基于序批式厌氧干发酵设备的沼气发电自供能设备设计、仿真与运行测试

1

作者 李建南 孟海波 +3 位作者 冯晶 叶炳南 李佩琪 徐晗 《中南农业科技》 2025年第2期87-93,共7页

为解决已有序批式厌氧干发酵设备沼气利用率低的问题,基于沼气发电工艺流程,设计了一种适用于序批式厌氧干发酵设备的沼气发电自供能设备。沼气发电自供能设备主要由沼气净化装置、沼气发电装置、电能储存装置和供能装置组成。运用Matla... 为解决已有序批式厌氧干发酵设备沼气利用率低的问题,基于沼气发电工艺流程,设计了一种适用于序批式厌氧干发酵设备的沼气发电自供能设备。沼气发电自供能设备主要由沼气净化装置、沼气发电装置、电能储存装置和供能装置组成。运用Matlab/Simulink软件对整体系统进行仿真,并结合沼气发电工艺集成耦合设备,开展样机试制并搭建小型沼气发电试验平台,利用序批式厌氧干发酵设备所产沼气开展小型沼气发电储及供电切换的测试试验。仿真及运行测试试验结果表明,以4组反应器为单位,启动时间为6d,反应器的产气量为1.5m3/d,沼气发电机运行时间为1.5h/d,沼气发电量约为2kW·h,设备运行稳定,沼气利用率较高,供电切换过程设备运行电压稳定无断电。该设备提高了序批式厌氧干发酵设备沼气利用率,实现了在网离网供能切换。 展开更多

关键词 序批式厌氧干发酵 沼气发电 供能设备设计 仿真试验 运行测试

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汽爆预处理对废弃烤后烟叶产甲烷潜力的影响 被引量：8

2

作者 黄弘毅 薛寒光 +3 位作者 李超 黎娟 王冠华 邵思 《农业环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1854-1861,共8页

为资源化利用涉烟有机废弃物,以废弃烤后烟叶为底物进行了中温厌氧发酵实验,通过对比研究蒸汽爆破预处理及5种汽爆条件对烤后烟叶产甲烷潜力的影响,探讨汽爆在烤后烟叶厌氧发酵中应用的可行性。结果表明:未处理烤后烟叶L0的生化产甲烷... 为资源化利用涉烟有机废弃物,以废弃烤后烟叶为底物进行了中温厌氧发酵实验,通过对比研究蒸汽爆破预处理及5种汽爆条件对烤后烟叶产甲烷潜力的影响,探讨汽爆在烤后烟叶厌氧发酵中应用的可行性。结果表明:未处理烤后烟叶L0的生化产甲烷潜力值高于绝大多数木质纤维素类废弃物,达到了252.7 mL·g-1VS,且产气周期短,是优良的发酵原料;烤后烟叶在汽爆过程中发生固液组分分离,液体糖难以完全回收进而影响产气。与L0相比,汽爆后烟叶的生化产甲烷潜力均有下降,L1~L5分别降低了11.6%、23.0%、24.0%、22.4%及26.3%。对于烤后烟叶,尽管汽爆预处理能打开物料结构,但也会导致液体糖分大量流失,甲烷产量下降。综合考虑产品价值和处理能耗等因素,在实际应用中直接将烤后烟叶进行厌氧发酵是更优的选择。 展开更多

关键词 厌氧发酵 烤后烟叶 蒸汽爆破 产甲烷潜力

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我国北方地区规模化奶牛场粪污污染防治模式评价 被引量：1

3

作者 陈润璐 冯晶 +4 位作者 赵立欣 于佳动 姚宗路 李再兴 罗娟 《安徽农业科学》 CAS 2020年第23期234-238,共5页

对我国北方地区规模化奶牛场采用的前分离垫料模式与能源化后分离模式进行技术经济性及种养平衡综合评价,结果表明在能源化后分离模式下投资成本为1749万元,较前分离垫料模式增加了559.5万元,获得副产品种类更多,年利润比前分离垫料模... 对我国北方地区规模化奶牛场采用的前分离垫料模式与能源化后分离模式进行技术经济性及种养平衡综合评价,结果表明在能源化后分离模式下投资成本为1749万元,较前分离垫料模式增加了559.5万元,获得副产品种类更多,年利润比前分离垫料模式提高了104.4万元。前分离垫料模式最终生成的垫料产品中的养分含量为8.74 g/kg,肥水中的养分含量为3.89 g/kg;能源化后分离模式生成的沼渣肥中养分含量为11.36 g/kg,肥水中的养分含量为7.08 g/kg。2种模式相比,能源化后分离模式下养分损失较少。针对4种典型作物,在氮素平衡条件下能源化后分离模式下粪污消纳所需农田面积比前分离垫料模式提高102.7%。通过对2种模式的比较,进一步提出了模式适用性评价指标,旨在为规模化奶牛场粪污污染防治模式的选择提供理论依据。 展开更多

