沼气工程沼液余热定量评估及可用性分析

1、沼气工程沼液余热定量评估及可用性分析摘 要：以主要原料为牛粪的中温发酵沼气工程 为研究对象，构建产气规模为1万m?/d的沼气工程模 型。经分析，沼液回收热量占总需热量的 35%，可利 用性高，回收价值较大。?P键词：厌氧发酵；沼气；沼液；余热回收 中图分类号： S216.4 文献标识码： A DOI ： 10.11974/nyyjs.20180233221随着我国城镇化水平的提高，畜禽养殖有机废弃 物造成的环境污染问题日益凸显。沼气工程在处理有 机废弃物的同时能够产生清洁能源生物天然气，在一 定程度上缓解了我国城镇化进程中的环境、能源等问 题，但在运行过程中的能耗高、热损大等问题依然存 在。张

2、佳等1 以国内 4个典型车用生物燃气工程为研 究对象，通过对其进行余热和需热分析统计，发现沼 液余热节能潜力最大，应重点回收。本文以青岛地区某大型沼气工程运行数据为基 础，该工程主要原料为牛粪，采用中温 CSTR 厌氧工 艺，构建规模为2个5000m?厌氧发酵罐的沼气工程模 型，厌氧发酵罐径高比为 1，对沼液余热进行定量评 估和可用性分析，为沼气工程沼液余热回收提供数据 支持。1 模型构建 相关研究表明，厌氧发酵过程中的主要热量消耗 包括：发酵罐的热散失、蒸发及沼气外流导致的热量 损失、将原料升温至发酵温度所需热量、发酵菌群体 系进行生物代谢时的反应热等 2 。因蒸发及沼气外流 导致的热损失与

3、发酵菌群体系进行生物代谢时的反应 热，其数值较小，且可互相抵消，构建模型热损失核 算包括：发酵罐的热散失和将原料升温至发酵温度所 需热量。1.1 发酵罐热散失 厌氧发酵罐的热损失主要包括灌顶、管壁和罐底 热散失，其中灌顶与罐壁部位主要是罐外层与空气之 间的对流热散失Q1,罐底部位主要是罐底与土壤之间 的热散失Q2,计算式如下。式中，为发酵罐内体系温度37C ;为空气温度， 即外界环境温度；为灌顶与空气接触面积 288m2;为 罐壁与空气接触面积;为发酵体系与空气间的罐壁板 和保温层热阻之和；为空气对流传热系数；为罐底土 壤温度，该温度基本恒定在20C ;为罐底与土壤接触 面积264m2;为发酵

4、体系与土壤间的罐底热阻之和。1.2 原料升温热耗原料升温热耗 Q3 计算式如下：式中，为进料比热，4.2103j/ (kg?C)；为每日进 料量，400t/d;为发酵罐内体系温度37C ;为进料温 度，等于外界环境温度 Ta。1.3 沼液热量回收沼液可供回收热量 Qr 计算式如下：式中，为沼液比热，4.2103j/ (kg?C)；为每日沼 液产量，387t/d;为流出体系沼液温度37C ;为余热 回收后沼液温度，设定为土壤温度 20 Co2 结果分析构建模型相关计算结果见表1所示。根据表 1 计算结果数据，沼液每天可供回收的热 量Qr为27632MJ, 但因沼液在流出发酵罐过程中及 在余热回收

5、过程中有一定的热损失，其实际可供回收 的热量约为70%3，即19342MJ/do按照热泵工作4h/d 计算，热泵输入功率为336kW，耗能量约为4838MJ。 按照上述分析，每天实际沼液余热回收量与回收过程 中的耗能量之差为14504MJ。分析结果见表2所示。3 结论以牛粪为原料，产气规模为1万Nm?的中温发酵 沼气工程，其沼液余热回收净值为 14503m?/d,需热 量最大的月份为1月份，合计为64343MJ/d,该月沼 液回收余热量占总需热量得 23%；需热量最小的月份 为8月份，合计为20254MJ/d,该月沼液回收余热量 占总需热量得 72%。全年平均热损失为41900MJ/d,若按照沼气热值21MJ/m?计算，年需热量约相当于 70万m?沼气。沼液余热回收热量为14503m?/d,年回收热量约 相当于25万m?沼气，占总需热量的35%，有较高的 回收价值。参考文献1 张佳，邢涛，孙永明，等 .车用生物燃气工程范 例余热定量评估及可利用性分析 .