相變蓄熱式太陽能秸稈發(fā)酵系統(tǒng)供熱裝置的熱性能研究.pdf

1、發(fā)展沼氣應(yīng)用技術(shù)是我國“建設(shè)社會主義新農(nóng)村”的既定能源方針，也是國家“十二五”可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略中確定的解決廣大農(nóng)村地區(qū)用能需求的核心技術(shù)。但傳統(tǒng)的沼氣發(fā)酵裝置在冬春較低的環(huán)境溫度下使用時，會出現(xiàn)產(chǎn)沼效率降低或者停止產(chǎn)沼的現(xiàn)象。常見的太陽能加熱技術(shù)有太陽能暖房、太陽池或太陽能熱水器等，但由于傳統(tǒng)沼氣發(fā)酵過程是生物質(zhì)前處理過程和產(chǎn)氣過程均在同一裝置內(nèi)進行，導(dǎo)致裝置體積較大，維持高效發(fā)酵所需的熱負荷也相應(yīng)增加，成本加大，失去了經(jīng)濟性而缺少推

2、廣的價值。
　　本文基于兩相式秸稈發(fā)酵系統(tǒng)設(shè)計了太陽能相變保溫式供熱裝置，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定熱源，保證恒溫發(fā)酵過程。兩相式發(fā)酵即將沼氣生產(chǎn)的兩個過程分別安排在產(chǎn)酸溶解罐與產(chǎn)氣發(fā)酵罐中進行。比較而言產(chǎn)酸過程需求溫度不高，因此只需維持產(chǎn)氣罐內(nèi)35℃發(fā)酵溫度即可保證高效發(fā)酵，發(fā)酵裝置體積有效地減小，減少了熱負荷需求。
　　首先，以容積1m3的產(chǎn)氣罐為供熱對象并根據(jù)系統(tǒng)的運行參數(shù)計算系統(tǒng)熱負荷以及所需的太陽能集熱器面積。熱負荷主要由罐體

3、散熱損失和將產(chǎn)酸罐循環(huán)至產(chǎn)氣罐的水解酸化液加熱至發(fā)酵溫度所需熱量兩部分組成。以100mm聚氨酯作為保溫層，計算熱負荷為262W，同時選擇了太陽能集熱器面積2.75m2。
　　其次，根據(jù)熱負荷和太陽能集熱器面積匹配了供熱裝置容積，并完成了裝置構(gòu)建。供熱裝置與太陽能集熱器將共同滿足系統(tǒng)熱負荷，選擇供熱裝置容積1m3。相變保溫層厚度30mm，內(nèi)填充有相變材料54號石蠟并布置有電熱阻絲，在白天有陽光時段補充潛熱，在夜晚時段釋放潛熱，實現(xiàn)將

4、供熱裝置內(nèi)的散熱轉(zhuǎn)移至相變層，同時利用相變材料在釋放潛熱的過程中溫度波動較小的性質(zhì)，實現(xiàn)供熱裝置近似恒溫蓄熱。
　　然后，通過實驗研究和數(shù)值模擬對比分析了供熱裝置熱性能。在自然降溫條件下，石蠟潛熱量可維持近18小時，每天對相變層進行補熱7小時，相變層溫度基本維持在熔點溫度54.5℃，水溫維持在55℃左右。同時通過數(shù)值模擬的方法，對比分析了將石蠟層換成等厚度聚氨酯時與有石蠟層不加熱、有石蠟層有加熱時水溫變化趨勢的差異。結(jié)果表明，無石