关键词 奶牛养殖场 粪污利用模式 固液分离 经济效益 农田消纳

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石英管定向强化流场模拟内构件反应器不同厚度煤热解特性

4

作者 胡二峰 赵立欣 +4 位作者 吴娟 孟海波 姚宗路 丛宏斌 赵泽华 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期3504-3509,共6页

内构件固定床热解反应器通过强化传热和调节热解产物由高温区向低温区流动并优化热解产物二次反应与反应器内流场、温度场的匹配关系,提高了热解油气收率和品质。采用石英管定向强化流场模拟内构件固定床反应器,考察不同厚度煤层热解特... 内构件固定床热解反应器通过强化传热和调节热解产物由高温区向低温区流动并优化热解产物二次反应与反应器内流场、温度场的匹配关系,提高了热解油气收率和品质。采用石英管定向强化流场模拟内构件固定床反应器,考察不同厚度煤层热解特性。试验结果表明,随着煤层厚度的增加,热解焦油收率降低,焦油中轻质组分含量(沸点低于360℃)明显升高。当温度为800℃,煤层厚度从100 mm增加到200 mm时,焦油产率从6. 96%下降到4. 50%,下降幅度达35. 30%;焦油中轻焦油组分含量从62. 50%上升至76. 80%,增加幅度达22. 90%;热解水和煤气产率分别由9. 32%和9. 60%增至10. 70%和10. 90%,半焦产率略微降低。其中汽油馏分从3. 80%增加到20. 30%,煤油馏分从18. 50%增加到40. 00%。 展开更多

关键词 煤热解 煤层厚度 定向强化 反应调控

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长焰煤与糠醛渣共热解动力学、热力学及快速热解产物特性

5

作者 曾永福 田宜水 +3 位作者 胡二峰 屈锐 李晨浩 戴重阳 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期621-627,共7页

对糠醛渣和低阶长焰煤共热解特性进行系统性研究,通过采用热重分析仪(TG)、红外快速热解反应器考察升温速率对等比例混合的长焰煤和糠醛渣共热解产物分布的影响以及二者之间的协同效应。TG结果表明在300~600℃的热解区间内糠醛渣中纤维... 对糠醛渣和低阶长焰煤共热解特性进行系统性研究,通过采用热重分析仪(TG)、红外快速热解反应器考察升温速率对等比例混合的长焰煤和糠醛渣共热解产物分布的影响以及二者之间的协同效应。TG结果表明在300~600℃的热解区间内糠醛渣中纤维素与长焰煤热解产生的含碳有机组分发生交互作用。Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)和Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法计算的活化能分别在69.80~256.04 kJ/mol和71.24~253.43 kJ/mol之间;在升温速率20、30和40℃/min时,平均指前因子分别为2.55×10^(11)/s(KAS)和4.22×10^(11)/s(FWO)。糠醛渣和长焰煤红外快速共热解实验结果表明:当升温速率从10℃/s提高到30℃/s时,焦油产率先从8.67%增加到9.24%,随后又降低到8.30%,水产率从15.92%降低到14.73%又增到15.26%,气体产率从25.12%增加到26.66%而半焦从50.29%下降到49.78%。模拟蒸馏结果也表明焦油成分中轻质组分含量约为70%,重质组分相对较少,表明红外快速加热下糠醛渣与长焰煤的共热解有助于焦油提质,产生正协同作用。 展开更多

关键词 生物质 长焰煤 共热解 焦油 糠醛渣 热解特性 红外加热

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低阶煤与玉米秸秆共热解特性研究 被引量：11

6

作者 汤森 袁艳文 +3 位作者 霍丽丽 赵立欣 姚宗路 戴惠新 《可再生能源》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期156-161,共6页

为探究低阶煤与玉米秸秆共热解过程中的协同作用,文章借助热重仪器分析了低阶煤与玉米秸秆的共热解特性,研究了升温速率对低阶煤与玉米秸秆共热解过程及其动力学参数的影响。研究结果表明:在快速升温条件下,玉米秸秆的加入促进了混合物... 为探究低阶煤与玉米秸秆共热解过程中的协同作用,文章借助热重仪器分析了低阶煤与玉米秸秆的共热解特性,研究了升温速率对低阶煤与玉米秸秆共热解过程及其动力学参数的影响。研究结果表明:在快速升温条件下,玉米秸秆的加入促进了混合物共热解过程中挥发分的生成,提高了热解的转化率,降低了热解的活化能,两者的共热解过程产生了协同作用;随着升温速率的提高,低阶煤与玉米秸秆共热解过程的协同作用逐渐增强。 展开更多

