太阳能锅炉（精选五篇）
太阳能锅炉 篇1
目前许多医院、生产企业、科研单位使用的恒温箱均为电热式, 每年需耗用大量的电能, 汽车制造、汽车修理及家俱厂所使用的烘漆房均需耗用电能与化学能。为了节约能源而研制出的“节能炉储能式太阳能锅炉”, 是一种将太阳光能经过高度聚焦后产生的高温光能将集热筒内的导热油进行加温, 经过加温后的高温导热油可提供给各种加温设备所需用的热能, 以减少此类设备对电能、化学能的依赖, 达到节能环保的目的。
节能炉太阳能锅炉采用大规格玻璃聚焦镜, 将太阳能作高度聚焦后对集热筒进行加温, 集热筒体内充满了优质的导热油, 经过加热的导热油通过油泵输送至室内的诸如烘箱、烤箱之类的设备, 达到加温、烘干的效果。该锅炉另置有一套储能油箱, 可将使用过程中过剩的热能以高温油的形式储存起来, 供天气短暂变化的无太阳光照时使用, 延长了热能的使用时间, 提高了太阳能的使用效率。节能炉太阳能锅炉采用三套光电开关分别控制两台微型电机, 将聚焦镜作上下左右回转, 自动跟踪太阳光的位移, 以获取最大量的太阳光能;另一套控制整机电源, 如遇天气变化或是晚间无光照时, 能自动切断整机电源, 将聚焦镜降低至离地面最低点, 使镜片与地面成垂直状态, 以防风雪冰雹对镜片的损坏。
节能炉太阳能锅炉由聚焦镜、光电开关、微型电机、导热油、储能油箱、油泵等组成, 操作方便, 另有温度自动控制、温度显示等功能, 直观方便, 无需人工照看, 并保留了原有加热设备中的电加热部分作为备用热源, 以备晚间或阴雨天无光照时可交替使用而不影响正常生产。
储能式太阳能锅炉 篇2
我国的广大医院、生产企业、科研单位大量使用的恒温箱均为电热式, 每年需耗用大量的电能, 在全国的食品行业中也在使用大量的电热式烤箱, 更有大量的汽车制造、汽车修理及家俱厂所使用的烘漆房均需耗用大量的电能与化学能。
节能炉太阳能锅炉采用大规格玻璃聚焦镜, 将太阳能作高度聚焦后对集热筒进行加温, 集热筒体内充满了优质的导热油, 经过加热的导热油通过油泵输送至室内的诸如烘箱、烤箱之类的设备, 达到加温、烘干的效果, 锅炉另置有一套储能油箱, 可将使用过程中过剩的热能的高温油的形式储存起来, 可供天气短暂变化的无太阳光照时使用, 延长了热能的使用时间, 提高了太阳能的使用效率。
太阳能锅炉采用三套光电开关分别控制两台微型电机将聚焦镜作上下左右回转, 可自动跟踪太阳光的位移, 以获取最大量的太阳光能进行工作, 另一套控制整机电源, 如遇天气变化或是晚间无光照时, 能自动切断整机电源, 并将聚焦镜降低至离地面最低点, 使镜片与地面成垂直状态, 以防风雪冰雹对镜片的损坏。
太阳能锅炉 篇3
本设计采用的PLC是西门子S7-200的CPU226型号, 采用了5个指示灯来显示系统的运行状态和报警显示, 分别是运行灯HL1, 停止灯HL2, 水位上限报警灯HL3, 水位下限报警灯HL4和防冻报警灯HL5;并且用三个PT-100温度传感器用来检测集热器出口温度T1、保温桶温度T2和锅炉温度T3。一个浮球液位传感器来检测保温桶的水位。传感器检测信号为4~20m A的模拟信号, 经过EM231模拟量输入模块处理后输入PLC对系统进行控制。通过若干电磁阀、水泵和报警器对系统进行控制。
二、设计程序流程图
1) 主程序流程图。主程序流程图如图1所示。
2) 系统程序执行的说明与解释
主程序为系统程序的总体构架, 当PLC为RUN状态下时, 程序开始, I0.0和I0.1分别控制系统的启动与停止, 而Q0.4和Q0.5分别对应系统的启动指示灯与停止指示灯, 启动后调用数据采集处理子程序, 对由EM231模块采集到的信号进行处理运算, 得出相应的温度值与液位百分值, 为程序控制做准备, I0.2选择系统的手/自动状态, I0.2接通则为手动状态, 则主程序自动调用手动子程序, 系统进入手动状态, 当I0.2关断时, 则系统不调用手动子程序, 自动进入自动状态, 执行自动状态的下一程序环节, 