太阳能辅助沼气生产和综合利用系统数值仿真

【摘要】：能源和环境日益严峻的当下,高效低成本利用农村地区丰富的生物质能和太阳能对改变农村用能结构、改善农村居住环境、促进农村经济发展有着重要的意义。沼气热电气联供可给用户提供燃气、电和采暖用热,且发电余热可回收利用,是一种绿色生态能源梯级利用模式,提高了能源利用率和经济效益。牛粪是农村常见的固体废弃物之一,含有较多的有机质,课题以牛粪为原料进行沼气发酵实验研究,对典型发酵温度(室温、35℃和55℃)、接种物浓度(10%、30%和50%)的日产气量、累积产气量、料液pH变化和沼气中甲烷含量的研究发现,55℃的实验组酸化周期短,累积产气量多,但沼气品质略差,甲烷含量仅为52.52%低于35℃实验组的57.82%。接种物浓度为50%的实验组更易进入产甲烷阶段,其前期日产气量多,但最终沼气累积产量少,甲烷含量52.63%较30%实验组低,比较而言30%接种物浓度更适宜牛粪发酵。在吸收总结太阳能沼气池系统和沼气利用系统已有研究的基础上,设计了太阳能与沼气锅炉辅助沼气生产和热、电、气联供系统,基于能量和质守恒原则,采用集总参数法建立系统的动态数学模型,以Matlab/Simulink为仿真平台建立系统的模块化仿真模型,并建立沼气产率方程和保温层厚度发酵罐热损失方程,确定系统发酵合适的水利停留时间HRT和硬质聚氨酯保温层厚度。研究了环境温度、太阳能集热面积、连续阴天、序批式进料对系统性能(主要为系统产气量)的影响,同时,对比分析了供暖季、夏季、非供暖春秋季和1月份系统的运行特性。通过数值仿真结果分析认为,硬质聚氨酯保温层的较好保温厚度为100mm;环境温度的下降、集热面积的减少、连续阴天天数的增加、序批式进料发酵都需加大系统产气量,增大发酵罐有效容积;另外,集热器的年平均集热效率约为0.522,系统的年耗气量、发电量、供热量和热用户燃气量分别为8594.19kg、4934kWh、15067.1kWh和439.2kg,系统的能源利用率为51.5%,资金回收期约为8年,CO2年减排量为2876.4m3。 【关键词】：沼气 太阳能 三联供系统 Matlab/Simulink 运行特性
【学位授予单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 引言7-17
• 0.1 研究背景及意义7-8
• 0.2 沼气发酵概况8-10
• 0.3 太阳能沼气池系统的研究10-14
• 0.3.1 直接加热式太阳能沼气池系统10-11
• 0.3.2 间接加热式太阳能沼气池系统11-13
• 0.3.3 外加热源式太阳能沼气池系统13-14
• 0.4 沼气在热、电联产方面的研究14-15
• 0.5 本课题的研究内容15-16
• 0.6 本章小结16-17
• 第1章 牛粪发酵的实验研究17-31
• 1.1 发酵原料的理化性质17
• 1.2 实验装置简介17-18
• 1.3 理化参数的测定方法18-22
• 1.3.1 含水率的测定18
• 1.3.2 总固体的测定（TS）18-19
• 1.3.3 挥发性固体的测定（VS）19-20
• 1.3.4 发酵原料中C/N元素的测定20-22
• 1.3.5 料液pH值的测定22
• 1.3.6 气体成分的测定22
• 1.4 实验结果研究分析22-28
• 1.4.1 温度对牛粪厌氧发酵的影响研究22-25
• 1.4.2 接种物量对牛粪厌氧发酵的影响研究25-28
• 1.5 实验误差分析28-30
• 1.6 本章小结30-31
• 第2章 太阳能辅助沼气生产和综合利用系统及其动态数学模型的建立31-51
• 2.1 太阳能辅助沼气生产和综合利用系统设计31-33
• 2.2 太阳能辅助沼气生产和综合利用系统运行方式33-34
• 2.3 太阳能辅助沼气生产和综合利用系统动态数学模型34-47
• 2.3.1 基本假设34
• 2.3.2 集热系统和供热系统34-37
• 2.3.3 发酵系统37-41
• 2.3.4 沼气输送及供气系统41-43
• 2.3.5 发电储电系统43-47
• 2.4 系统仿真模型的建立47-50
• 2.4.1 Matlab/Simulink简介47-48
• 2.4.2 仿真模型的建立48-50
• 2.5 本章小结50-51
• 第3章 太阳能辅助沼气生产和综合利用系统性能分析51-70
• 3.1 仿真工况概述51
• 3.2 太阳能辐照度51-52
• 3.3 仿真结果与分析52-66
• 3.3.1 设计工况下HRT对沼气产率的影响分析52-53
• 3.3.2 设计工况下硬质聚氨酯保温层厚度对发酵温度的影响分析53-55
• 3.3.3 1月份太阳能辅助沼气生产和综合利用系统运行特性55-58
• 3.3.4 供暖季、夏季和非供暖春秋季工况性能分析58-62
• 3.3.5 环境温度对系统的影响62-63
• 3.3.6 连续阴天对系统的影响63-64
• 3.3.7 集热面积对系统的影响64-66
• 3.3.8 非连续进料对系统的影响66
• 3.4 太阳能辅助沼气生产和综合利用系统效益评价66-68
• 3.4.1 技术效益66-67
• 3.4.2 经济效益67-68
• 3.4.3 环境效益68
• 3.5 本章小结68-70
• 第4章 结论和展望70-72
• 结论70-71
• 课题创新点71
• 展望71-72
• 参考文献72-76
• 攻读学位期间的研究成果76-77
• 附录77-78
• 致谢78-79

