[发明专利]一种以单位能耗全年产气率优化保温增温系统的沼气发酵罐

说明书

技术领域

本发明涉及一种沼气发酵、收集气体装置,目的是提供一种具有保温、增温功能的沼气增温保温系统。

背景技术

发酵液温度是影响沼气发酵产气量的主要因素之一，从工艺角度一般分为常温发酵、中温发酵（35～37℃）和高温发酵（50～60℃），当发酵温度低于10℃时沼液停止产气，而且沼液温度短时波动幅度过大也会导致产气率的下降。所以，提升及维持沼气发酵装置中沼液的发酵温度对于沼气的产气率具有重要意义。近年来我国重点发展了户用沼气和农村沼气，这类沼气一般修建于地下，利用大地蓄热温度波动比气温小的特点，发酵过程多数为自然常温发酵，在严寒地区、寒冷地区、冬冷夏热地区，由于其存在冬季气温低，昼夜温差大等问题，所以在冬季甚至过渡季节沼气发酵装置产气率低，甚至不产气。特别是近年来，随着新农村建设步伐加快，户式小沼不能适应集中居住需求，而“沼气工程”被是解决新农村用能的有效途径，提升农村资源循环利用、节能减排水平的重要手段。但罐体更大、至于地上的沼气发酵装置受外界温度影响更大，保温增温显得更为重要。

目前，我国相关的农村户用沼气增温节能技术发展相当缓慢,当前主要运用的增温手段主要有以下几种：1)塑料暖棚增温技术；2)燃池增温技术；3)“猪―沼―炕”增温技术；4)隔热材料保温法；5)沼气池表面覆盖柴草保温方法；6)挖环形沟保温法；7)秸秆废弃物的燃烧方法；8)塑料薄膜覆盖法；9)热水锅炉加热法。目前所使用的保温增温方法仍以燃烧以秸秆为主的生物质能为主,再加上一些保温材料以达到增温目的。这些方法热能转化率低,能源浪费量大，同时燃烧会造成大量的温室气体以及其他的有害气体的排放，对环境的污染也很大。基于此，沼气罐的保温增温方式施用不当不但不能提升沼气的产气率，还会使得沼气这样一种清洁的能源变成新的污染源。其他较新的技术如：太阳能集热沼气发酵罐及基于地源热泵的沼气发酵罐等，初始投资以及维护成本都很高，在边远分散的农村地区这些技术都难以推广普及。

由此可见，在一定的室外气象条件下，保温属于被动式技术，可以达到一定的增温效果；但当室外较寒冷时，必须采取主动的技术措施，才能达到预期的发酵温度。所以研发一种全年产气率高、能耗低、初投资及运行成本低廉的保温增温沼气发酵罐体具有很大的现实意义。

201210543906.9公开了一种新型的一种加热式地上沼气池，其特征在于：所述发酵罐的底座内设置有多根加热管，所述加热管的两端连接电源。这种沼气罐虽能有效提升罐体发酵温度，但是罐体外部没有保温层，增温能耗损失大、运行成本高。201020169775.9公开了一种保温加热型沼气装置，其沼气罐侧壁外层设保温层，保温层内侧设热水层；沼气罐一侧上方设热水出口，在地表下方的沼气罐一侧设热水进口，其不足之处在于结构非常复杂，热利用程度较低。

201120334659.2公开了一种绝热保温沼气发酵罐，其特征在于内罐和外罐固定在一起，在内罐和外罐之间形成隔热腔，在隔热腔中安装有保温层，在外罐和内罐的上部分别固定安装有与内罐内腔相通的上料装置、排气装置和溢流装置，在外罐和内罐的下部固定安装有与内罐内腔相通的卸料装置，搅拌装置通过安装架固定安装在外罐的上方，搅拌装置的下部位于内罐内腔中。该沼气罐设置有保温层但是罐体没有没加热装置，在极端寒冷的气候下没有热量补偿维持不了发酵温度。

实际上，地上沼气发酵罐的产气率与罐体发酵温度、室外气象条件、保温层厚度、增温系统功率及能耗等因素之间，存在非常复杂的耦合关系，上述现有专利技术并没有从全年或寿期角度去优化保温增温系统，因此都不能指出最佳保温层厚度及增温系统功率匹配。这是本发明有别于现有专利技术的独特之处。

发明内容

本发明的目的是以单位能耗全年产气率优化保温增温系统、提供一种能够保持或提升沼液发酵温度使其在冬季也可以稳定产气的沼气保温增温沼气发酵罐技术。

发明的基本思路是：在沼气罐体外部复合一层保温材料降低维持和提升发酵温度的能耗，采用PID（Proportion、Integration、Differentiation）温度控制器调节加热器的启停状态来动态维持罐体内的发酵温度。