太陽(yáng)能輔助沼氣生產(chǎn)和綜合利用系統(tǒng)數(shù)值仿真

【摘要】：能源和環(huán)境日益嚴(yán)峻的當(dāng)下,高效低成本利用農(nóng)村地區(qū)豐富的生物質(zhì)能和太陽(yáng)能對(duì)改變農(nóng)村用能結(jié)構(gòu)、改善農(nóng)村居住環(huán)境、促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要的意義。沼氣熱電氣聯(lián)供可給用戶(hù)提供燃?xì)?、電和采暖用?且發(fā)電余熱可回收利用,是一種綠色生態(tài)能源梯級(jí)利用模式,提高了能源利用率和經(jīng)濟(jì)效益。牛糞是農(nóng)村常見(jiàn)的固體廢棄物之一,含有較多的有機(jī)質(zhì),課題以牛糞為原料進(jìn)行沼氣發(fā)酵實(shí)驗(yàn)研究,對(duì)典型發(fā)酵溫度(室溫、35℃和55℃)、接種物濃度(10%、30%和50%)的日產(chǎn)氣量、累積產(chǎn)氣量、料液pH變化和沼氣中甲烷含量的研究發(fā)現(xiàn),55℃的實(shí)驗(yàn)組酸化周期短,累積產(chǎn)氣量多,但沼氣品質(zhì)略差,甲烷含量?jī)H為52.52%低于35℃實(shí)驗(yàn)組的57.82%。接種物濃度為50%的實(shí)驗(yàn)組更易進(jìn)入產(chǎn)甲烷階段,其前期日產(chǎn)氣量多,但最終沼氣累積產(chǎn)量少,甲烷含量52.63%較30%實(shí)驗(yàn)組低,比較而言30%接種物濃度更適宜牛糞發(fā)酵。在吸收總結(jié)太陽(yáng)能沼氣池系統(tǒng)和沼氣利用系統(tǒng)已有研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了太陽(yáng)能與沼氣鍋爐輔助沼氣生產(chǎn)和熱、電、氣聯(lián)供系統(tǒng),基于能量和質(zhì)守恒原則,采用集總參數(shù)法建立系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型,以Matlab/Simulink為仿真平臺(tái)建立系統(tǒng)的模塊化仿真模型,并建立沼氣產(chǎn)率方程和保溫層厚度發(fā)酵罐熱損失方程,確定系統(tǒng)發(fā)酵合適的水利停留時(shí)間HRT和硬質(zhì)聚氨酯保溫層厚度。研究了環(huán)境溫度、太陽(yáng)能集熱面積、連續(xù)陰天、序批式進(jìn)料對(duì)系統(tǒng)性能(主要為系統(tǒng)產(chǎn)氣量)的影響,同時(shí),對(duì)比分析了供暖季、夏季、非供暖春秋季和1月份系統(tǒng)的運(yùn)行特性。通過(guò)數(shù)值仿真結(jié)果分析認(rèn)為,硬質(zhì)聚氨酯保溫層的較好保溫厚度為100mm;環(huán)境溫度的下降、集熱面積的減少、連續(xù)陰天天數(shù)的增加、序批式進(jìn)料發(fā)酵都需加大系統(tǒng)產(chǎn)氣量,增大發(fā)酵罐有效容積;另外,集熱器的年平均集熱效率約為0.522,系統(tǒng)的年耗氣量、發(fā)電量、供熱量和熱用戶(hù)燃?xì)饬糠謩e為8594.19kg、4934kWh、15067.1kWh和439.2kg,系統(tǒng)的能源利用率為51.5%,資金回收期約為8年,CO2年減排量為2876.4m3。 【關(guān)鍵詞】：沼氣 太陽(yáng)能 三聯(lián)供系統(tǒng) Matlab/Simulink 運(yùn)行特性
【學(xué)位授予單位】：青島大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：S216.4
【目錄】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 引言7-17
• 0.1 研究背景及意義7-8
• 0.2 沼氣發(fā)酵概況8-10
• 0.3 太陽(yáng)能沼氣池系統(tǒng)的研究10-14
• 0.3.1 直接加熱式太陽(yáng)能沼氣池系統(tǒng)10-11
• 0.3.2 間接加熱式太陽(yáng)能沼氣池系統(tǒng)11-13
• 0.3.3 外加熱源式太陽(yáng)能沼氣池系統(tǒng)13-14
• 0.4 沼氣在熱、電聯(lián)產(chǎn)方面的研究14-15