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

一例500m~3沼气工程的效益分析    华永新

久仰成为沼气工程示范村    龙胜良

对在京郊进一步推广沼气工程的思考    李明慧,杨忠山

建设中小型沼气工程应注意的几个问题    谢邦勇

发展沼气的意义与我县沼气发展概况    毛顺华

建设生态家园 推广沼气工程    

沼气工程规范化建设势在必行    施国中

海南省农村沼气建设的发展思路和对策    符少怀,邝继云

河南省沼气协会第三次会员代表大会暨沼气生态农业论坛在焦作召开    张国强

浅谈海南农村沼气的管理    蔡汇丰;

新型高效规模化沼气工程的关键技术    蔡昌达;

对加强沼气工程标准制修订的一些认识    郑时选;

实行“沼气工程工艺设计资质”和“运营管理资质”证书的建议——推动沼气事业健康发展的重要措施    王永智;屠云璋;

建池质量是基础 加强沼气管理是关键    龙大友;

沼气产业化的春天    陆光正;沙宏卫;

新沼气 新风貌 新农村    屈锋;尹显智;

农村沼气产业化发展思考    高灵芝;

关于加快农村沼气服务体系建设的建议    

沼气研究和利用的现状与发展趋势    赵新波;祝诗平;

浅谈生物质能——沼气    王威;罗清威;樊占国;

沼气托起群众致富的希望    祝秀国 戎方雁

推广沼气工程 发展生态农业    陈国孟

沼气入户 福气进村    邓苏勇 韦克琼

大力普及沼气　扎实推进新农村建设    本报记者 田宜龙

小沼气点亮社会主义新农村    本报记者 田宜龙

河南：小沼气引领大节约    本报记者 王伟 通讯员 张国强

大力发展沼气事业 构建农村和谐社会    刘合心

创新提升沼气地位——沼气工程“三级跳”    本报记者 师晓京

建立沼气管理运营长效机制    李国华

小沼气带来周口农村大变化    本报记者 张培奇

基于微藻的沼气品位提升和沼液处理的协同作用研究    颜诚

规模化沼气工程沼液、沼渣减量化及资源化利用研究    魏泉源

中国农村户用沼气区域适宜性与可持续性研究    陈豫

沼气产业化基本理论与大中型沼气工程资源配置优化研究    王丽丽

餐厨垃圾制沼及膜法沼气提纯一体化系统设计及理论研究    尼姝丽

农村沼气生态校园模式及其综合效益评价研究    王兰英

规模化养猪场沼气工程发展的影响因素研究    林斌

农户沼气使用及生态环境效益评价：来自恩施州的证据    张嘉强

沼气制备车用燃料的实验研究    黄黎

人粪便厌氧处理工艺优化和沼气贮气膜气密性研究    尹福斌

基于智能鸡舍的太阳能沼气工程的技术研究    赵梅娟

随州市农村户用沼气发展制约因素及潜力研究    冯大功

江苏省农村户用沼气物业化管理模式研究    李莉莉

沼气压力水洗提纯设备及工艺研究    耿宏超

江西规模养种场户四结合的仿真分析    王展宏

利用沼液培养微藻净化沼气的研究    张丽

散居农户小型发电机组改燃沼气燃烧特性试验研究    黄昌鸿

沼气多元化利用的膜分离耦合工艺的研究    郭明钢

沼气工程火灾爆炸危险性及安全技术研究    刘广轩

寒区沼气工程能耗分析与节能技术研究    隋新