冬季低温环境会大幅减少沼气池产气量,在影响农户的用气的同时,对沼气池本身也会产生不利影响。冬季利用内设加热器加热沼气池,可有效提高沼气池冬季产气量,节约能源和生活成本。本文以8 m3的村镇户用沼气池为对象,研究不同形式的加热器工作时沼液温度场及沼气产量的变化,从而进一步提高冬季加热沼气池的加热效率。研讨了沼气池冬季热负荷、沉浸式螺旋管加热器构造及其设计方案。对该加热器的传热系数,所需换热盘管长度以及壁式与地面式加热器换热盘管长度等进行了设计计算,同时计算了不同形式加热器的系统阻力。改进了加热沼气池实验系统。选择了加热器主要设备材料,设置了壁式、地面式及其组合等不同类型的加热器,进行了现场加热器组装、检测系统安装调试等施工工艺。完成了沉浸式螺旋管加热器实验系统的搭建。分析了实验中不同温度监测点的数据变化,得到了室外温度对地下1.5 m处的土壤温度存在影响且间接影响着沼液温度以及不同加热器在工作时沼液温度场分布及沼液平均温升情况,证明了组合式加热器尽管平均温度低于三种独立加热器,但沼液温度场分布更均匀,沼气产量更高,同时就实验中出现的状况提出了一些沼气池运行维护的意见。根据沼液及加热器的特性,对加热器加热沼液模型进行了简化,通过分析模拟结果、比较模拟和实验中不同监测点的温变趋势,找出了模拟与实验数据变化的原因,证明了模拟中除沼液上部监测点外,其余监测点的温升趋势与实验情况基本相符,模拟值可作为参考。研究表明:当采用单一加热器加热沼液时,沉浸式螺旋管加热器加热效果和产气效果优于壁式和地面式加热器;采用组合式加热器,尽管会降低供回水温度的平均值,但沼液温度场更均匀,产气量更多。因此,采用组合式加热器加热沼液是改善冬季沼气池产气量的有效措施。