保溫水箱之間；換熱器帶有機(jī)械除垢裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的利用太陽能強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣產(chǎn)量的方法，其特征是熱媒水為循環(huán)使用的去離子水。
3.如權(quán)利要求1所述的利用太陽能強(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。
4.如權(quán)利要求1所述的利用太陽能強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣產(chǎn)量的方法，其特征是熱媒水循環(huán)管道均做保溫處理。
5.一種利用太陽能強(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)械除垢裝置的除垢部分有由一個(gè)鏈輪、兩個(gè)導(dǎo)鏈輪及鏈條組成鏈輪組，兩個(gè)導(dǎo)鏈輪的輪軸分別與兩根熱媒匯流總管固定連接；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。
6.如權(quán)利要求5所述的利用太陽能強(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)。
7.如權(quán)利要求5所述的利用太陽能強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣產(chǎn)量的方法所用的裝置，其特征是鏈條和鏈輪均為不銹鋼材質(zhì)。
全文摘要
一種利用太陽能強(qiáng)化穩(wěn)定沼氣產(chǎn)量的方法及裝置，由沼氣發(fā)酵罐、太陽能集熱器、保溫水箱、換熱器與熱媒水循環(huán)管構(gòu)成熱媒水的循環(huán)回路，換熱器設(shè)置在沼氣發(fā)酵罐內(nèi)部，并固定在發(fā)酵液液面與罐底之間，其特征是熱媒水循環(huán)泵旁接在換熱器與保溫水箱之間；換熱器帶有機(jī)械除垢裝置。機(jī)械除垢裝置由可沿?fù)Q熱管表面移動(dòng)的除垢環(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)械除垢裝置中多個(gè)除垢環(huán)組件套在各根換熱管上并可沿?fù)Q熱管的外表面平移。用本發(fā)明的方法和裝置可實(shí)現(xiàn)熱媒水循環(huán)使用，消除了換熱管的結(jié)垢，提高了加熱效率，保證了沼氣發(fā)酵罐四季產(chǎn)氣量穩(wěn)定，延長(zhǎng)了使用壽命。
文檔編號(hào)C12P5/02GK102559775SQ20121006113
公開日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, 唐興中, 李宏君, 楊茂立, 梁景, 田宗義, 粟滿榮, 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)