沼氣工程罐內(nèi)盤管加熱傳熱速率與效率分析

張少鵬，韓瑞萍，陳晶晶，周俊，陸小華，王昌松

(1南京工業(yè)大學(xué)材料化學(xué)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210009；2南京工業(yè)大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院，江蘇 南京 211816；3南京工業(yè)大學(xué)生物能源研究所，江蘇 南京 211816)

引言

我國(guó)每年產(chǎn)生約7億噸農(nóng)作物秸稈和20億噸畜禽糞便，許多未經(jīng)有效處理直接排入環(huán)境，造成了較大的環(huán)境危害；同時(shí)2012年我國(guó)已成為世界第一大能源消費(fèi)國(guó)，全年消耗36.2億噸標(biāo)煤[1]。為了保證能源安全，減少環(huán)境污染，“十二五”規(guī)劃明確提出將可再生能源作為國(guó)家能源發(fā)展的重要戰(zhàn)略組成部分。因此，生物質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)能作為可再生能源的一個(gè)主要方面，在我國(guó)得到重視而迅速發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2013年，全國(guó)沼氣工程數(shù)量91952處，同比增長(zhǎng)率為13.8%。盡管我國(guó)沼氣工程發(fā)展迅速，但是其中中小型沼氣工程占94%，規(guī)模小、產(chǎn)氣速率慢和產(chǎn)氣量低等原因，影響了沼氣的市場(chǎng)化推廣[2]。

沼氣工程要保持恒定高效運(yùn)行，溫度是關(guān)鍵因素之一[3-5]。為了滿足發(fā)酵過程對(duì)溫度的嚴(yán)格要求，需要外加熱源介入。沼氣工程常見的方式分為發(fā)酵罐內(nèi)加熱和發(fā)酵罐外加熱兩種類型[6]。盡管罐內(nèi)加熱方式存在結(jié)垢、傳熱速率慢等缺點(diǎn)[7-10]，但是由于成本低，運(yùn)行簡(jiǎn)單等因素，目前國(guó)內(nèi)沼氣工程增溫方式主要以內(nèi)部盤管加熱為主。

已有的針對(duì)沼氣工程罐內(nèi)加熱的研究主要集中在從實(shí)驗(yàn)和模擬角度對(duì)不同因素對(duì)傳熱速率的影響方面[11-13]。也有文獻(xiàn)[14]指出對(duì)于罐內(nèi)部加熱設(shè)備，螺旋盤管比直管的傳熱速率高，且罐內(nèi)盤管比罐外盤管的加熱阻力小，換熱效率高；罐內(nèi)加熱應(yīng)采用罐內(nèi)底部加熱的方式傳熱效果最好[15]。

本文基于熱力學(xué)第一、第二定律，從總傳熱系數(shù)和有效能的理論角度出發(fā)，對(duì)影響沼氣工程罐內(nèi)加熱傳熱速率與效率的主要因素，如盤管熱導(dǎo)率、壁厚、攪拌速度和流體方向等進(jìn)行分析，為實(shí)現(xiàn)沼氣工程罐內(nèi)加熱過程傳熱速率與效率統(tǒng)一，達(dá)到能量的最優(yōu)化利用提供理論參考。

1 理論基礎(chǔ)

1.1 傳熱系數(shù)的理論計(jì)算

罐內(nèi)盤管換熱其總傳熱系數(shù)(K)由3部分組成：管內(nèi)流體與管壁對(duì)流傳熱、管壁的導(dǎo)熱和管壁與外部流體的對(duì)流傳熱。K的計(jì)算公式可表示為[16]

由于采用的是螺旋盤管加熱，因此采用流體在圓形彎管內(nèi)流動(dòng)的公式，管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)(hi)計(jì)算公式可表示為[17]

無攪拌時(shí)，大空間自然對(duì)流給熱，管外對(duì)流傳熱系數(shù)(ho)計(jì)算公式可表示為[18-19]

有攪拌時(shí)，強(qiáng)制對(duì)流給熱，管外對(duì)流傳熱系數(shù)(ho)計(jì)算公式可表示為[20]

攪拌功率(P)的計(jì)算公式為[21]