• 0.5 本課題的研究?jī)?nèi)容15-16
• 0.6 本章小結(jié)16-17
• 第1章 牛糞發(fā)酵的實(shí)驗(yàn)研究17-31
• 1.1 發(fā)酵原料的理化性質(zhì)17
• 1.2 實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介17-18
• 1.3 理化參數(shù)的測(cè)定方法18-22
• 1.3.1 含水率的測(cè)定18
• 1.3.2 總固體的測(cè)定（TS）18-19
• 1.3.3 揮發(fā)性固體的測(cè)定（VS）19-20
• 1.3.4 發(fā)酵原料中C/N元素的測(cè)定20-22
• 1.3.5 料液pH值的測(cè)定22
• 1.3.6 氣體成分的測(cè)定22
• 1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果研究分析22-28
• 1.4.1 溫度對(duì)牛糞厭氧發(fā)酵的影響研究22-25
• 1.4.2 接種物量對(duì)牛糞厭氧發(fā)酵的影響研究25-28
• 1.5 實(shí)驗(yàn)誤差分析28-30
• 1.6 本章小結(jié)30-31
• 第2章 太陽(yáng)能輔助沼氣生產(chǎn)和綜合利用系統(tǒng)及其動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的建立31-51
• 2.1 太陽(yáng)能輔助沼氣生產(chǎn)和綜合利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)31-33
• 2.2 太陽(yáng)能輔助沼氣生產(chǎn)和綜合利用系統(tǒng)運(yùn)行方式33-34
• 2.3 太陽(yáng)能輔助沼氣生產(chǎn)和綜合利用系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型34-47
• 2.3.1 基本假設(shè)34
• 2.3.2 集熱系統(tǒng)和供熱系統(tǒng)34-37
• 2.3.3 發(fā)酵系統(tǒng)37-41
• 2.3.4 沼氣輸送及供氣系統(tǒng)41-43
• 2.3.5 發(fā)電儲(chǔ)電系統(tǒng)43-47
• 2.4 系統(tǒng)仿真模型的建立47-50
• 2.4.1 Matlab/Simulink簡(jiǎn)介47-48
• 2.4.2 仿真模型的建立48-50
• 2.5 本章小結(jié)50-51
• 第3章 太陽(yáng)能輔助沼氣生產(chǎn)和綜合利用系統(tǒng)性能分析51-70
• 3.1 仿真工況概述51
• 3.2 太陽(yáng)能輻照度51-52
• 3.3 仿真結(jié)果與分析52-66
• 3.3.1 設(shè)計(jì)工況下HRT對(duì)沼氣產(chǎn)率的影響分析52-53
• 3.3.2 設(shè)計(jì)工況下硬質(zhì)聚氨酯保溫層厚度對(duì)發(fā)酵溫度的影響分析53-55
• 3.3.3 1月份太陽(yáng)能輔助沼氣生產(chǎn)和綜合利用系統(tǒng)運(yùn)行特性55-58
• 3.3.4 供暖季、夏季和非供暖春秋季工況性能分析58-62
• 3.3.5 環(huán)境溫度對(duì)系統(tǒng)的影響62-63
• 3.3.6 連續(xù)陰天對(duì)系統(tǒng)的影響63-64
• 3.3.7 集熱面積對(duì)系統(tǒng)的影響64-66
• 3.3.8 非連續(xù)進(jìn)料對(duì)系統(tǒng)的影響66
• 3.4 太陽(yáng)能輔助沼氣生產(chǎn)和綜合利用系統(tǒng)效益評(píng)價(jià)66-68
• 3.4.1 技術(shù)效益66-67
• 3.4.2 經(jīng)濟(jì)效益67-68
• 3.4.3 環(huán)境效益68
• 3.5 本章小結(jié)68-70
• 第4章 結(jié)論和展望70-72
• 結(jié)論70-71
• 課題創(chuàng)新點(diǎn)71
• 展望71-72
• 參考文獻(xiàn)72-76
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果76-77
• 附錄77-78
• 致謝78-79

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