太阳能干燥污泥的研究(3)

３）Ｌｉｕ和Ｊｏｒｄａｎ从实验结果得出的经验公式：

／ｂ３＝ｒｘｌｏ（ｏ２７１０—０．２９１３ｘＢ‘“““’）×Ｓｉｎｔｔｓ（２—５）通过太阳辐射对比∞１，以上三种散射模型的最大误差分别为２３９６，１７矫口７％，因而本实验采用Ｌｉｕ和Ｊｏｒｄａｎ经验公式，即水平表面的散射辐射强度为／ｂ３。５倾斜表面的散射辐射强度Ｉｂｉ：

乃ｆ＿乃３ＸＣｏｓ２（口／２）（２－６）６水平表面的总辐射强度ＨＲｈ＝ｌｈ＋ｔｂ３（２—７）７倾斜表面的总辐射强度ＨＲｉ＝Ａ＋拍ｆ（２—８）８干燥室水平表面接收的太阳辐射能量为Ｑ协：

Ｑｈ＝ＡｒＸＨＲｈ（２－９）集热器所接收的太阳辐射能量为Ｏｃ：

Ｏｃ＝ＡｃｘＨＲｉ（２一ｌＯ）其中：加一温室型干燥器的玻璃盖板面积，ｍ２

Ａｃ一集热器玻璃盖板的面积，ｍ２

§２．２太阳能集热器的数学模型

太阳能集热器是整个干燥系统中的重要部件，其能量平衡关系为：

投射到吸热表面的热量＝空气带走的热量＋集热器散热损失＋集热器本身蓄热ＡｃｘＨＲｉｘ励＝Ｑｕ＋Ｑｌ十ａ２（２－１１）式中：卢一透明盖板的透过率ｐ一集热器吸热板的吸收率干燥过程计算中，认为集热器处于稳态能量平衡的情况下，将环境温度视为空气入

第二章太阳能干燥系统的数学模型

口温度并作为计算热损的基准，可得集热器的效率方程：

仉＝Ｑ“／（ＡｃｘＨＲｉ）

幽＝Ｆｒ×Ａｃ×（舰，×Ｚｐ）（２－１２）

以空气作为计算对象时，Ｑ“＝／．／－／（≯０。一ｔ。）

式中：Ｃｐ一空气的定压比热，１．００８ｋＪ／ｋｇ．ＯＣ

联立上式可得集热器出口空气温度ｆ．为：

，。＝ｔ。＋ＦｒｘＡｃＸＨＲｉ×Ｚｐ／∽［≯）（２－１３）

其中厅为集热器的转移因子。

由于环境温度ｔ。随地理位置、季节、时间、气候等变化，但一日内的大气温度基本上是周期变化的。将温度变化作为正弦规律处理，求得一日内小时平均空气温度为：

ｔ。＝◇。ｍａｘ＋ｔ。ｒａｉｎ）１２＋ｋ。ｍａｘ—ｔ。ｍｉｎ）／２］×Ｓｉｎ［ｚｘ（ｒ—ｓ）ｔ１２】

§２．３混合型干燥器的数学模型

干燥室是混合型太阳能干燥器中太阳能干燥系统的关键部件，湿污泥放在干燥室中，通过吸收太阳辐射热和空气中的热量，使水分蒸发，汽化面得到干燥，同时干燥介质将湿污泥中的水分带走，因此整个干燥过程是一个既有对流换热，又有辐射换热的复杂的传热传质过程，为简化计算，将整个干燥室作为一个计算单元，根据干燥室的工作特点作如下假定：

１干燥室内各点温度恒定并沿流程方向线性分布；

２忽略干燥室内污泥问的热传导，认为污泥温度均匀分布，整个干燥过程中只存在

辐射换热和对流换热；

３空气及污泥的物性参数恒定；

４传热传质过程处于准稳态状态；

５空气流动是一维的。

可根据能量平衡，质量平衡列出干燥室内空气和污泥的平衡方程式，干燥室四周保温，可不考虑散热，具体关系式如下：

２．３．１干燥室内空气的能量平餐式

干燥室进出口干空气的焓增＋蒸发水分带入空气中的热量＝空气与污泥的对流换热量＋空气与温室间的对流换热量。

疗４（曩一—％）＋（吐一ｄｏ）×（，＋ＣＰ。ｐ，一ｆ，））ｊ＝４ｐ×印×（ｆ，一ｆ，）十Ａｒ×（，×０，一１。）（２－１４）式中；厅，，ｈ。一干燥室进出口空气焓值，材／ｋｇ干空气