1.2 有效能的理論計(jì)算

罐內(nèi)盤管的有效能計(jì)算可參考換熱器，而換熱器有效能損失是由于壓力損失和溫差傳熱導(dǎo)致的，但由于沼氣工程罐內(nèi)加熱通常采用的是熱水與物料的液液換熱，液體不可壓縮，傳熱過程由于壓強(qiáng)變化引起的有效能變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于由于溫差引起的有效能變化，因此可以忽略由于壓強(qiáng)變化引起的換熱器有效能變化[22]，傳熱過程流體有效能(Ex)基本公式[23]為

有效能損失公式(Ex,L)為

有效能效率(ηE)公式為

換熱器傳熱單元數(shù)(NTU)公式[24]為

傳熱有效度(ε)公式為

2 結(jié)果與討論

2.1 傳熱速率-盤管總傳熱系數(shù)（K）分析

從式(1)可以看出影響K的因素有盤管材料熱導(dǎo)率(λ)、盤管壁厚、結(jié)垢和攪拌對(duì)管外對(duì)流系數(shù)(ho)的影響等，下面分別對(duì)各因素進(jìn)行分析。

2.1.1 材料熱導(dǎo)率λ對(duì)K的影響目前國(guó)內(nèi)沼氣工程使用的加熱盤管并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，有使用不銹鋼管、鍍鋅管、鋁塑管、PE-RT地暖管或交聯(lián)乙烯管等，品種繁多。本文選用工程中常用盤管管徑DN40，分析λ和有無攪拌對(duì)K的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 總傳熱系數(shù)K與熱導(dǎo)率λ的關(guān)系 Fig.1 Relationships between heat transfer coefficient K and thermal conductivity λ

由圖1可以看出，隨著加熱盤管熱導(dǎo)率的增加，在有攪拌和無攪拌的情況下，K都先快速增大，而隨后穩(wěn)定，其轉(zhuǎn)折點(diǎn)λ約為15 W·m-1·K-1。當(dāng)λ＜15 W·m-1·K-1，攪拌對(duì)傳熱的影響很小，盤管材料自身的熱阻為最大的阻力項(xiàng)，此時(shí)加熱管外側(cè)對(duì)流系數(shù)的變化對(duì)K影響很小。也就是說，對(duì)于常見用于沼氣工程加熱盤管的材料中PVC、橡膠和PU等低熱導(dǎo)率的材料此時(shí)沼氣工程罐內(nèi)攪拌與否對(duì)強(qiáng)化傳熱幾乎無影響，強(qiáng)化攪拌只能引起系統(tǒng)能耗的增加。

而當(dāng)λ＞15 W·m-1·K-1時(shí)，從圖1可以看出，隨著λ的升高，罐內(nèi)加熱傳熱速率變化很小，而此時(shí)攪拌的介入?yún)s可以進(jìn)一步提高傳熱速率。即在沼氣工程內(nèi)部盤管加熱的工藝設(shè)計(jì)中，選用導(dǎo)熱材料時(shí)，不必選擇熱導(dǎo)率過高，但價(jià)格昂貴的材料，因?yàn)榇藭r(shí)λ對(duì)強(qiáng)化傳熱幾乎無影響，反而導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)的浪費(fèi)，應(yīng)選擇λ≥15 W·m-1·K-1的材料如不銹鋼等材料，同時(shí)加入攪拌，可顯著增加傳熱速率，相比無攪拌，有攪拌總傳熱系數(shù)提高了約60%。

另外從圖1也看出，盤管外結(jié)垢對(duì)傳熱系數(shù)的影響。當(dāng)盤管外側(cè)結(jié)垢形成時(shí)，盤管熱導(dǎo)率會(huì)快速下降，此時(shí)攪拌等強(qiáng)化手段已經(jīng)無效。而在沼氣工程中，沼液環(huán)境下，盤管外側(cè)又極易結(jié)垢，這也是盤管加熱的缺陷，只有清除污垢才能恢復(fù)傳熱效果。

