[发明专利]太阳能热泵厌氧消化池加热系统与运行控制方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源开发与节能技术应用领域，具体涉及一种太阳能热泵厌氧消化池加热系统与运行控制方法。

背景技术

随着经济的快速发展，能源安全、气候变暖、环境污染等问题日益严峻，使世界各国开始将目光聚集到新能源领域，积极探索可持续能源技术。沼气作为一种绿色清洁可再生能源具有极大的开发利用潜力。

厌氧消化产沼气技术作为一种生物质废弃物利用技术，既可回收能源又可解决环境污染问题，因此受到了各国政府的高度重视。在我国，党中央、国务院高度重视农村沼气建设。2004年至2010年，连续7个中共中央一号文件都对加快农村沼气发展提出了具体要求；2006年安排支持农村沼气建设的财政资金超过15亿元，2008年户用沼气池65亿元，2009年在沼气项目建设管理和配套产品招标工作中新增130亿元。截至2009年8月，全国农村户用沼气己达3050万户，各类农业废弃物处理沼气工程3.95万处。2010年，全国将有4000万农户用上沼气，达到适宜农户的30% 左右；规模化养殖场中的大中型沼气工程总数达4700处左右，达适宜畜禽养殖场总数的39%左右。由此可以看出，厌氧消化产沼气技术市场前景十分广阔。

沼气消化对温度要求严格，在适宜的温度范围内才能达到较高的产气率，温度过低微生物活性降低，温度过高微生物失活，都会导致产气率降低，且对消化池内日温度波动要求不大于3℃。沼气消化温度可以分为常温消化（10-26℃）、中温消化（28-38℃）和高温消化（46-60℃）三个阶段。对同一种沼气原料在35℃ 条件下一个月的沼气产气总量相当于15℃条件下12个月的产气总量，而发酵温度维持在55℃时沼气的日产量约为35℃时的3-5倍。 因此，在环境温度和进料温度低于35℃或55℃时，为了维持消化物料温度在消化最适温度左右，提高沼气产量，就需要补充大量的热量，所以，大中型沼气工程必须配备一套加热系统。

目前，常见的沼气池加热方式有：燃池式加热、电加热、化石能源热水锅炉加热、沼气锅炉加热、沼气发电余热加热、太阳能加热和地源热泵加热等多种方式。燃池式加热是一种设置在地下的进行燃料阴燃的地坑，这种方法的特点是一次性投入低质燃料即可燃烧一个冬季，无需人工管理，比较适用于户用型沼气工程；电加热技术以消耗高品位电能为代价，节能性不高；化石能源热水锅炉污染环境，能量利用率低；沼气锅炉对设备和操作技术要求比较高；沼气发电余热加热主要和沼气热电联产工程结合，一般只应用于大型沼气工程，应用于高温消化出现余热不足的情况；太阳能加热系统是通过太阳能集热系统完成热能的采集和传输，该系统节能环保、操作简单，可实现自动运行，但易受天气状况的影响，加热不稳定；地源热泵加热具有很好的节能效果，但地源热泵长期单一加热模式的运行使得地下温度降低，导致地源热泵COP降低。可见，没有一种加热方式占有绝对的优势，亟待开发一种经济、环保、节能的加热系统。

因此，探索一种高效、稳定、节能的加热技术使得厌氧消化物料维持在适当的消化温度，是目前厌氧消化工程化亟待解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于将太阳能热泵加热技术应用到厌氧消化沼气发酵工程中，并为其设计一套运行控制方法，便于操作和管理。

本发明将太阳能热利用技术和热泵技术结合起来，应用到厌氧消化沼气发酵工程中，采用全玻璃真空管集热器收集太阳能，热泵机组提升低品位热源为高品位热，提出了可以实现太阳能直接加热模式和太阳能热泵加热模式的厌氧消化池加热系统。所提出的系统运行控制方法，解决了不同气候条件下系统各模式自动切换最优运行问题，以达到整个系统运行的经济、节能与高效运行，有助于推动沼气工程的快速发展与产业化进程。

本发明提出的太阳能热泵厌氧消化加热系统，由太阳能集热系统、热泵低位热源系统和厌氧消化池热泵加热系统组成，其中：

太阳能集热系统由全玻璃太阳能真空管集热器9、太阳能集热器热水循环泵10和蓄热水箱6组成。蓄热水箱第一出水口6c通过太阳能集热器热水循环泵10和管道连接全玻璃太阳能真空管集热器9的进水口，全玻璃太阳能真空管集热器9的出水口连接蓄热水箱第一进水口6a，构成太阳能集热水环路。