关键词 低阶煤 玉米秸秆 共热解 协同作用 动力学

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棉秆炭与生物质焦油混合成型及燃烧特性研究 被引量：2

7

作者 盛晨绪 姚宗路 +3 位作者 赵立欣 孟海波 代敏怡 丛宏斌 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期458-464,共7页

为研究棉秆炭与生物质焦油混合成型及燃烧特性,以成型压力、成型温度和焦油添加量为试验因素,采用正交试验方法,开展成型条件对抗压强度、跌落强度、松弛密度及吸潮率影响规律的试验研究,并采用差热热重同步分析仪,分析棉秆炭、焦油混... 为研究棉秆炭与生物质焦油混合成型及燃烧特性,以成型压力、成型温度和焦油添加量为试验因素,采用正交试验方法,开展成型条件对抗压强度、跌落强度、松弛密度及吸潮率影响规律的试验研究,并采用差热热重同步分析仪,分析棉秆炭、焦油混合试样燃烧特性。试验结果表明:最优成型工艺参数为成型压力8 kN、成型温度20℃、焦油添加量6%。棉秆炭与焦油混合试样的综合燃烧特性指数(28.86~24.21)×10^(-8)K^(-3)·min^(-2)随焦油添加量(0%~6%)的增加而逐渐减小,说明在棉秆炭中加入适量焦油制备成型炭可获得良好的成型及燃烧性能。 展开更多

关键词 生物质 成型 燃烧 棉秆炭 焦油

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平模式成型机关键部件设计及秸秆类原料适应性试验 被引量：2

8

作者 郝彦辉 姚宗路 +4 位作者 赵立欣 孟海波 霍丽丽 张喜瑞 刘悦 《可再生能源》 CAS 北大核心 2019年第4期495-500,共6页

针对目前成型机对秸秆类原料适应性差的问题,文章根据小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、油菜秸秆、香蕉秸秆5种生物质原料特性,对平模式成型机的平模和压辊两个关键部件进行设计,以提高成型机的原料适应性。通过分别对5种原料进行成型试验... 针对目前成型机对秸秆类原料适应性差的问题,文章根据小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、油菜秸秆、香蕉秸秆5种生物质原料特性,对平模式成型机的平模和压辊两个关键部件进行设计,以提高成型机的原料适应性。通过分别对5种原料进行成型试验,验证成型机对5种生物质原料的适应性。试验结果表明,对于5种秸秆原料,成型机均能够很好成型,成型机及成型颗粒各项指标均达到了设计要求。为生物质成型技术的研究和开发提供了一定的参考依据。 展开更多

关键词 生物质 平模式 成型机 关键部件 适应性 设计试验

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牛粪与秸秆干式厌氧共发酵性能与流变特性研究 被引量：1

9

作者 李佩琪 宁志芳 +3 位作者 李再兴 叶炳南 冯晶 孟海波 《可再生能源》 CAS CSCD 北大核心 2023年第10期1294-1302,共9页

为了研究牛粪(CM)与玉米秸秆(CS)连续干式共发酵的性能与物料流变特性,在卧式不锈钢横推流式反应器中,将CM与CS分别按照2∶1,1∶1,1∶2的总固体(TS)质量比混合,在进料TS含量分别为20%,25%和30%的条件下进行厌氧共发酵试验。试验结果表明... 为了研究牛粪(CM)与玉米秸秆(CS)连续干式共发酵的性能与物料流变特性,在卧式不锈钢横推流式反应器中,将CM与CS分别按照2∶1,1∶1,1∶2的总固体(TS)质量比混合,在进料TS含量分别为20%,25%和30%的条件下进行厌氧共发酵试验。试验结果表明:CM与CS干式共发酵的最佳进料TS含量为25%,最佳CM和CS配比为1∶2,容积CH4产量最高为1.63 L/(L·d),发酵后期稳定在1.46~1.61 L/(L·d);随着进料TS含量的增加,进料表现出更高的剪切应力,在进料TS含量为25%的条件下,发酵物料的黏度达到30 Pa·s左右,但未观察到明显的抑制作用;当进料TS含量升高至30%时,发酵物料的黏度达到35 Pa·s左右,共发酵效率下降,物料的高黏度可能是导致CM与CS混合共发酵效率下降的原因;发酵物料的黏度随着CM占比的增加而增大,CM对物料流动的不利程度高于CS。 展开更多

