论文总字数：21753字

摘 要

本文从热力学的角度出发，基于热力学第一、第二定律的基础上，结合实验与理论对不同的加热方式的经行分析，得出罐内盘管加热应采用底部盘管加热的方式，并且应注意盘管与罐底的距离，控制在加热层10 mm之内为最适的结论，同时从热力学熵产角度分析，得出W=1时，罐内加热的传热效率合适。而罐外加热部分，余热回收工艺中，可实现水与沼液中温发酵沼液余热7-10 ℃的回收，1-2 ℃的原料温升。

关键字：热力学分析 沼气工程 加热方式 罐内加热 罐外加热

Thermodynamic Analysis of Bio-gas Projects Tank / External Heat Transfer

Abstract

The paper is based on thermodynamic.According to the first and the second laws of thermodynamics，we Analysis different heating methods with experiments and theory. We find out that coil heating should be used at the bottom of the tank and the distance between coil and the bottom of tank should be 10 mm.At the same time, from the perspective of the thermodynamic entropy generation ,the efficiency of heating will be suitable when W=1.The outside of the tank heating section, waste heat recovery process can be realized by heat exchanger and intermediate medium water by waste heat recovery is improved by 7-10 ℃, 1-2 ℃ temperature rise of raw materials.

Key words: thermodynamic;heating method;tank heating ; entropy ; waste heat recovery

目录

摘要 II

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 课题背景 1

1.1.1 能源现状及问题 1

1.1.2 环境问题 2

1.2 沼气和沼气发酵 3

1.2.1 沼气 3

1.2.2 沼气发酵影响因素 4

1.2.3 沼气工程技术现状 5

1.2.4 沼气工程加热方式 5

1.3 我国发展沼气工程的现状 6

1.4 研究内容 7

第二章 实验部分 8

沼气工程罐内加热的热力学分析 8

1.理论与试验设计 8

1.1 理论计算公式 8

1.1.1 传热系数的理论计算 8

1.1.2 熵产理论计算 8

1.2实验设计 9

2. 结果与讨论 10

2.1实验结果与讨论 10

2.1.1 不同体系不同加热位置对罐内传热的影响 10

2.1.2 不同物料体系对加热过程传热性能K的影响 13

2.2 内部加热传热热力学研究——熵产数Ns分析 14

2.2.1 不同搅拌速度即热容比W下Ns与NTU、ε的关系 15

2.2.2不同冷物料进口温度ti下Ns与NTU、ε的关系 15

2.2.2不同热水进口温度Ti下Ns与NTU、ε的关系 16

3.本章小结 17

沼气工程罐外换热的热力学分析 18

实验设计 18

2. 实验数据处理与讨论 19

2.1 不同流量下管壳式换热器的换热效果 19

2.2 不同环境温度下管壳式换热器的换热效果 20

2.3 余热回收效果分析 20

2.4 沼气工程中出现的问题 21

3.本章小结 21

第三章 结论与展望 23

3.1 结论 23

3.2 展望 23

参考文献 24

致谢 26

第一章 文献综述

1.1 课题背景

1.1.1 能源现状及问题

现阶段世界能源消费呈现以下热点：1）受经济发展和人口增长的影响，世界一次能源消费量不断增加；2）世界能源消费呈现不同的增长模式，发达国家因进入后工业化社会，经济向低能耗、高产出的产业结构发展，能源消费增长速率明显低于发展中国家；3）世界能源消费结构趋向优质化，但地区差异仍然很大；4）世界能源资源仍比较丰富，但能源贸易及运输压力增大。未来，伴随着能源消费的持续增长和能源资源分布集中度的日益增大，对能源资源的争夺将日趋激烈，争夺的方式也更加复杂；同时，化石能源对环境的污染和全球气候的影响将日趋严重。面对以上挑战，世界能源供应和消费将向多元化、清洁化、高效化、全球化和市场化趋势发展^[1]。

表1-1参考情形中的世界一次能源需求（百万吨标准油）^[2]

如图1-1所示，我国能源结构不合理，其中煤炭消费占全部能源消费总量的62.8％。煤炭的大量消耗导致二氧化碳和二氧化硫等气体的产生，我国二氧化硫和二氧化碳排放量分别位居世界第一位和第二位。全国二氧化碳排放量的70％、二氧化硫的90％、氮化物的67％来自煤炭的燃烧。二氧化碳是全球气候变暖产生的主要原冈，二氧化硫导致酸雨产生^[3][4]。据不完全统计，全国527个市(县)中，298个城市出现酸雨，占统计城市的56.5％，空气污染对居民的生产生活和身体健康都带来了严重影响。

从我国能源生产和能源消费情况可知，我国能源供应前景不容乐观，一方面是能源资源储量少，人均占有量低；另一方面是优质资源储量少，保障程度低。我国人均拥有的能源资源只有世界平均值的40%，煤炭、石油、天然气的可采年限分别只有80年、15年和30年,人均剩余可采储量仅是世界平均水平的56.3%、7%和7.1%^[5]。然而目前我国又正值经济高速发展时期,能源短缺的趋势将会随着我国经济快速增长而加剧。这将对中国的能源安全、经济安全乃至国家安全的影响会越来越大。因此，我国必须调整能源结构，发展可再生能源，走能源可持续发展的道路。

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