2.1.2 材料壁厚對(duì)K的影響 不同的管壁對(duì)傳熱的影響也有可能不同，針對(duì)DN40管徑，選兩種不同厚度進(jìn)行分析，從圖2可以看出，并不是管壁越薄越有利于傳熱，當(dāng)λ=5 W·m-1·K-1時(shí)，壁厚3.5 mm與4.25 mm傳熱能力相同；超過該熱導(dǎo)率以后，反而加厚管徑的管路傳熱能力大于薄管徑管路，這可能是由于在傳熱過程，薄管壁傳熱速率快導(dǎo)致管壁兩側(cè)的溫度差迅速減小，降低了傳熱推動(dòng)。因此在沼氣工程選用罐內(nèi)盤管材料時(shí)，應(yīng)該綜合考慮材料管厚和熱導(dǎo)率對(duì)總傳熱的影響，選用λ≥15 W·m-1·K-1的厚管壁材料，同時(shí)加入攪拌，才能達(dá)到最優(yōu)的傳熱效果。

圖2 總傳熱系數(shù)K與管壁厚的關(guān)系 Fig.2 Relationships between heat transfer coefficient and tube wall thickness

2.1.3 攪拌對(duì)K的影響沼氣工程發(fā)酵罐內(nèi)的攪拌可以增加擾動(dòng)來強(qiáng)化罐內(nèi)顆粒的混合均勻性。文獻(xiàn)中指出通過對(duì)攪拌槳的自身設(shè)計(jì)和組合來提高混合度和產(chǎn)氣率[25-26]，但同時(shí)攪拌的介入也可以提高盤管管外Reynolds數(shù)Re，加速罐內(nèi)熱量的傳遞，從而提高罐內(nèi)傳熱速率。下面以不銹鋼管為盤管材料為例，根據(jù)式(5)分別對(duì)不同攪拌槳直徑與發(fā)酵罐直徑比值(da/D=0.2,0.3,0.4)在不同轉(zhuǎn)速下K和P的變化進(jìn)行理論分析，如圖3所示。

圖3 總傳熱系數(shù)K與攪拌的關(guān)系 Fig.3 Relationship between K and stir

從圖3中可以看出，針對(duì)目前沼氣工程中最常用的不銹鋼盤管加熱，相比無攪拌狀態(tài)，由于攪拌的介入導(dǎo)致盤管外側(cè)對(duì)流系數(shù)對(duì)總傳熱系數(shù)影響較大，達(dá)到350 W·m-2·℃-1以上。在相同的攪拌速度下，隨著da/D的增大，罐內(nèi)總傳熱系數(shù)也顯著增大；同時(shí)在相同的da/D下，隨著攪拌速度的增加，總傳熱系數(shù)也得到提高。但是當(dāng)攪拌速度分別達(dá)到80、40、20 r·min-1后，攪拌速度對(duì)總傳熱系數(shù)K的影響減小，漸趨不變，此時(shí)一味地提高轉(zhuǎn)速不僅對(duì)罐內(nèi)加熱的傳熱速率影響很小，反而會(huì)加大系統(tǒng)能耗。如圖所示，相比da/D=0.2，在da/D=0.4，0.3在轉(zhuǎn)速達(dá)到100 r·min-1時(shí)，攪拌功率分別提高了約5倍、22倍，而各自總傳熱系數(shù)仍保持穩(wěn)定不變。也就是說在低速下攪拌更有利。蔡昌達(dá)等[27]在實(shí)際沼氣工程運(yùn)行中，也發(fā)現(xiàn)采用低轉(zhuǎn)速(16 r·min-1)的攪拌方式，不僅提高了罐內(nèi)加熱的傳熱速率和物料混合的均勻性，而且節(jié)約了50%以上能耗，這與本文指出的在20 r·min-1附近低轉(zhuǎn)速下傳熱速率和能耗更優(yōu)相符合。

2.2 傳熱效率——罐內(nèi)盤管加熱有效能Ex分析

傳熱系數(shù)反映了傳熱速率的大?。欢行艿姆治隹蓮墓?jié)能的角度，對(duì)傳統(tǒng)強(qiáng)化罐內(nèi)加熱的各種手段進(jìn)行分析，選取對(duì)能量的最有效利用手段，從而降低罐內(nèi)盤管加熱的不可逆性，指出節(jié)能的方向和措施。