关键词 干式厌氧发酵 总固体含量 物料配比 流变特性

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生物质热解的典型影响因素及技术研究进展 被引量：27

10

作者 刘壮 田宜水 +4 位作者 马大朝 胡二峰 邵思 李沫杉 戴重阳 《可再生能源》 CAS CSCD 北大核心 2021年第10期1279-1286,共8页

生物质通过热解可以获得热解气、生物油以及生物炭,实现其资源化、清洁高效利用。文章阐述了生物质热解过程中的反应机理,探讨了不同热解条件(如温度、升温速率和热解气氛)以及不同预处理方式(如烘焙、干燥、酸洗和水热)对生物质热解特... 生物质通过热解可以获得热解气、生物油以及生物炭,实现其资源化、清洁高效利用。文章阐述了生物质热解过程中的反应机理,探讨了不同热解条件(如温度、升温速率和热解气氛)以及不同预处理方式(如烘焙、干燥、酸洗和水热)对生物质热解特性的影响。基于催化剂特性差异将用于生物质热解的催化剂分为固体酸和碱基催化剂并进行概述。在总结前人研究进展的基础上,梳理了有热载体和无热载体的生物质热解反应器的发展进程,针对生物质热解的研究因素较为单一的现状,提出通过围绕"微观结构-宏观调控"开展多尺度、定向调控、高效制备热解产物的方法,并对热解过程中自由基的变化研究不足以及热解催化剂失活等问题提出了展望,从而为生物质热解技术的发展提供理论依据,加快实现我国生物质的资源化利用。 展开更多

关键词 生物质 热解机理 影响因素 热解反应器 研究进展

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低阶煤热解影响因素及其工艺技术研究进展 被引量：25

11

作者 刘壮 田宜水 +4 位作者 胡二峰 马大朝 邵思 李沫杉 戴重阳 《洁净煤技术》 CAS 北大核心 2021年第1期50-59,共10页

我国低阶煤储量巨大,全组分高效利用煤炭资源有助于确保我国能源安全,低阶煤热解可得到高值化的煤气、焦油以及半焦,实现其高值化梯级利用。通过低阶煤热解过程3个阶段阐明了其热解机理,分析了煤阶、温度、粒径、升温速率、气氛等热解... 我国低阶煤储量巨大,全组分高效利用煤炭资源有助于确保我国能源安全,低阶煤热解可得到高值化的煤气、焦油以及半焦,实现其高值化梯级利用。通过低阶煤热解过程3个阶段阐明了其热解机理,分析了煤阶、温度、粒径、升温速率、气氛等热解条件以及酸洗、水热、溶胀、离子液体等预处理方法对低阶煤热解反应特性的影响。催化热解通过定向调控获取高品质热解产物,基于催化剂特性的差异和催化行为的不同,分类梳理了不同催化剂对低阶煤催化热解的影响,包括分子筛、过渡金属化合物、碱金属化合物、天然矿石等。在论述低阶煤热解技术的研究现状和最新进展的基础上,对低阶煤固体热载体、气体热载体以及内构件移动床热解工艺技术进行了总结,并对未来的研究方向进行了展望,以促进我国低阶煤热解技术的发展。 展开更多

关键词 煤炭 热解机理 影响因素 热解工艺 催化特性

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生物质与低阶煤共热解特性研究及其技术进展 被引量：11

12

作者 戴重阳 田宜水 +3 位作者 胡二峰 李沫杉 马大朝 邵思 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期326-333,共8页

在阐述生物质与低阶煤单独热解和混合共热解过程的基础上,分析加热速率、温度、混合比例、生物质种类和粒径等参数对协同作用的影响。基于生物质与低阶煤热解技术的现状与最新进展,对间接与直接加热工艺在共热解上的应用进行综述。归纳... 在阐述生物质与低阶煤单独热解和混合共热解过程的基础上,分析加热速率、温度、混合比例、生物质种类和粒径等参数对协同作用的影响。基于生物质与低阶煤热解技术的现状与最新进展,对间接与直接加热工艺在共热解上的应用进行综述。归纳生物质的供氢作用、碱金属的催化作用以及热解产物之间的相互作用使共热解产生协同作用以及红外与Aspen Plus软件等促进协同作用的建议,并提出共热解产物定向调控的反应机理与红外热解调控放大等相关展望。 展开更多

关键词 生物质 低阶煤 焦油 共热解 协同作用 红外热解

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沼渣热解动力学、热力学分析及热解产物特性研究 被引量：6

