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摘要：设计了沼液循环间接加热沼气系统，该系统采用热管型生物质燃烧炉间接加热循环沼液。运行试验结果表明，该系统池容平均产气率达到0.73 m3/（m3·d），发酵液SS去除率为87.99%，BOD去除率为81.82%，COD去除率为81.94%，沼气热值24.68 MJ/m3。该系统既促进了农村大量秸秆等废弃物的资源化利用，又解决了北方地区冬春季沼气池发酵温度低、产气率低等问题，且成本低，效益高。
关键词：沼液循环；间接加热；沼气；热管型生物质燃烧炉
中图分类号：S216.4 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）15-3754-02
DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.15.045
Abstract： The biogas system of biogas slurry circulation indirect heating was designed. This system used heat-pipe boiler of biomass to heat circulation biogas slurry indirectly. The operating test results showed that the yearly average tank volume aerogenesis rate of the system was 0.73 m3/（m3·d），dislodging rate of SS was 87.99%，dislodging rate of BOD reached 81.82%，and dislodging rate of COD reached 81.94%，thermal value of biogas produced from it was 24.68 MJ/m3. The system not only promoted the utilization of rural straw and other waste， but also solved the low fermentation temperature and low aerogenesis rate of methane tank of northern region in the winter and spring， likewise with low cost and high benefit.
Key words： biogas slurry circulation； indirect heating； biogas； heat-pipe boiler of biomass
随着中国农村经济的快速发展，能源消耗逐渐增多，沼气能源的开发利用有利于解决农村能源供应紧张问题，促进可持续发展，日益受到重视[1]。温度对发酵很重要，一般8～60 ℃温度范围内都能发酵产沼气[2]，此范围内，温度越高微生物活动越旺盛，产气量越大，温度的突变会影响微生物生命活动，使产气量下降[3]。从发酵的周期来看，温度越低原料的发酵周期越长，温度越高发酵周期越短[4]。中国北方地区在较为寒冷的冬春季，温度过低会严重影响沼气池的产气率、产气量[5-7]。采用辅助加热可以为沼气发酵提供热量，有利于厌氧消化[2]。同时，中国北方农村存在大量秸秆等生物质资源闲置，无处利用等问题[8]。为此，针对上述情况，研究设计了沼液循环间接加热沼气发酵系统，该系统采用热管型生物质燃烧炉间接加热循环沼液，解决了北方地区冬春季沼气池发酵温度低、产气率低等问题，热管型生物质燃烧炉利用生物质燃料，促进了农村大量秸秆等废弃物的资源化利用。
1 沼液循环间接加热沼气系统的结构
沼液循环间接加热沼气系统的结构如图1所示，主要由预处理池、沼气池组、生物质燃烧炉、循环进料管、循环出料管、放料管等组成。
1.1 沼气池组
沼气池组包括从前至后依次通过料管串联连接在一起的沼气池，沼气池共设置数个，其中最前端的沼气池与预处理池通过料液管连接，料液管上设有料液阀门，沼气池包括池体和设置在池体顶口的池盖。
1.2 热管型生物质燃烧炉
生物质燃烧炉炉体从上至下依次连通设置有排烟口、集烟室和炉膛，即排烟口、集烟室和炉膛从上至下依次设置，并且排烟口、集烟室和炉膛为从上至下依次连通。炉体内还设有加热水套，加热水套位于集烟室下侧，加热水套上部为环绕加热室设置、下部延伸至炉膛底部外侧，加热水套内设竖向延伸的料加热管，料加热管的顶端口和底端口均伸出炉体外，炉膛内设炉排，加热水套的底端延伸至炉膛下部、炉排的上侧。
炉膛的侧壁上设有热管和插孔，热管通过该插孔插接并密封固定在炉膛侧壁上，热管一端延伸至炉膛内、另一端延伸至加热水套内。热管为水平延伸并且从上至下依次设置多个，热管可将炉膛内的热量传递到加热水套内使加热水套内的水加热。热管分为蒸发、绝热、冷凝三个工作段[9]。热管伸入炉膛内的部分为蒸发段、伸入加热水套内的部分为冷凝段，热管插接在炉膛侧壁的部分为绝热段。
1.3 热管型生物质燃烧炉与沼气池的连接
每个沼气池均分别通过一根分料管连接循环进料管，分料管连接在相应沼气池的池体上并用于向相应沼气池的池体输送从循环进料管流入的料液，每根分料管上均设置回液阀，循环进料管的一个端口连接料加热管的顶端口，另一个端口封闭。
循环出料管一端连接料加热管的底端口、另一端连接最后端的沼气池的出料口，循环出料管上设有循环泵，放料管一端连接在循环泵与生物质燃烧炉之间的循环出料管上，放料管上设有第一开关阀，放料管与生物质燃烧炉之间的循环出料管上设有第二开关阀。
2 沼液循环间接加热沼气系统的工作过程
沼液循环间接加热沼气系统的沼气池组、循环出料管、料加热管、循环进料管和分料管依次连接并构成一个料液循环系统，循环进料管可同时同步向各个沼气池输送料液，前个沼气池的料液可以通过料管进入相邻的下个沼气池内，最终料液从最后端的沼气池的出料口输送至循环出料管，其中循环泵为整个料液循环系统提供动力。生物质燃烧炉的加热水套通过对料加热管进行加热，随着料液的循环，最终实现对整个沼气池组内料液的加热。该系统将沼气池和热管型生物质燃烧炉联合使用，充分利用了秸秆等生物质能源。
3 沼液循环间接加热沼气系统运行性能试验
3.1 试验方法与仪器
沼液温度：搅拌混合后沼液，取平均值，贝克曼温度计；沼气池产气量：燃气流量计；pH值：电位计测定法；悬浮物（SS）：重量法[10]；BOD：BOD5[11]；COD：重铬酸钾滴定法[12]；沼气成分：气相色谱法[13]；沼气热值：理论计算法[14]。
3.2 试验结果
沼液循环间接加热沼气系统运行性能试验结果见表1、表2和表3。从表中可以看出，系统池容平均产气率达0.73 m3/（m3·d），比国家标准规定值0.2～0.4 m3/（m3·d）高；所产沼气热值为24.68 MJ/m3，满足沼气燃具对气体质量要求；发酵液SS去除率为87.99%，BOD去除率为81.82%，COD去除率为81.94%。
4 小结
沼液循环间接加热沼气系统采用热管型生物质燃烧炉辅助加热，解决了北方地区冬春季沼气池发酵温度低、产气率低等问题，热管型生物质燃烧炉利用生物质燃料，促进了农村大量秸秆等废弃物的资源化利用，成本低，效益高，易于改善农村生态环境，形成新的经济增长点，促进农民增收与农牧业的可持续发展。
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