太阳能锅炉测控仪的设计_毕业设计说明书(编辑修改稿)

太阳能锅炉测控仪的设计_毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

都在中国生产，吸气剂也在中国生产。 这三个方面我们已经走在前面。 形成配套的产业链。 的玻璃 30 万吨其中用于真空管有 28万吨。 真空管镀膜 生产线1000 条及配套设备，生产能力为 2 亿支，装配约 20xx万平方米太阳能热水器，还有配套设备。 一些骨干企业做了技术改造，提高了企业的装备水平和条件。 在全球能源形势紧张、气候变暖严重威胁经济发展和人们生活健康的今天，世界各国都在寻求新的能源替代战略，以求得可持续发展和在日后的发展中获取优势地位。 太阳能以其清洁、源源不断、安全等显著优势，成为关注重点。 在太阳能产业的发展中，太阳能热水器的热利用转换技术无疑是最为成熟的，其产业化进程也较 光伏电池 、太阳能发电等产业领先一步。 但是目前市场还有待规范，消费群体还有待培育，技术还有尚须改进，因而对于企业来说还有较大的成长空间。 太阳能锅炉的构造组成 1）太阳能集热器 在太阳能的热利用中，关键是将太阳的辐射能转换为热能。 由于太阳能比较分散，必须设法把它集中起来，太阳能集热器能将太阳光收集起来集中给谁加热，所以，集热 7 器是各种利用太阳能装置的关键部分。 2）保温水箱水箱 保温水箱又称保温桶，用于储存来自太阳能集热器加热过的热水，保温水箱具有保温作 用，能有效的减缓桶内热水热量的流失。 综合考虑，选用 12 吨的保温桶。 3）循环管道 用于连接太阳能集热器与保温水箱，利用定温上水与温差循环系统，充分利用太阳能，使保温水箱中的热水始终保持较高的温度水平和让冷却下来的水再次进入太阳能集热器中再加热，充分利用太阳能。 4）补给水箱 也称为水塔，用于储存外界自来水，补充太阳能和辅助锅炉的冷水需求，作为整个热水系统的储水设备，再太阳能集热器防冻系统启动后，还可以将从太阳能集热器管道中抽出的水放到补给水箱中再储存，减少水资源的浪费。 综合考虑选用 24 吨的补给水箱。 5)辅 助加热系统 辅助锅炉加热可以使用燃气，燃煤，电加热等方式，用于辅助太阳能集热器，为了满足全天候持续供热水的要求，保证系统供热水的可靠和稳定性以及用水舒适性。 综合考虑选用 8 吨的电加热锅炉为本设计的辅助加热系统。 太阳能锅炉适用范围 太 阳能作为清洁的可再生能源，广泛应用于各个领域，如社会会所，公寓，宾馆，饭店等热水中心；学校，工厂，招待所，医院，养老院，幼儿园等的浴室，游泳池等，随着能源的日渐紧张，能源价格的不断上调，太阳能在建设工程项目中的应用逐渐受到人们的关注。 建筑物的中央热水供应系统中，采用太阳能结合常规 能源作为热水系统热 8 源，成为中央热水系统降低能源消耗、节约运行费用、减少环境污染的一个有力的措施。 太阳能锅炉既可作为生活热水，也可以作为工业生产作业热水、开水预热等。 这些地方的热水供应一般具备如下特点： 1. 热水使用量较大，一般是每 天几 吨或几十吨，甚至更多； 2. 热水的要求温度范围一般为 40～ 60℃，最高不超过 90℃； 3. 24 小时或白天 8小时供热水，用水时间长； 4. 用水舒适度一般要求达到宾馆用水要求。 太阳能锅炉供热水的方案与选择 几种典型的太阳能热水系统性能对比 目前常见的太阳中央热水系统 按采用太阳集热器的不同主要有以下几个类型： 1. 