分别调用定温上水子程序、温差循环子程序、和锅炉辅助子程序, 执行完子程序的调用后, 进入水位保护环节, 保温桶的水位值经过数据采集处理子程序的运算后存放在VW70中, 当VW70中的值小于下限水位10%时, 延时10秒后太阳能供热水阀断开, 以之对应的Q1.2置0关断, 直到VW70中的值恢复到特定水位50%且温度值在正常范围时, 太阳能系统恢复供水, Q1.2重新置1接通, 最后进入防冻保护环节, VW20中存放着集热器的温度值, 当VW20中的值小于防冻临界值4℃时, 延时5秒后, 开启防冻排水泵, 与之对应的Q0.3接通, 温度上升后关闭, 接着调用报警子程序后主程序结束返回。
I0.3控制系统的集热器上水阀Q0.0、I0.7控制防冻排水泵Q0.3、I0.4控制温差循环阀Q0.1和循环泵Q0.2、I0.5控制锅炉电加热器Q1.1、I1.0控制太阳能供水阀Q1.2、I1.1控制锅炉供水阀Q1.3。最后调用报警子程序后结束返回。
报警子程序分为保温桶水位上限报警、水位下限报警和集热器防冻报警。当VW70中的水位值高于上限水位85%时, 延时10秒后水位上线报警启动;当VW70中的水位值低于下限水位警戒值15%时, 延时10秒后水位下限报警启动;当VW20中存放的集热器温度值小于防冻警戒值6℃时, 延时10秒后防冻报警启动。当报警启动后, 相应的报警灯和公用的报警器就启动, 反之则停止。
当VW20中存放的集热器温度值大于50℃时, 延时10秒后上水电磁阀Q0.0启动, 直到VW20的值小于40℃时, 延时10秒后上水电磁阀Q0.0关闭。不断重复。
VW80中存放着集热器与保温桶的温差值, 当VW80中的温差值大于8℃时, 延时5秒后启动温差循环, Q0.1和Q0.2置1开通;当VW80中的温差值小于2℃时, 延时10秒后温差循环停止, Q0.1和Q0.2置0关断, 结束返回。
数据采集处理程序负责把温度传感器送入EM231模拟量输入模块经过模数转换后的数字量 (6400~32000) 进行处理运算, 运算后得出集热器出口水温值T1、保温桶水温值、锅炉水温值、保温桶水位值和温差值, 其中温度值的单位为℃, 水位的单位为%, 具体转换过程在梯形图中按照主程序处理原则进行计算。
主程序的水位保护和防冻保护部分;定温上水子程序、温差循环子程序、锅炉辅助子程序和报警子程序都是带有定时器的延时程序, 其中主程序的防冻保护部分和温差循环子程序中的是5秒延时, 当太阳能集热器温度低于防冻临界值, 也就是4℃的时候, 防冻动作延时启动, 延时5秒后防冻排水泵才开启, 在延时时间段内如果温度恢复, 又高于防冻临界值, 则防冻动作取消, 防冻排水泵不启动, 等待下一个动作信号的来临再次延时, 直到延时到达后温度还不恢复防冻排水泵才启动;温差循环也是如此, 当温差达到8℃以上时, 延时5S后才启动温差循环, 延时时段内温差不再高于8℃则取消温差循环当温差2℃以内时, 延时5秒后温差循环停止, 延时时段内温差又高于2℃以上, 温差循环则不停止;定温上水子程序中, 当温度高于50℃时, 延时10S后启动开启上水电磁阀, 向太阳能集热器供冷水, 在延时时段内温度降低到50℃一下, 延时停止, 则上水电磁阀不启动, 其他各子程序也如此延时动作, 防止个动作在动作值附近频繁动作, 提高系统稳定性。
本设计的程序设计还需要做出一些说明, 在符号表窗口中将本设计程序所需要的各符号各自定义说明后, 进入程序编写窗口进行梯形图的绘制。首先, 使PLC在RUN状态, 则系统程序开始, STOP状态则系统不开始, 下一步为系统的启动与停止, 在系统初始化后进入数据采集处理程序, 数据采集处理程序的具体方法已在前面做出详细的介绍, 下面介绍其编程方法。在符号表窗口中将本设计程序所需要的各符号各自定义说明后, 进入程序编写窗口进行梯形图的绘制。进入数据采采集处理环节, 由PT100温度传感器和浮球液位传感器采集到的反应各单位温度和保温桶水位的 (4~20m A) 模拟量经过EM231模拟量输入模块处理后转化为6400~32000的数字量, 存放在AIW0、AIW2、AIW4和AIW6中, 按照前面所介绍的方法和公式进行计算。