同轴套管式回路型重力热管太阳能锅炉设计及系统传热特性研究

【摘要】：目前150℃-200℃左右的中高温蒸汽在工业领域中的应用广泛,工业锅炉的能耗在社会总能耗中占据了较大的比重,同时工业锅炉由于运行情况较差,效率较低,并且缺乏有效的环保设施,废气的排放对环境的污染较大。所以发展太阳能锅炉,部分替代工业锅炉,对于工业供热领域的节能减排有着重要的意义。因此本文对槽式太阳能集热器与回路型重力热管在太阳能中高温蒸汽利用领域的应用进行了探索研究,自行研制了一种新型的同轴套管式回路型重力热管太阳能锅炉系统。 本文首先介绍了工业蒸汽供热领域的现状以及太阳能热利用的最新发展状况,并初步对比太阳能发电与太阳能蒸汽利用的经济性,最后综合分析得出了太阳能中高温蒸汽的巨大的研究价值。 本文通过完整地设计一套集热功率为62.7kW,设计蒸发量为50kg/h的太阳能锅炉系统,总结了一套较为完整的太阳能锅炉设计计算流程。同时为了降低系统的成本,在国外发电通用的槽式太阳能集热技术的基础上对其进行了重大改进：设计了一种新型的同轴套管式U型集热管替代直通式真空集热管作为集热元件,并对其进行建立了传热学模型,经理论计算效率为66%,经过经验修正后效率为59%,在满足系统设计效率要求的基础上,将集热管成本降低为直通式真空集热管的1/15；同时在实验过程中对同轴套管式U型集热管进行了改进,结合模块化设计思想,获得了一种能更方便准确安装、效率更接近于直通式真空集热管的新型的单层玻璃管同轴套管式槽式太阳能集热模块；为了解决相对运动的两个系统的管路布置问题以及提高系统工作的可靠性,设计了四杆机构用于固定管路。 在完成了同轴套管式回路型重力热管太阳能锅炉的搭建以后,对其启动特性进行了初步实验研究,通过对实验测量的数据的分析得出了系统在华北地区实际工作环境中的启动特性,得出了系统的效率计算方法。通过对实验现场实际环境影响因素的总结,在系统效率的计算中增加了由于集热器边缘效应以及镜面结冰等原因造成的系统效率降低的影响因素。 【关键词】：同轴套管 回路型重力热管 槽式集热器 太阳能锅炉 传热特性
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TK229.9;TK51
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 主要符号表7-10
• 1 绪论10-22
• 1.1 研究目的和意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-18
• 1.2.1 国内外太阳能中温蒸汽利用现状12-13
• 1.2.2 国内外槽式太阳能技术现状13-15
• 1.2.3 槽式太阳能集热管研究现状15-18
• 1.3 热管技术在槽式太阳能技术中的利用18-19
• 1.4 本文的研究的主要内容19-22
• 2 同轴套管式回路型重力热管太阳能锅炉设计22-58
• 2.1 槽式太阳能集热器总体设计22-25
• 2.1.1 槽式太阳能集热器22-24
• 2.1.2 铁塔设计24-25
• 2.2 同轴套管式U型集热管设计及理论分析25-33
• 2.2.1 同轴套管式U型集热管设计25-28
• 2.2.2 同轴套管式U型集热管传热理论模型28-33
• 2.3 集热管支撑结构及出口管路布置33-35
• 2.4 蒸汽发生器设计35-45
• 2.4.1 盘管换热器设计36-37
• 2.4.2 蒸汽发生器整体设计37-41
• 2.4.3 蒸汽发生器附件设计41-44
• 2.4.4 蒸汽发生器保温设计44-45
• 2.5 补水系统设计45
• 2.6 四杆机构设计45-49
• 2.7 回路型重力热管及蒸汽发生器保温计算49-50
• 2.8 回路型重力热管流动阻力分析50-57
• 2.9 本章小结57-58
• 3 测量系统及测量原理58-66
• 3.1 太阳辐射强度测量系统58-59
• 3.2 温度测量系统59-62
• 3.3 压力测量系统及蒸汽输出控制系统62-63
• 3.4 流量测试系统63-64
• 3.5 锅炉水位控制、报警及显示系统64
• 3.6 数据采集及记录系统64-65
• 3.7 本章小结65-66
• 4 实验数据分析及系统热效率计算66-79
• 4.1 系统热效率计算66-69
• 4.2 实验数据整理及分析69-77
• 4.3 本章小结77-79
• 5 总结与展望79-82
• 5.1 本文的主要内容79
• 5.2 本文的主要创新点79-80
• 5.3 展望80-82
• 附录1:蒸汽发生器自动补水和水位控制电气图82-83
• 附录2:同轴套管式回路型重力热管太阳能锅炉系统图83-84
• 参考文献84-88
• 作者简介88-89
• 致谢89-90

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