平板集热器组太阳能热水系统 应用比较早的一种太阳能热水系统形式，因防冻问题以及其本身集热性能受自然环境和季节的影响较大，但成本较低和维护工作量小，在我国北方应用较少，主要集中在南方地区。 2. 全玻璃真空管集热器组太阳能热水系统 早期的规模比较小的供热水项目多采用这种集热器系统，或将采用全玻璃真空管集热器的家用太阳能热水器串并联组成集中供热水系统。 因其投资较低和太阳能利用率高，在太阳热水市场上占有相当大的比重。 3. U 型管真空管集热器太阳能热水系统 U型管 真空管集热器替代全玻璃真空管集热器在工程中应用，解决了系统承压运行等多种问题，但因系统阻力大，热性能不理想及安装维护等因素，使用较少。 4. 热管真空管集热器太阳热水系统 9 热管真空管太阳能集热器从根本上解决了其它类型太阳能集热器在热效率、承压能力、防冻性能、安装维护方面存在的问题，价格适中，是目前太阳热水工程中最理想的集热器形式。 产品成为热水器和热水工程市场的主流。 表 是上述几种太阳能热水工程的主要性能比较。 【 7】 通过几方面的比较，结合考虑本地的自然环境较恶劣，选择热管式集热器最为合适。 系统运行方 式的选择 在光照下太阳能集热器内的水被加热，加热后的热水需要通过循环到保温水箱中，如此不断循环，来达到加热保温水箱中的水。 几种常见的热水器如图 所示。 表 几种典型太阳热水工程主要性能比较 项目 平板集热器 全玻璃真空管集热器 U 形管集热器 热管真空管集热器 可 靠 性 不适合北方 全年使用 水垢隐患大 冻裂隐患大 不适合做大面积工程 胶圈隐患大，老化、 不承压、不能在较大 压力下正常使用 管内水垢隐患大，清除难 有冻裂隐患 一支管破损，全工程瘫痪 集热板密封隐患大 循环泵功率大 适合做大面积工程 承压性能好，全金 属密封， 无水垢隐患 抗冻性能优良，采 用双回路介质换热 一支管破损，全系 统正常运行 10 热 性 能 集热性能受季节、环境影响较大，北方地区冬季热性能明显降低。 水温高于 55 时，集热器热效率明显降低 热效率高 热水利用率低 有空晒危险 热效率有隐 患，并联运行有死区，局部过热 热容小，启动快 冬季热性能佳 多云天气性能佳 晚间热损小 运行 维护耐久 性 耐久性差 使用寿命不长 维护困难 安装困难 集热板安装 困难 安装简单 维护方便 使用寿命长 强制循环方式： 该系统的运行原理就是借助水泵动力 ,在热水箱底部吸水 ,通过集热器把水送到水箱上部 (见图 ),该系统适用于任何大面积的循环系统。 控制系统可采用光控或时控 ,全自动运行。 11 集 热 器保 温 水 箱循 环 水 泵 图 强制循环系统 防冻系统的比较与选择 1. 直接系统的低温循环防冻 冬季系统低温探点达到设定警戒值时 ,集热循环泵开启。 系统向室外管路 内送入热水推回凉水实现系统防冻 ,系统低温探点测点超过设定警戒值时 ,集热循环泵关闭。 2. 直接系统的电伴热带防冻 冬季系统低温探点达到设定警戒值时 ,温控电伴热带输出，加热室外管路实现防冻。 3. 直接系统的温差循环防冻 通过循环豹纹水箱和集热器里的水来打到热量循环交换，使集热器的水不至于温度过低被冻坏，达到保护集热器的目的。 在间接系统中使用防冻传热工质进行防冻，传热工质的凝固点应低于系统使用期内最低环境温度、沸点应高于集热器的最高闷晒温度。 