首先运用整数减法指令SUB_I把 (AIW0-6400) 、 (AIW2-6400) 、 (AIW4-6400) 和 (AIW6-6400) 的计算结果分别存放在VW10、VW30、VW50和VW72中, 再运用整数除法指令DIV_I把VW10÷256、VW30÷256、VW50÷256和VW72÷256的计算结果分别存放于VW20、VW40、VW60和VW70中, 最后再运用整数减法指令SUB_I把VW20-VW40的计算结果存放于VW80中, 这样, VW20、VW40、VW60、VW70、VW80中存放的数分别是集热器温度值T1、保温桶温度值T2、锅炉温度值T3、保温桶水位百分值H和温差值△T。
太阳能锅炉 篇4
随着人们的能源意识和环境意识的不断提高, 开发和利用可再生能源越来越受到国际上的高度重视。沼气作为一种清洁、高效的可再生能源, 得到了快速发展。温度是影响沼气产生和产气率高低的关键因素之一[1]。研究表明, 对于一个厌氧发酵反应器来说, 发酵温度以稳定为宜, 一般一天波动范围不宜超过±2℃[2]。当温度在±3℃ 内变化时, 就会抑制厌氧消化速率; 在±5℃ 内急剧变化时, 产气量会显著降低;若变化过大, 则会停止产气, 同时会积累大量的有机酸, 进而破坏厌氧消化环境[3]。我国北方高寒地区气温较低, 特别是冬季, 严重影响厌氧发酵微生物的活性。因此, 温度成为制约沼气发酵的关键因素, 也是限制沼气工业化生产的主要问题。在北方高寒地区发展建设大型沼气工程, 必须对厌氧发酵反应器采取增温和保温措施, 以保证中温厌氧发酵所需的稳定温度[4]。笔者针对这一问题, 结合黑龙江省地区太阳能资源的特点, 提出了采用太阳能与生物质锅炉联合加热增温系统, 并对依安县依龙镇丰林村大型沼气工程采用的太阳能与生物质锅炉联合加热增温系统的运行进行了试验研究。
1 试验方案
本试验主要目的是为了验证太阳能与生物质锅炉联合加热增温系统为丰林沼气发酵体系加热增温是否可行, 能否保证发酵系统周年维持在中温发酵温度 ( 35℃ ±2℃ ) [5], 实现周年稳定生产。
通过监测各段热水循环管道中循环水的温度、发酵反应器和混料池内料液温度, 从而得到各个部分的散热负荷以及热源供热负荷。本试验利用监测系统对整个采暖期 ( 10 月-次年3 月) 进行了跟踪记录。
1. 1 测试仪器
试验数据直接反映了试验的运行情况, 其准确性决定了试验的成功与否[6]。因此, 应该选择精密、合适的仪表, 以便减少试验中的系统误差, 获得准确可靠的数据。所用仪器如表1 所示。
1. 2 试验方法
1. 2. 1 测量参数
整个加热增温系统需要采集的数据主要包括温度、流量和耗电量, 同时要对沼气的成分进行取样和测定。其中, 流量和温度参数由力控组态软件监测系统跟踪记录; 各个耗电设备的耗电量由电表记录[7];沼气的成分由气相色谱仪测定。
1. 2. 2 监测点布置
如图1 所示, 本试验布置了19 个温度监测点、6个流量监测点以及2 个沼气采样点 ( 其中, 1 个沼气采样点在农户家中) 。图1 中所表示的与温度传感器对应一样的位置统一布设温度监测点; 与流量传感器对应相同的位置统一布设流量监测点。以上各个参数和监测点的分布如表2 所示。
各个时刻、各个监测点的温度和流量通过力控组态软件随时监测记录, 试验过程中用沼气袋对沼气进行不定期的采样, 并在实验室对沼气成分进行测定。
2 试验数据处理及分析
整个发酵系统全年连续运行, 试验监测系统从2010 年10 月开始进行跟踪监测。本试验采用了分段加热, 全天对反应器进行间歇性加热。白天 ( 7: 00 -17: 00) 有太阳辐射的时候, 启动太阳能加热增温系统, 为沼气发酵反应器加热增温; 晚上 ( 17 : 00 -7: 00) , 启动生物质锅炉加热增温系统, 保证正常发酵温度。另外, 在冬天进料时, 热量需求较大, 也需要同时启动生物质锅炉加热增温系统满足高负荷的热量需求。为了更好地反映加热增温系统的运行情况, 选取了大气温度最低的1 月份 ( 2010 年12 月20 日-2011 年1 月20 日) 所采集的数据进行分析总结。