下面分析以南京工業(yè)大學(xué)江浦校區(qū)300 m3沼氣示范工程為例。工程運(yùn)行數(shù)據(jù)如下：環(huán)境溫度T0=15℃，物料進(jìn)口溫度t1=19℃，出口溫度t2=37℃，物料流量Vc=8.5 m3·h-1，盤管進(jìn)水口溫度T1=60℃，出口溫度T2=40℃，熱水流量為Vh=8 m3·h-1。根據(jù)式(6)～式(8)可以得出，該示范工程罐內(nèi)盤管加熱熱效率ηa可達(dá)97%，熱損失QL為21401 kJ·h-1，有效能效率為ηE為57%。

從熱平衡的角度，罐內(nèi)盤管熱效率ηa達(dá)到97%，表明換熱器的設(shè)計(jì)已經(jīng)很好。然而，從有效能效率角度來看，情況大不相同，由于在低溫差傳熱過程，高溫?zé)崃孔兂傻蜏責(zé)崃?，使有效能?shù)量減少，做功能力下降，使熱的品位不可逆地降低，因此沼氣工程罐內(nèi)盤管加熱熱利用并不充分，存在一定的提升空間。

2.2.1 冷熱流體進(jìn)口溫度變化對(duì)罐內(nèi)加熱有效能的影響在相同的工況下，在盤管加熱ηa、QL以及熱水溫度不變(即傳熱效果相同時(shí))，改變物料的進(jìn)口溫度對(duì)罐內(nèi)加熱傳熱過程有效能的影響分析見表1。

從表1可以看出，當(dāng)提高冷物料的進(jìn)口溫度時(shí)，罐內(nèi)盤管換熱有效能損失減少，有效能傳遞效率顯著提高。也就是說提高冷物料進(jìn)口溫度可以降低罐內(nèi)加熱不可逆性，進(jìn)一步說明了對(duì)物料的預(yù)處理的重要性，其中最值得關(guān)注的就是沼液余熱回收技術(shù)，文獻(xiàn)中指出在中溫發(fā)酵過程采用沼液余熱回收技術(shù)可以理論上保證物料溫升2～3℃[28]，雖然溫升不大，但是從有效能角度可以看出當(dāng)溫度提高4℃時(shí)可實(shí)現(xiàn)有效能12%的提高；同時(shí)在高溫發(fā)酵過程通過該技術(shù)采集55℃沼液約50%余熱可以將11℃冷物料加熱到32℃[29]，從而提高了發(fā)酵罐物料進(jìn)口溫度，一方面實(shí)現(xiàn)了節(jié)能，另一方面達(dá)到了利益最大化。

對(duì)熱水進(jìn)口溫度調(diào)節(jié)對(duì)罐內(nèi)換熱有效能ηE的影響進(jìn)行了分析，如表2所示。

從表2可以看出，隨著熱水進(jìn)口溫度的升高，在相同的熱效率和熱損時(shí)，有效能損失顯著升高，有效能效率下降。因此在沼氣工程罐內(nèi)加熱調(diào)節(jié)外部冷熱物料的進(jìn)口溫度時(shí)，應(yīng)盡量提高冷物料的進(jìn)口溫度，同時(shí)降低熱水的進(jìn)口溫度，也就是降低冷熱流體的進(jìn)出口溫差可以有效地降低沼氣工程罐內(nèi)低溫?fù)Q熱系統(tǒng)的不可逆性，提高能量的利用度。

表1 冷物料進(jìn)口溫度對(duì)系統(tǒng)有效能的影響 Table 1 Effects of temperatures of inlet of cold fluid on exergy

表2 不同熱水進(jìn)口溫度對(duì)系統(tǒng)有效能的影響 Table 2 Effects of temperatures of inlet of hot fluid on exergy

表3 不同環(huán)境溫度對(duì)系統(tǒng)有效能的影響 Table 3 Effects of environmental temperatures on exergy

