针对目前我国能源紧缺,用能结构不合理,生物质能总量巨大且浪费严重的现状,大力发展沼气工程是一个十分优秀的解决方案,研究恒温厌氧发酵罐的热工性能,对发酵罐内温度能否保持稳定,沼气工程能否高效运行十分必要。太阳照射会引起发酵罐表面温度上升,导致散热量减小,但目前对此尚无深入研究。本文研究了太阳照射对恒温厌氧发酵罐热工性能的影响,建立了发酵罐热损失模型。利用传热学原理主要分析了进出料热损和围护结构散热,在此基础上,本文通过太阳辐射理论分析,研究了太阳照射对发酵罐散热的影响,阐明了在运行过程中的能量损失规律。通过北京嘉孚沼气工程现场试验,对运行现状进行了分析总结。利用所建立理论模型,以嘉孚为例进行了计算,并利用试验数据进行了验证,本文主要研究内容和结论如下:(1)建立了沼气罐热损失理论模型,热损包括罐体围护结构散热、进出料热损失、沼气和水蒸气带走热量,另外,生物热还会弥补一部分热损失。本文计算了罐体围护结构散热和进出料热损失两部分,其余部分所占比例很小,忽略不计。因为发酵罐热损计算时计算周期长、运行参数波动小变化慢、结构简单,因此可采用一维稳态传热模型。太阳辐射变化规律具有一定随机性,计算和预测存在难度,本文采用了对目标海拔、大气状况定量化后的计算模型,可计算任意地理位置和时刻的太阳是辐射强度,根据发酵罐尺寸形状,提出了总辐射量和吸收量的计算公式。利用热流叠加原理提出了对太阳照射对发酵罐散热的影响程度的计算方法。(2)根据北京气象数据,以北京嘉孚沼气工程为例计算其热工性能,不考虑太阳辐照情况下发酵罐热损失最大为一月份,100872MJ,最小为八月份,39622MJ,年总损失845149MJ,采用热电联产沼气内燃机组供热,一年共需消耗121600m3沼气,热损失最大时每日需消耗474m3沼气,沼气工程产气满足要求,理论上热电联产机组可充分满足发酵系统热需求,太阳能及空气源热泵仅为备用,系统存在热量冗余。热损中进出料热损占比最大,比例为86%-93%,夏季散热量大大减小,进出料热损比例增大。围护结构散热侧壁散热所占比例最大,顶部居中,底面散热最小。发酵罐表面月总辐射量和有效吸收辐射最大为7月,日总辐射量和有效吸收辐射最大为6月,最小均为12月。1月份发酵罐表面月吸收辐射占总热损的41.6%,7月发酵罐表面月吸收辐射是月总热损的2.12倍,但能够有效传导到罐体内部的比例十分小,十二月份减小散热量仅为3.77%,七月份可减小24.70%的散热量。在太阳辐射中,直接辐射所占比例最大,地面反射和天空散射相当。(3)根据现场试验数据,实际散热量与本文理论计算散热量之间误差为实际散热量与受到太阳照射后的计算散热量误差为44.6%~51.8%,误差较大,但是变化趋势基本一致,若将计算散热量乘以修正系数1.90,结果误差保持在8.6%以内,修正后计算模型合理可信,能够对实际工程运行和设计作出指导。本文的创新点:本文对以往发酵系统能耗研究中往往被忽略的太阳直接照射进行了研究,建立了太阳照射对沼气工程发酵罐热工性能的影响理论计算模型,理论证明了太阳直接照射表面可有效减小系统能耗。为今后沼气工程恒温发酵系统的能耗计算做出了指导。