2. 1 发酵温度的变化
试验期间, 对大气温度和反应器 ( 酸化罐和产气罐) 内料液温度进行了监测。由图2 可以看出: 工程实际为间歇式进料, 进料频率间隔4 ~ 5 天, 其中12月20 日、28 日, 1 月3 日、8 日、12 日和17 日共6 天进料。进料时调大阀门, 使酸化罐内循环热水流量增大, 加热料液使其温度达到26℃ 左右后即输送到产气罐进行发酵产气。在外界温度不断变化的情况下, 酸化罐能保证酸化温度在25℃ 以上。而在不进料的25天内, 为了减少热量损失, 调小酸化罐内循环热水流量, 使罐内温度有下降的趋势。
通过对产气罐内发酵料液的温度的测定可以得出正常运行情况下发酵温度的变化, 如图3 所示。从图3中可以看出, 在一年中外界温度最低月份, 发酵温度维持在 ( 35±2℃) 。这说明, 太阳能与生物质锅炉联合加热增温系统能保证反应器内正常的中温发酵温度。
将图2 和图3 结合起来可以看出, 在每次进料时, 产气罐内发酵温度会降低。这是由于进料温度偏低, 对反应器内温度造成了一定的冲击。因此, 在日后的运行中应该尽量提高酸化罐内的料液温度, 使其更加接近发酵温度后再投入到产气罐。
2. 2 厌氧发酵反应器得热量计算及分析
根据能量守恒原理, 反应器内加热盘管中循环水的放热量应该等于料液得热量[3]。因此, 从监测数据中提取出进出口的温度以及循环水的流量, 就能得到反应器每天的得热量, 即
当反应器内发酵温度维持在一定范围内时, 反应器的得热量等于其散热量。由图3 可以看出, 在这段时间内, 产气罐内的发酵温度维持在33℃ 左右。因此, 此段时间内产气罐的实际散热量等于通过加热盘管获得的热量。
产气罐散热负荷的理论计算值与实际值的变化曲线如图4 所示。由图4 可以看出, 产气罐每天散热负荷的实际值与理论计算值有相近的变化趋势, 且理论计算值较大。这说明, 工程设计的理论计算值完全可以满足正常运行过程中产气罐的实际散热值。另外, 图4 中有几个实际散热值较小的点, 这是因为这几天的天气原因, 使得太阳辐射大量减少, 只能依靠生物质锅炉进行加热增温。
2. 3 加热增温系统热源供热量计算及分析
从监测数据中提取出循环热水的总流量、热源进出水的温度以及运行时间代入式 ( 1) 中, 即可得到加热增温系统的热源供热量。
白天和夜间供热量随气温变化曲线分别如图5 所示和图6 所示。
由图5 可以看出: 白天加热增温系统热源供热量的变化与大气温度有相近的变化趋势; 但是从图6 中可以看出, 夜间热源供热量与夜间的气温变化之间并没有一定的变化趋势。这是因为, 白天热源主要以太阳能供热系统为主, 供热量的大小与天气情况即太阳辐射有直接的关系; 而夜间热源只有生物质锅炉, 其供热量受天气的影响较小。
另外, 通过图5、图6 的对比可以看出, 白天热源的供热量明显高于夜间热源的供热量。这说明, 此大型沼气工程主要依靠白天的太阳能加热增温系统, 生物质锅炉加热增温系统只是起到辅助热源的作用。
2. 4 沼气成分的检测
本试验采用6 890N型气相色谱仪对产出沼气成分进行测定。经测定, 丰林沼气站所产沼气中CH4峰值最高, 含量最多, 约为58. 31% ; 还含有35. 43% N2、4. 57% CO2, 以及一些含量较少的其他气体。
2. 5 热量平衡分析
试验期间每天的总耗能与每天热源供热量相当, 而每天产能只有沼气所对应的热量, 沼气所对应的产能为
其中, qj为CH4的热值, qj=35 906.7k J/m3;V为每天产沼气量, m3;58.31%为沼气中CH4含量。