2.2.2 環(huán)境溫度(T0)變化對(duì)罐內(nèi)加熱有效能的影響由于我國(guó)不同地區(qū)的地理位置差異，導(dǎo)致我國(guó)的不同地域環(huán)境溫度不同，而不同的環(huán)境溫度對(duì)沼氣工程發(fā)酵過程溫升和溫度波動(dòng)都有影響（尤其是冬季），因此需要對(duì)不同環(huán)境溫度對(duì)罐內(nèi)加熱進(jìn)行有效能的影響的分析。下面分別針對(duì)冬季我國(guó)南方（15℃）、中部（10℃）、北方（0℃）3個(gè)地域進(jìn)行了分析，如表3所示。

從表3可以看出，隨著T0的升高，罐內(nèi)加熱Ex,L和ηE同時(shí)減少，意味著能量的傳遞速率降低。這是由于隨著環(huán)境溫度的升高，導(dǎo)致冷物料的進(jìn)口溫度升高，減少了冷熱流體進(jìn)出口溫差，從而導(dǎo)致有效能損失減少；但室溫的升高，導(dǎo)致罐內(nèi)加熱與環(huán)境的溫差減小，對(duì)環(huán)境潛在做功的能力減??；在我國(guó)寒冷地區(qū)沼氣工程雖然傳熱能力降低，但是在該地區(qū)相同熱量所具有的潛在做功能力也就是對(duì)冷物料的加熱效果更好，所帶來的經(jīng)濟(jì)效益更明顯，在該地區(qū)采取強(qiáng)化傳熱手段措施節(jié)能效果顯著。

2.2.3 攪拌對(duì)罐內(nèi)加熱有效能的影響采用陳則韶等[30]提出的換熱器優(yōu)化的方法，從攪拌方向和攪拌速率角度出發(fā)，結(jié)合ε與NTU、ηu的關(guān)系，由ε-NTU與ε-ηu的交點(diǎn)εopt確定對(duì)罐內(nèi)加熱最合理的攪拌方式，具體見式(9)、式(10)。

現(xiàn)有的傳熱方式主要有順逆流的差別，而在現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外沼氣工程中發(fā)酵罐攪拌通常采用機(jī)械攪拌的方式，攪拌的方向不同導(dǎo)致罐內(nèi)盤管傳熱順、逆流的不同，對(duì)傳熱影響的分析如圖4、圖5所示。

圖4 順流換熱NTU、ηu與ε的關(guān)系 Fig.4 Relation between NTU, ηuwith ε of parallel flow heat exchange

圖5 逆流換熱NTU、ηu與ε的關(guān)系 Fig.5 Relation between NTU, ηuwith ε of counter flow heat exchange

基于現(xiàn)工況下冷熱流體進(jìn)出口流量和換熱效果，即在相同熱容比R=1.07的條件下，陳則韶等[30]在換熱器優(yōu)化分析過程中指出假定順、逆流傳熱效率不變，換熱單元總有效度εT=ζεopt，其中ζ為換熱單元的利用系數(shù)。當(dāng)R=1.07順流時(shí)，ζ=R/(1+R)=0.5；而逆流時(shí)，ζ=1。因此，從圖4可以看出，順流換熱時(shí)罐內(nèi)盤管加熱εT=0.42，有效能損失率ηu,opt=0.09；從圖5逆流換熱時(shí)εT=0.64，有效能損失率ηu,opt=0.057。對(duì)比兩種情況可以看出，相比順流換熱，盡管兩者的NTU相差不大，但是罐內(nèi)逆流換熱可提高換熱單元的有效度εT約52%，而有效能的損耗率ηu降低可達(dá)約58%，兩者相近，則文獻(xiàn)中提出的換熱器有效能評(píng)價(jià)方法適合罐內(nèi)盤管加熱。也就是說在罐內(nèi)加熱攪拌過程達(dá)到相同的傳熱效果時(shí)，采用與盤管中熱流方向相反的方向攪拌，能夠降低罐內(nèi)加熱有效能的損失，提高有限能量的最大化利用。

綜合上述對(duì)不同強(qiáng)化換熱手段的有效能分析得出，攪拌方式和冷物料的預(yù)處理是罐內(nèi)加熱節(jié)能的關(guān)鍵因素。通過在寒冷地區(qū)采用物料預(yù)處理、逆流低轉(zhuǎn)速攪拌等強(qiáng)化傳熱手段，對(duì)加快沼氣工程罐內(nèi)加熱傳熱速率的同時(shí)也可以提高傳熱效率，實(shí)現(xiàn)沼氣工程傳熱速率與效率的統(tǒng)一。

