加热器用于沼气系统的热管式热水加热器的设计_夏吉庆王宁宁王晓东刘环宇施灿璨王忠江

网络出版时间 2014-01-1609:50

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用于沼气系统的热管式热水加热器的设计*

夏吉庆王宁宁王晓东刘环宇施灿璨 王忠江

东北农业大学工程学院,哈尔滨150030

摘要为了解决北方冬季沼气厌氧发酵温度不稳定的瓶颈问题研制了一种用于沼气系统中的燃气加热增温装置 即配套一种燃气加热的热管式热水加热器。选择热管加热端距离燃气灶孔的高度、燃气流量、平均水温作为影响因素 以热管式热水加热器热效率作为目标进行了试验分析结果表明当热管加热端距离燃气灶孔的高度为21.5cm液化石油气流量为1.01kg·h-1 平均水温为3545℃时其热效率能达到最高最高值为63.47%。

收稿日期 2013-07-16 修回日期 2013-10-13

* “十二五“国家科技支撑计划资助项目 2011BAD15B04 、黑龙江省青年科学基金资助项目 QC2011C083和东北农业大学人才基金资助项目 2009RC49

作者简介夏吉庆研究员博士主要从事农业机械化工程研究。 Email:xjq12345@sohu com

引言 效果及系统的经济性和能量平衡 因此研制高效在沼气厌氧发酵系统中温度是制约厌氧发 实用的热水加热器显得尤为重要。

是一个关键设备其热效率直接影响加热保温的 热管蒸发段传至冷凝段[12-13] 。

2.2热管式热水加热器的结构设计 远离燃气灶火焰燃烧加热区域造成热管受热不

现有的热管式热水加热器内的热管束通常采 均匀不仅影响加热器的热效率 同时也会影响用相互平行且与隔板成垂直角度的均布方式固装 沼气的产生。为了解决上述问题设计了一种新在隔板上采用燃气灶为燃烧器 由于燃气灶的 型的热管式热水加热器其结构示意图如图2[14]火焰区域呈圆形并集中在燃烧室中心区域 所 所示。

以位于隔板中心外侧部位的热管加热端部会

Tab.1 Design p arameters of hot water heater with heat pip e

1 129 4 5 170 5 204

3 性能试验

3.1 试验步骤

对自行研制的热管式热水加热器经过预试 度和液化石油气流量对加热器的热效率有显著的验可知热管加热端距离燃气灶孔的高度、液化石 影响其中当热管加热端距离燃气灶孔的高度为油气流量、平均水温对加热器的平均热效率有显 21.5cm液化石油气流量为1.01 kg·h-1热水的著的影响。因此选择这三者为影响因素热效 温度从25℃上升到67℃时加热器的平均热效率为目标进行试验研究。试验步骤为首先 固 率较高约为57% 比另外两种情况下得到的最定热管加热端距离燃气灶孔的高度为20cm不变 高值高45个百分点。

设置液化石油气流量分别为0.862kg·h-1、 3 3试验结果分析

0.92kg·h-1、 0.96kg·h-1、 1.01 kg·h-1、 1.1kg·h-1 3.3.1热管加热端距离燃气灶孔高度和液化石油做5组试验其次 固定热管加热端距离燃气灶 气流量对加热器热效率的影响

孔的高度为21.5cm不变变化液化石油气流量 液化石油气流量和热效率的关系如图3所

伦斯电子科技有限公司生产的电子计价秤测量 petroleum gas and thermal efficiency

该电子称最大量程40kg精度2g准确度等

级为Ⅲ。按照试验步骤进行的试验结果见表2。

由表2可见热管加热端距离燃气灶孔的高

表2热管式热水加热器性能试验结果

Tab.2 Ex p erimental results for hot water heater with heat pip e

试验 热管加热端距离燃 液化石油 加热时 液化石油气 初始温度 结束温 水的质 平均热效编号 气灶孔高度/cm 气耗量/k g 间/h 流量/k g·h-1 /℃ 度/℃ 量/k g 率/%

2 1 552 1683 092 25 215782 5359

3 20 1 598 1665 096 25 67 215782 5205

4 167 165 101 25 215782 498

5 176 1 6 1 1 255 215754 4669

6 1608 223 072 25 215782 5172

7 147 1 5 098 25 215782 5658

Fig.4 Relationship cures b etween average watertemp e ratu re an d th ermal efficien cy

热效率逐渐增大平均水温为3545℃时热 的增加对加热时间的影响较小。

效率达到最大最大值为63.47%然后随着平 综上所述热管加热端距离燃气灶孔的高均水温的升高其热效率下降。从理论上来说 度液化石油气流量和平均水温是影响热管式热随着平均水温的升高无效热损失将变得显著

液化石油气与直接用沼气做试验得出的试验结 表5直接换热式热水加热器使用性能记录表果是相吻合的。

%涤衣物该加热器的外形结构如图6技术参数 05 0216 16812 30见表4其中采用的燃烧器为家用燃气灶燃 06 026 24638 365料为液化石油气每次使用把热水从25℃加热 07 0286 2503 3213到67℃并采用与热管式加热器类似的加热方 从表5 可以看出 当液化石油气流量为

0.6kg·h-1时该加热器热效率能达到一个较大 298~301 (in Chinese)

值为36.5%显然该加热器热效率较低能源 3周孟津张榕林蔺金印.沼气实用技术[M]北京 化浪费严重 因此选择用热管式热水加热器来代 学工业出版社 2009

替。表6是2种类型加热器的综合技术经济分析 4 袁小艳王冬华利用热管传热技术提高沼气产气率表其中部分数据参考表2和表5而目前液化 [J]中国沼气 2005 23(增刊  231~232石油气的价格按8元/kg、加热器平均每年按运 5 刘树民朝靖玉 岳海军中国北方寒冷地区沼行300 d、每天需要加热热水按1100 kg计算。 气的综合开发利用[J] 内蒙古大学学报

由表6可知采用热管式热水加热器为洗衣 2002,23 4  83~86

房提供热水具有热效率高燃料消耗少运行 Liu Shumin, Chao Jingyu, Yue Haijun The

methane in northern cold region of China[J]

器相比较具有热效率高燃料消耗少成本回收 Fermentation[J]Transactions of the Chinese Society期短等特点。 for Agricultural M achinery,2011,42(4):105109参考文献 10 D Khrustalev, A Faghri Estimation of the1任南琪王爱杰.厌氧生物技术原理与应用[M]北京 maximum heat flux in the inverted meniscus type

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