从图7 可以看出: 在试验期间 ( 2010 年12 月20 日-2011 年1 月20 日) 除4 个点之外, 发酵系统每天的产能都小于耗能, 不能实现正能输出。其中, 耗能较高的点是由于进料的原因, 而耗能较低的点是因为白天太阳辐射较弱, 供热量相对较小。
3 误差分析
本试验中, 直接测量量的精度为: 红外温度传感器测量误差 σ1= ± 0 . 1 ℃ , 流量传感器测量误差σ2= ± 0. 01m3/ h, 时间记录的误差 σ3= ± 0. 1h[6]。热量计算公式为
根据误差传递公式, 有
根据试验结果, (tj-tc) 取最大值16.9℃, Q对应的值为8.12 m3/h, τ对应的是7.6 h, Φ对应的是43 803 17.76k J, ρs=1 000kg/m3, Cs=4.2k J/ (kg·℃) 。各个数据代入式 (4) 中, 得σΦ=315 382.88k J。
相对误差 εΦ为
4 结论
对北方高寒地区利用太阳能与生物质锅炉联合为大型沼气工程加热增温进行了试验研究。从试验结果可以看出, 即使在温度最低的1 月份发酵反应器也能保持在中温发酵温度 ( 35℃ ±0. 5℃ ) , 说明该加热增温系统能够实现大型沼气工程在高寒地区全年稳定运行, 正常产气; 但在温度最低的1 月份, 实验期间系统的耗能大于其产能, 不能实现正能输出。
摘要：我国北方高寒地区气温较低, 特别在冬季, 温度是影响厌氧发酵微生物的活性、制约沼气发酵的重要因素, 也是限制在高寒地区发展建设大型沼气工程的关键问题。为解决这一问题, 提出了利用太阳能与生物质锅炉联合为厌氧发酵系统加热增温的新思路, 并以依安县依龙镇丰林村大型沼气工程为研究对象, 利用力控组态软件随时监测和采集反应器正常运行情况下加热系统的数据。同时, 对当地最冷月份1月的运行数据进行了分析, 结果表明:在正常工作条件下, 该系统可以保证大型沼气反应器冬季的正常产气, 对北方高寒地区发展大型沼气工程具有重要的指导意义。
关键词：沼气,太阳能,生物质锅炉,加热增温
参考文献
[1]白莉, 迟铭书, 周学志, 等.严寒地区户用沼气池冬季使用保温增温技术研究[J].建筑科学, 2009 (6) :54-57.
[2]刘建禹, 樊美婷, 刘科.高寒地区沼气发酵料液加热增温装置传热特性[J].农业工程学报, 2011 (2) :298-301.
[3]任南琪, 王爱杰.厌氧生物技术原理与应用[M].北京:化学工业出版社, 2004.
[4]陈泽兴.寒区大型沼气工程地源热泵加热增温系统的试验研究[D].哈尔滨:东北农业大学, 2011.
[5]徐晓秋, 王阳, 刘伟, 等.高温厌氧消化液二次厌氧消化产气特性的研究[J].生物技术, 2011, 21 (2) :88-90.
[6]孙静.严寒地区利用太阳能加热制沼气的实验研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2006.
太阳能锅炉 篇5
据悉, 该系统采用的“线性菲涅尔反射”聚光集热技术, 其核心是镀膜钢管及系统的相关集成技术。聚光集热器能自动跟踪太阳并收集太阳能, 产生高温高压蒸汽, 提供工业用热, 系统可安装在厂房顶部, 不额外占用土地资源, 投资和运行成本较低。至此, 皇明公司的太阳热利用产业在低温生活用热 (40℃-80℃) 、中温工业应用 (80℃-250℃) 、高温热发电 (>250℃) 等方面实现了“温度对口、梯级利用”的技术突破。
皇明太阳能中高温工业事业部负责人王杰说, 该工业蒸汽系统试机成功, 为太阳能中高温热利用在工业生产等领域的应用, 特别是太阳能锅炉、纺织印染、食品加工业、造纸业、化工业等需要高温热蒸汽或热空气的工业领域大规模应用, 打下了基础。目前, 皇明正在陕西、山东、上海等地多个行业建设太阳能中高温应用示范项目。此外, 该系统使用的镀膜钢管解决了中温玻璃集热管耐温耐压性能低的问题, 在300℃-350℃的空气中可长期稳定工作, 寿命长, 适合大规模工业推广应用。该产品由皇明公司生产, 已出口到美国、德国、西班牙、澳大利亚等地。