3 結(jié)論

本文從熱力學(xué)第一、第二定律出發(fā)，對(duì)沼氣工程通常采用的罐內(nèi)盤管加熱進(jìn)行理論分析，得出如下結(jié)論。

（1）從傳熱速率——總傳熱系數(shù)(K)角度分析，選用λ≥15 W·m-1·K-1以上的厚管壁管徑，同時(shí)采用低轉(zhuǎn)速的攪拌方式能實(shí)現(xiàn)最大化的傳熱速率。

（2）從傳熱效率——有效能(Ex)角度出發(fā)，冷物料的預(yù)熱、合適的攪拌方式和速度是罐內(nèi)加熱節(jié)能的關(guān)鍵。在寒冷地區(qū)通過預(yù)處理提高物料入口溫度以及逆流低速攪拌的方式，能夠在保證罐內(nèi)加熱傳熱速率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)傳熱速率與效率的統(tǒng)一。

（3）沼液余熱回收對(duì)提高發(fā)酵罐物料進(jìn)口溫度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和工程利益最大化有著重大意義。

符號(hào)說明

A ——傳熱面積，m2

B——常數(shù)[17]，范圍為0.135～1.18

b——常數(shù)[17]，范圍為1/8～1/3

cp,c——物料比熱容[31]，4.167 J·g-1·K-1

cp,h——熱水比熱容[17]，4.174 J·kg-1·K-1

Dv——發(fā)酵罐直徑，m

da——攪拌槳直徑，m

di——盤管管內(nèi)徑，m

do——盤管管外徑，m

Ex——有效能，kJ·h-1

Ex,L——有效能損失，kJ·h-1

hi,ho——分別為管內(nèi)、管外對(duì)流系數(shù)，W·m-2·K-1

K——總傳熱系數(shù)，W·m-2·K-1

Gr——Grashof數(shù)

mc,mh——分別為物料、熱水質(zhì)量流量，kg·s-1

NTU——傳熱單元數(shù)

Nu——Nusselt數(shù)

n——攪拌轉(zhuǎn)速，r·min-1

P——攪拌功率，kW

P0——攪拌功率準(zhǔn)數(shù)

Pr——Prantl數(shù)

Q——傳熱量，kJ·h-1

QL——熱損，kJ·h-1

Qmax——理論最大傳熱量，kJ·h-1

R——熱容量流率比，R=(mccp,c)/(mhcp,h)

Re——Reynolds數(shù)

Ri——管內(nèi)污垢熱阻[17]，0.176 m2·K·kW-1

Ro——管外污垢熱阻[17]，0.26 m2·K·kW-1

r——曲率半徑，m

T0——環(huán)境溫度，℃

T1——熱水進(jìn)口溫度，℃

T2——熱水出口溫度，℃

t1——物料進(jìn)口溫度，℃

t2——物料出口溫度，℃

Vc,Vh——分別為物料、熱水體積流量，m3·h-1

Vis——黏度比，Vis=μ/μw

εT——總有效度

εopt——交點(diǎn)有效度

ζ——換熱單元利用系數(shù)

ηa——熱效率

ηu——有效能損失率

ηu,opt——交點(diǎn)有效能損失率

λ——材料熱導(dǎo)率，W·m-1·K-1

λc——物料熱導(dǎo)率[31]，1.55 W·m-1·℃-1

λh——熱水熱導(dǎo)率[17]，0.65 W·m-1·℃-1

μc——物料黏度[31]，0.0056 Pa·s

μh——熱水黏度[17]，0.000549 Pa·s

μw——壁面黏度，Pa·s

ρ ——流體密度，kg·m-3

ρc——物料密度，1001.73 kg·m-3

下角標(biāo)

c ——冷物料

h ——熱水

i ——管內(nèi)

o ——管外

[1] Yuan Yuexiang(袁月祥), Wen Haoshen(文昊深), Huang Xianbo(黃顯波), Li Xiangzhen(李香真), Liu Xiaofeng(劉曉風(fēng)), Li Dong(李東), Yan Zhiying(閆志英).Biogas production using corn-stalks and prokaryotic community composition [J].CIESC Journal(化工學(xué)報(bào)), 2014, 65(5): 1784-1791.

