太陽能聯合電加熱沼氣控制器的設計與應用

摘要：針對我國北方冬季由于氣溫低而產生的沼氣池產氣率低，甚至出現沼氣池池體凍裂等問題，提出采用太陽能和電相結合為沼氣池供暖。首先建立三維溫度控制模型，為保持沼液溫度處于適合區間并在±３ ℃內波動，將沼氣池和周圍土壤看成有機整體進行控制。其次對控制系統進行了詳細的軟、硬件設計。最后以哈爾濱地區年出欄２ ０００頭的集約化養豬場為例進行了試驗，結果表明，在天氣最冷的４個月系統需要同時聯合電加熱，其他月份采用太陽能單獨供熱即可；系統溫度控制精確度達到±２ ℃。

關鍵詞：太陽能；沼氣；溫度控制

中圖分類號：ＴＰ２７３ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０11）19－4051-04

Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｏｌａｒ Ｊｏｉｎｔｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｈｅａｔｉｎｇ Ｂｉｏｇａｓ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ

ＬＩ Ｌｉ－ｌｉ，ＳＨＩ Ｗｅｉ

（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｆｕｘｉｎ １２３０００， Ｌｉａｏｎｉｎｇ， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ the problems of ｔｈｅ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎ ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ ｉｎ ｗｉｎｔｅｒ， ｌｏｗ ｇａｓ ｄｉｇｅｓｔｅｒｓ， ｔｈｅ ｂｉｏｇａｓ ｃｅｌｌ ｂｏｄｙ ｆｒｏｓｔ ｃｒａｃｋ ａｎｄ so on， ａ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｕｓｉｎｇ ｓｏｌａｒ jointing ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｉｇｅｓｔｅｒ ｈｅａｔｉｎｇ was proposed． Ａｔ ｆｉｒｓｔ， ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍａｉｎｔａｉｎ ｔｈｅ ｓｌｕｒｒｙ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｒａｎｇｅ ａｎｄ ｋｅｅｐ ｔｈｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ ｗｉｔｈｉｎ ±３ ℃， ｔｈｅ ｄｉｇｅｓｔｅｒｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｓｏｉｌ ｗｅｒｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ａｓ ａｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｗｈｏｌｅ， ａ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ． Ｓｅｃｏｎｄｌｙ， ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ｈａｒｄｗａｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ． Ｆｉｎａｌｌｙ， ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｕｓｉｎｇ ａｎ ｉｎｔｅｎｓｉｖｅ ｐｉｇ ｆａｒｍ ｏｆ ２ ０００ ｓｌａｕｇｈｔｅｒ ｐｉｇｓ ｐｅｒ ｙｅａｒ ｉｎ Ｈａｒｂｉｎ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｎｅｅｄed ｔｏ ｊｏｉｎｔ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｈｅａｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｌｄｅｓｔ ｆｏｕｒ ｍｏｎｔｈｓ ａｎｄ ｉｔ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｐｏｗｅｒｅｄ ｂｙ ｓｏｌａｒ ｈｅａｔｉｎｇ ａｌｏｎｅ ｉｎ ｏｔｈｅｒ ｍｏｎｔｈｓ， ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ waｓ ｗｉｔｈｉｎ ±２ ℃．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｓｏｌａｒ ｅｎｅｒｇｙ； ｂｉｏｇａｓ； ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ

近年來，隨著農業產業化建設的提速，東北規模養殖進入一個快速發展時期，與此同時，未經處理的糞便污水對環境的污染也越發嚴重，不僅造成了對水源和大氣的污染，其中所含的病原體對人體健康也造成了極大威脅。畜禽場糞便污水屬高濃度有機廢水，非常適合于利用沼氣技術進行生化處理［１，２］。若將糞便厭氧發酵則不僅能解決農村環境衛生問題，而且能解決農村能源問題，是合理持續地開發和利用自然資源的有效途徑［３］。由于我國東北四季溫差大，對沼氣的產量及沼氣池的影響很大，影響了沼氣技術在東北的推廣。基于此設計太陽能聯合電加熱沼氣控制系統，針對不同的天氣狀況為沼氣池加熱，并自動控制發酵溫度，提高沼氣生產率，以期解決北方冬季沼氣池無法正常使用的問題。……