13

作者 李沫杉 田宜水 +3 位作者 胡二峰 戴重阳 李晨浩 邵思 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期226-233,共8页

采用热重分析(TG)分析沼渣的热解特性,研究沼渣的热解动力学并计算指前因子A、焓变ΔH、吉布斯自由能ΔG、熵变ΔS等热力学参数。进一步考察温度对沼渣热解产物分布与性质的影响。其热解过程可分为3个失重阶段,其中第2阶段为主要失重阶... 采用热重分析(TG)分析沼渣的热解特性,研究沼渣的热解动力学并计算指前因子A、焓变ΔH、吉布斯自由能ΔG、熵变ΔS等热力学参数。进一步考察温度对沼渣热解产物分布与性质的影响。其热解过程可分为3个失重阶段,其中第2阶段为主要失重阶段,采用Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法、Friedman法和Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)法计算的平均活化能分别为410.00、471.32和420.01 kJ/mol,热力学参数计算结果表明沼渣热解过程具有稳定的能量输出。沼渣热解油的产率随温度上升先增加后降低。气体产物的高位热值(HHV)从400℃时的6.82 MJ/Nm3增加到700℃时的8.54 MJ/Nm3。红外光谱(FTIR)、拉曼(Raman)光谱表明热解温度升高生物炭结构的有序性增加。 展开更多

关键词 热力学 热解 动力学 沼渣 热解产物 产物分析

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基于焦油作为黏结剂的玉米秸秆炭成型工艺研究 被引量：2

14

作者 盛晨绪 丛宏斌 +2 位作者 代敏怡 秦超 于炳驰 《现代农业科技》 2021年第4期141-144,共4页

为研究玉米秸秆炭成型过程中各参数之间的交互作用,获得最佳工艺参数,该文采用三因素的响应面试验设计研究了混料水分(15%~35%)、成型压力(7~10 kN)、焦油添加量(0~10%)3个参数对成型玉米秸秆炭的抗压强度、松弛密度以及比能耗3个成型... 为研究玉米秸秆炭成型过程中各参数之间的交互作用,获得最佳工艺参数,该文采用三因素的响应面试验设计研究了混料水分(15%~35%)、成型压力(7~10 kN)、焦油添加量(0~10%)3个参数对成型玉米秸秆炭的抗压强度、松弛密度以及比能耗3个成型指标的影响,建立了响应面模型,获得了最佳工艺参数,并对优化后的试验参数进行了试验验证。结果表明:在选取试验参数范围内,混料水分、成型压力、焦油添加量均会对技术指标产生较大影响;最优的工艺参数组合为混料水分35%、焦油添加量9.87%、成型压力10 kN,在该参数组合下的验证试验结果为抗压强度13300.57 N、松弛密度701.52 kg/m3、比能耗0.25 kJ/kg。本研究为成型炭新能源产品的开发提供了理论依据。 展开更多

关键词 焦油 黏结剂 玉米秸秆炭 成型工艺

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铁基和硅基材料对有机垃圾厌氧发酵产沼气的促进作用研究

15

作者 董晓莹 付佳辉 +3 位作者 肖永厚 周扬 宁跃文 徐卫平 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期317-324,共8页

制备并考察3种功能材料(Fe_(2)O_(3)、Silicalite-1和Fe_(2)O_(3)@Silicalite-1)的3种投加量(50、100和150 mg)对有机垃圾(鸡粪)的厌氧发酵产气影响。结果表明:各功能材料组的日沼气产量和甲烷含量相比于空白组均得到有效提高,其中Fe_(2... 制备并考察3种功能材料(Fe_(2)O_(3)、Silicalite-1和Fe_(2)O_(3)@Silicalite-1)的3种投加量(50、100和150 mg)对有机垃圾(鸡粪)的厌氧发酵产气影响。结果表明:各功能材料组的日沼气产量和甲烷含量相比于空白组均得到有效提高,其中Fe_(2)O_(3)组分别提高31.07%和10.34%;Silicalite-1组分别提高23.98%和12.07%;Fe_(2)O_(3)@Silicalite-1组的产气效果最佳,其最高累计产气量和甲烷含量分别提高41.39%和17.24%。由此可见,将纳米Fe_(2)O_(3)分散负载在多孔材料(Silicalite-1)上可作为一种有效的厌氧发酵催化剂,该材料可避免传统方法中纳米颗粒的团聚造成的自身性能失活,从而通过厌氧发酵技术耦合复合材料实现有机垃圾处理工艺的能源效益和环境效益。 展开更多

关键词 Fe_(2)O_(3) SILICALITE-1 有机废物氧化 厌氧发酵 沼气 甲烷

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