[2] Education Department of Science and Technology in Ministry of Agriculture(農(nóng)業(yè)部科技教育司).2009—2013 Yearbook of Rural Energy in China(中國(guó)農(nóng)村能源年鑒（2009—2013）) [M].Beijing: China Agriculture Press, 2013: 452-458.

[3] Shi Huixian(石惠嫻), Li Yongming(李永明), Zhu Hongguang(朱洪光), Wang Tao(王韜), Rong Ling (榮凌), Pei Xiaomei(裴曉梅).Distribution characteristics of temperature field in a running biogas digester using ground-source heat pump heating [J].China Biogas(中國(guó)沼氣), 2010, 28(6): 3-7.

[4] Wu Meirong(吳美容), Zhang Rui(張瑞), Zhou Jun(周俊), Xie Xinxin(謝欣欣), Yong Xiaoyu(雍曉雨), Yan Zhiying(閆志英), Ge Mingmin(葛明民), Zheng Tao(鄭濤).Effect of temperature on methano-gens metabolic pathway and structures of predominant bacteria [J].CIESC Journal (化工學(xué)報(bào)), 2014, 65(5): 1602- 1606.

[5] Bouallagui H, Haouari O, Touhami Y, Ben Cheikh R, Marouani L, Hamdi M.Effect of temperature on the performance of an anaerobic tubular reactor treating fruit and vegetable waste [J].Process Biochemistry, 2004, 39(12): 2143-2148.

[6] Tan Yanfen(唐艷芬), Wang Yuxin(王宇欣).The Design and Application of Large and Middle Scale Biogas Engineering(大中型沼氣工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用) [M].Beijing: Chemical Industry Press, 2013.

[7] Cunault C, Burton C H, Pourcher A M.The impact of fouling on the process performance of the thermal treatment of pig slurry using tubular heat exchangers [J].Journal of Environmental Management, 2014, 117: 253- 262.

[8] Luo Tao(羅濤), Mei Zili(梅自力), Shi Guozhong (施國(guó)中), Long Enshen(龍恩深), Dai Benlin(戴本林).Progress in anaerobic digester heat transfer [J].Journal of Agricultural Mechanization Research (農(nóng)機(jī)化研究), 2015, (1): 246-249.

[9] Liu Jianyu(劉建禹), Chen Zexing(陳澤興), Li Wentao(李文濤).Development and verification of one-dimensional model of steady-state heat transfer for anaerobic fermentation reactor [J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)), 2012, 28(17): 217-222.

[10] Wallh E, Hussein M, Becker T.Detection methods of fouling in heat exchangers in the food industry [J].Food Control, 2012, 27: 1-10.

[11] Chen Zhiguang (陳志光), Qin Chaokui (秦朝葵).Experiment of biogas digester with spiral heating system and the simulation with fluent model [J].China Biogas(中國(guó)沼氣), 2009, 27(3): 36-39.

[12] Wang Xiaochao(王曉超).Application’s research of solar heat pipe heating system on eco-campus biogas system [D].Xi’an: North West Agriculture and Forestry University, 2008.

[13] Ba Li (白莉), Shi Yan (石巖), Qi Zishu (齊子姝).Digester heating and insulation technology for biogas utilization in winter of north china [J].China Biogas(中國(guó)沼氣), 2008, 26(1): 37-41.

[14] Fan Shi.Reactor and Process Design in Sustainable Energy Technology [M].Oxford: Elsevier, 2014.

[15] Xie Zuqi(謝祖琪), Tuo Hongzhang(庹洪章), Yu Manjiang(余滿江), Yao Jinxia(姚金霞), Pang Qicheng(龐啟成).Effect of heating methods on temperature distribution of mixed liquid in digester [J].Southwest China Journal of Agricultural Sciences (西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)), 2011, 24 (4): 1576-1683.