ｄ。，ｄ。一干燥室进出口空气含湿量，培／堙干空气ｒ一水的汽化潜热，１０／ｋｇ

第二章太阳能干燥系统的数学模型

印。一水蒸气的定压比热，１．８４５ｋｊＩｋｇ．。Ｃ

Ｕ一干燥室热损系数，矽，Ⅲ２．ｏＣ

ｔｒ一干燥室内空气的平均温度，ｆ，＝（ｆ，＋ｔｏ）／２（℃）℃

ｆ。一干燥室内污泥的平均温度，℃

４ｐ一干燥室内污泥的总换热面积，℃

幼一污泥与空气问的换热系数，℃

２．３．２干燥室内空气的质量平衡方程式

干燥室内进出ｒ７空气的含湿量变化＝污泥的含湿量变化，即单位时间内排气带走的水分与整个污泥在同一时间内脱去的水分相等。

肼（ｄｔ—ａｏ）＝融ＸＡＤ（２—１５）式中：Ｇｇ一干燥室内干污泥的总重量，ｋｇ

ＡＤ一单位时间内单位重量的干物料的脱水量，电等于单位时间内湿污泥含

湿量的变化，ｋｇ／ｓ

ｔ一湿污泥初始温度，℃Ｄ一干燥时间内的总脱水量，ｋｇ

第三章实验装置的设计与热性能测试

经集热器加热后的热空气送入具有透光结构的干燥室，待干物料一方面可与热风进行对流换热，另一方面可接受透过干燥室表面的太阳辐射，干燥效果明显提高。天津大学热能研究所研制了一套混合型太阳能干燥器，对中药饮片的干燥特性进行了实验研究，取得较大成果∞３。鉴于污泥含水率较大，本文决定采用效率较高的混合型太阳能干燥器进行污泥干燥的实验研究。

§３．１太阳能干燥系统的设计

实验装置以模拟薄层物料的干燥为主，因为薄层物料在干燥时，料层上、中、下各参数基本相同，所测数据能反映物料的真实干燥特性。实验装置模拟污水处理厂对污泥进行大规模干燥处理，以太阳能作为主要热源，煤气热水器代替沼气作为辅助热源，拟将机械脱水后的含水率８０％的污泥脱水至含水率６０％以下。本课题依据以下原则进行设计：

ｌ保证物料干燥的连续性，采用太阳能与常规能源相结合的干燥方式，以弥补不利天气条件下太阳辐射量不足的缺点。

２在满足物料干燥的前提下，采用玻璃盖板水平放置，可以减少干燥室的体积和热容，减少散热损失。

３考虑到集热器与干燥室采光面积的最佳配比““，集热器采光面积与干燥室面积之比不小于１时较佳，选取集热器面积３ｍ２，干燥室面积０．８ｍ２。

４干燥室设计为长条状，可减少反射阴影部分的影响。

５布置足够的测量点，以便较准确的测量干燥过程各种参数。

为了能够对污泥干燥过程的传热传质有所了解，特对污泥干燥的基本消耗热量和空气量作以估算。

天津地区气候情况；

１月份空气最低含湿量０．００１３ｋｇ／ｋｇ干空气

７、８月份空气最低含湿量０．０１７０ｋ眺ｇ干空气

取干燥温度ｔ，＝５０℃，排气温度ｔ。＝４０。Ｃ，排气根对湿度分别为０．４及ｏ．５，假设一月份和七月份平均脱水速率分别为０．５ｋｇ／ｈ．ｍ２和１．０ｋｇ／ｈ．ｍ２，对不同季节干燥系统通风量进行计算，各季节气候条件见表３－！。

