[发明专利]利用空气能热泵强化稳定沼气产量的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用空气能热泵强化稳定沼气产量的方法及装置。

背景技术

能源是世界各国经济发展的战略资源。有关资料预测，全球石油剩余可采储量加上储量增长潜量为2297亿吨，可用39年，加上待发现资源量共3574亿吨，可用53年；全球天然气剩余可采储量加上储量增长潜量为2225亿吨，可用47年，加上待发现资源量共33696亿吨，可用63年。当前中国能源形势同样严峻：资源贫乏、结构失衡、需求剧增、缺口很大、能效不高和减排困难，成了制约国民经济快速发展的瓶颈。据统计，我国煤炭储量居世界第三位，但在探明的煤炭储量中D级储量占70～80％，再减去近期内尚难以利用的储量，目前能利用的精查储量不过300多亿吨，若按2005年的19亿吨标煤开采量计，只够开采16年；若以人均占有量来计算则只接近世界平均水平。有人预测：2000-2020年间化石能源消费的年均增长率将是4.3％～4.6％，年需求量将上升到30～32亿吨标煤。有报道近年我国原油表观消费量为1.91亿吨，对外依存度达55.2％。可见，全球化石资源渐趋枯竭。研发替代能源尤为迫切。

沼气是一种优质生物质能源，不仅原料来源丰富、价格低廉，而且具有燃烧热效率高、成本低、绿色、低排放、可再生、抗爆性能好的特点。沼气一般含60％左右的甲烷和40％左右的二氧化碳、硫化氢和水等少量杂质气体；因此，在净化沼气同时收集利用二氧化碳不仅可以提高沼气中甲烷纯度及热值，同时可提纯富集二氧化碳供工业使用，这对节约能源、改善生态环境具有重要意义。一调查资料表明，一台25MW装机容量的生物质发电厂年消耗20万吨秸秆，可替代8.7万吨标煤的燃煤，减排18万吨CO₂；我国每年约有7亿多万吨农作物秸秆，其中有1亿多吨被烧掉，若将其利用，可建500个25MW的小型电站，相当于一个“三峡”，年替代4350万吨标煤和减排9000万吨CO₂。现在美欧和巴西等国的生物燃料成本一般已降到相当于每桶50～70美元石油价格的水平，生物质发电、颗粒燃料、工业沼气等在美欧等商业化运行已十多年。

沼气池内沼液的发酵温度是影响沼气产量和产气率的关键因素。实验证明：厌氧发酵的最适合温度是在中温(28℃～38℃)或高温(46℃～60℃)阶段，不同发酵物质的最适宜的发酵温度有所不同。故沼气的产量会随着季节和温度的变化有较大变化。同时，若沼气池内发酵沼液的温度变化超过3℃，沼气产量也会有明显的变化。因此，非常有必要寻求一种维持沼气池内温度稳定在最适宜厌氧发酵温度范围内的方法，以达到强化稳定沼气产量的目的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可解决因外界环境温度变化导致产气不稳定问题、实现高效、连续生产的利用空气能热泵强化稳定沼气产量的方法及装置。

本发明以如下技术方案解决上述技术问题：

本发明用空气能热泵强化稳定沼气产量的方法，由空气能热泵产出50～70℃的热水，通过水循环系统，送至沼气池内配有机械除垢装置的换热器中，通过换热器给沼气池内的沼液加热，使沼气池内发酵沼液温度稳定在最适宜厌氧发酵的温度范围内，实现强化稳定沼气的产量。

沼气池中安装有温度传感器，由温度控制器调控沼液温度，以确保沼气池发酵层内部温度变化范围维持在3℃以内。

所述的水循环系统使用的是去离子水。

水循环管道均做保温处理。

换热器由两根热媒汇流总管、两根支管和若干根与热媒汇流总管垂直的换热管组成。

机械除垢装置由可沿换热管表面移动的多个除垢环组件及驱动除垢环组件移动的动力传递机构组成；其中：机械除垢装置的多个除垢环组件，上部的环状部分分别套在各根相互平行的换热管上并可沿换热管的外表面接触摩擦平移，各除垢环组件的顶部与一连杆固定连接，下端与链条铰接并可由链条带动平移；除垢环组件的动力传递机构为电机传动，还有一个由三个链轮及链条组成的链轮组，两个从动链轮的轮轴分别与两根热媒汇流总管固定连接。

各除垢环组件的下部可依托固定的导轨稳定地移动。

各除垢环组件下部依托的固定导轨为工字钢。

链条和链轮均为不锈钢材质制作。