[16] Martin Dostál, Marcela Věˇrí?ová, Karel Petera, Tomá? Jirout, Ivan Foˇrt.Analysis of heat transfer in a vessel with helical pipe coil and multistage impeller [J].The Canadian Journal of Chemical Engineering, 2014, 92: 2115-2121.

[17] Guan Guofeng (管國(guó)鋒), Zhao Rupu (趙汝溥).Principles of Chemical Engineering(化工原理) [M].Beijing: Chemical Industry Press, 2009.

[18] He Wenjing(何文靜).Design and calculation of heating coil inside storage tank [J].Chemical Engineering Design(化工設(shè)計(jì)), 2013, 23 (3): 10-13.

[19] Liu Jianyu (劉建禹), Fan Meiting (樊美婷), Liu Ke (劉科).Heat transfer characteristics of warming methane fermentation liquid heating device in alpine region [J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)), 2011, 27(2): 298-301.

[20] Naphon P, Wongwises S.A review of flow and heat transfer characteristics in curved tubes [J].Renewable & Sustainable Energy Reviews, 2006, 10: 463-468.

[21] Triveni B, Vishwanadham B, Venkateshwar S.Studies on heat transfer to Newtonian and non-Newtonian fluids in agitated vessel [J].Heat Mass Transfer, 2008, 44: 1281-1288.

[22] Lou Zaiqiang(婁載強(qiáng)), Yang Dong(楊冬), Zhai Jianxiu(翟建修), Zhang Yunting(張?jiān)奇?, Deng Guihua(鄧貴華).Introduction of exergy loss analysis of heat exchanger [J].Refrigeration and Air Conditioning(制冷與空調(diào)), 2013, 27 (1): 94-96.

[23] Feng Xin (馮新), Xuan Aiguo (宣愛國(guó)), Zhou Cairong (周彩榮), Tian Yongshu(田永淑), Long Xiaozhu (龍小柱).Chemical Engineering Thermodynamics(化工熱力學(xué)) [M].Beijing: Chemical Industry Press, 2009.

[24] lncropera F P.Fundamentals of Heat and Mass Transfer(傳熱與傳質(zhì)基本原理)[M].Ge Xinshi(葛新石), Ye Hong(葉宏), trans.6th ed.Beijing: Chemical Industry Press, 2007: 420-435.

[25] Fajner D, Pinelli D, Ghadge R S, Montante G, Paglianti A, Magelli F.Solids distribution and rising velocity of buoyant solid particles in a vessel stirred with multiple impellers [J].Chemical Engineering Science, 2008, 63: 5876-5882.

[26] Shi Huixian(石惠嫻), Rong Ling(榮凌), Zhu Hongguang(朱洪光), Wang Tao(王韜), Li Yongming(李永明), Zhang Yalei(張亞雷).The influence on heating process and energy consumption under different stirring intensities in CSTR [J].Renewable Energy Resources(可再生能源), 2011, 29(1): 62-66.

[27] Chen Zhiyuan(陳志遠(yuǎn)), Cai Changda(蔡昌達(dá)).Analysis of large-scale biogas plant combined with heat power and fertilizer production [J].Energy Engineering(能源工程), 2009, (6): 38-40.

[28] Brett Boissevain.Waste heat utilization in an anaerobic digestion system[D].Utah State: Utah State University Press, 2012.

[29] Hua Jing (花鏡), Teng Ziyan(滕子言), Lu Xiaohua(陸小華), Yang Zhuhong (楊祝紅), Wang Changsong(王昌松).Effect of waste heat recovery on net biogas yield in thermophilic biogas plants [J].CIESC Journal(化工學(xué)報(bào)), 2014, 65(5): 1888-1892.

[30] Chen Zeshao(陳則韶), Cheng Wenlong(程文龍), Hu Peng(胡芃).A new optimization method for heat exchanger design [J].Journal of Engineering Thermophysics(工程熱物理學(xué)報(bào)), 2013, 34(10): 1894-1898.

[31] Shao Jiahui(邵嘉慧), He Yiliang(何義亮), Gu Guowei(顧國(guó)維).Membrane Bioreactor—Research and Application in Wastewater Treatment (膜生物反應(yīng)器在廢水處理中的研究及應(yīng)用)[M].Beijing: Chemical Industry Press, 2002.