ｌ干燥室通风量Ｌ计算

上＝砌＋△ｄ（３．１）

２污泥干燥所需热量Ｑ计算

Ｑ＝Ｌ＋Ａｈ（３－２）

３假定集热器有效收益Ｐ＝５００Ｗ，集热效率ｎ＝Ｏ．３，忽略集热器散热损失及本身蓄热，则单位面积集热器可提供热量Ｑｎ＝５００－ｏ３＋３．６＝５４０／ｄ／ｈ

第三章实验装置的设计与热性能测试

４所需集热器面积４ｃ＝Ｑ／Ｑｏｍ２（３－３）５干燥室截面积ｓ＝Ｌ／（Ｐ＋Ｖ）（３—４）

Ｐ一空气密度，１．１２８ｋｇ／ｍ３Ｖ一干燥室内风速，取１．２ｍ／ｓ

表３－１天津地区气候条件

时间温度（℃）相对湿度焓值（ｋＪ／ｌｃｇ）绝对湿度（ｋｇ＆ｇ）

ｔ中ｈｄ

环境温度．５０５２０００１３

——干燥温度５００．２２８８００．００１３月排气温度４００．５９４ｌ００２４

０．４１０２ｌ０．０１９

环境温度２７０７８００１７

七干燥温度５００．２２８８．００．０Ｊ７月排气温度４０Ｏ．５９４．１０．０２４

０．４１０２ｌ０．０１９

表３－２试验装置校核计算

时排气相对Ｌ（ｋｇ／ｈ）Ｑ（ｋＪｌｈ）Ａｃ（ｍ２）Ｓ（ｍ２）间湿度

——０．４２５．２８３９８．３０．７４０００５月０．５２２．０３１４５８２７０．００４七０．４５００１３４４０．２５００５月０．５１４２．９８７ｌ７ｌ６１００４

给定集热器面积３ｍ２，干燥室截面积Ｏ．０６ｍ２，可满足上述最不利条件。６干燥系统设计

整个系统包括太阳能空气集热器、太阳能干燥室、直流风机、风道、调节阀等部分以及水银温度计、铜一康铜热电偶、热式风速计等测量仪器。根据文献㈣选用太阳能集热器及干燥宣的结构尺寸如下：

（１）集热器外形尺寸：１５００ｍｉｎｘ１０１０ｍｉｎｘ２００ｒａｍ

透光面积：ｌ－５１２ｍ＇

有效集热面积；ｌｍ２

吸热网材料：铝合金吸热网网孔数５孑Ｌ／ｃｍ２

盖板材料：普通平板玻璃厚度：３ｍｍ

玻璃盖板的太阳能透过率；０．８５

涂料名称：Ｂ－１涂料，太阳能吸收率０．９６

（２）干燥室内腔尺寸：２０００ｍｉｎｘ４００ｍｉｎｘ１５０ｒａｍ

保温材料：底部和侧面边框均采用聚苯泡

第三章实验装置的设计与热性能捌试

泡沫塑料厚度：５０ｒａｍ

透光面积：０．８ｍ２

集热器采用３９０安装角，可有效提高采光效率。

干燥室两侧及进排气侧均采用５０咖厚的保温材料，底部夹层高１２０ｒａｍ，干燥室内设有１．７６ｒｅｘ０．１４ｍ的链条传送带传输污泥，湿污泥从进料口进入干燥室，经运输带通过干燥室后经排料口排出，温室采光面积采用单层平板玻璃，使污泥在干燥室内同时进行对流和辐射换热，以加快干燥速度。

（３）电机

采用上海南洋电机厂生产的直流电机，型号为ＺＣ－－Ｌｌ、功率为０．８ＫＷ的直流调速电机。

（４）风道及调节阀

风道直径均为移８６ｒａｍ，在新风入口，集热器入口、干燥室入口及排湿空气出口设有调节阀，可通过调节阀改变回流比，以控制干燥室内湿度。

（５）辅助热源

万和牌煤气热水器，ＪＳＹＤＱ６５一Ｂ２。

§３．２干燥系统的结构与特点

图３－１干燥装置系统图

图３一ｌ为干燥装置的结构图，该装置具有以下特点：

１采用混合型太阳能干燥器，系统设有若干风门控制气流，风门ｌ、４常开，图中风门全开，可实现太阳能温室开式直流通风，关闭风门２、３、５，可实现干燥室内

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