12 冬季系统低温探点达到设定警戒值时 ,温 控电磁阀开启，系统室外部分的水被排放或回流至储热水箱内，实现系统防冻 [4]。 通过对上面几种防冻系统的对比，结合实际情况，本系统优先选择了温差循环的防冻保护，在极恶劣的情况下低温排空防冻法防冻。 太阳能锅炉系统工作原理 热管真空管 热管式真空管由热管、吸热板、玻璃管等主要部件组成 (见图 )。 热管包括蒸发段和冷凝端两部分 :蒸发段置于玻璃管内，与吸热板紧密结合在一起；冷凝端位于玻璃管外，既可与导热块相接用以加热联集管中的水，又可直接插入贮水箱用以加热贮水箱中的水 【 6】。 太阳光 透过玻璃管照射在吸热板上，太阳选择性吸收膜将太阳辐射能转化为热能。 吸热板吸收的热量迅速将热管内少量工质汽化，并迅速上升到冷凝端 ,放出热量后冷凝成液体，在重力作用下流回热管蒸发端。 利用热管内少量工质的汽 — 液相变循环过程可连续地传递热量，将吸收的太阳能传递到冷凝端加热联集管或贮水箱中的水。 为使热管内冷凝后的液体工质流回蒸发段 ,热管真空管工作时与地面的倾角应大于 10176。 倾角为20176。 ～ 45176。 ，时传热效率最高 【 7】。 倾角由地理纬度决定，我国从广州到哈尔滨的纬度变化为 23176。 ～ 45176。 ，均在此倾角范围内，可以最大限度地提高 热管的传热效率 .热管式真空管结构示意如图 2. 热管式真空管的优点 (1) 热管式真空管热容小，启动快，在阳光下 2分钟即可启动输出能量。 13 (2) 承受力强，当连接成大面积集热系统时，能承受循环泵的压力，在承压热水 系统推广中独具优势。 (3) 热管传热，管内不进水，从根本上避免了平板集热器及全玻璃真空管内因结 水垢而引起水道堵塞不能运行和管内结垢影响输出功率等问题。 (4) 高性能选择性吸收镀层及真空保温技术，保证在多云天气及相对温度大的地 区仍有较高的热效率，所以冬天性能尤为突出。 (5) 特殊防冻 技术，即使在 50℃的严寒条件下仍无冻坏之忧。 避免管内长期存水，受严寒冰冻，在热膨胀冷缩情况下易碎管问题。 (6) 热管式真空管太阳集热管抗冷热冲击好，运行安全可靠，避免一支集热管 坏损整个系统不能运行的问题。 (7) 集热板封装于真空玻璃管内，即使在潮湿地区，也不受腐蚀，使用寿命长。 (8) 在天气阴晴多变的情况下，比其他热水器产生更多的热水。 太阳能锅炉系统的总体设计 本系统由太阳能热水系统、锅炉辅助加热系统、供热水系统和中央 PLC 控制系统四部分组成，太阳能热水系统为主要的供热水系统，由真空管太阳能 集热器组，保温桶（储热水箱），温差循环管系统，防冻排空系统和补水管道组成。 辅助锅炉系统由速热式电加热锅炉和补水管道组成。 供热水系统搭配混水器负责为用户提供全天候的可持续热水供应。 PLC 中央控制系统连接其他三部分，是本系统的大脑，负责对系统的智能自动化控制与手动切换控制。 本控制系统采用定温控制上水与温差控制循环相结合的运行方式，晴好天气可充分利用太阳能，阴雨天气或光照不足时，太阳能加热达不到保温桶设定温度，配合使用电锅炉辅助加热。 以此达到全天候高效节能持续供热水的要求。 14 系统工作原理如图 所示： 太 阳 能 集 热 器温 度 传 感 器 T 1循 环 水 泵 M电 磁 阀 D 2电 磁 阀 D 3自来水电 磁 阀 D 4电 磁 阀 D 1温 度 传 感 器 T 2保温水箱水 位 传 感 器H溢 流 阀燃 气 锅 炉温 度 传 感 器 T 3用户图 2 . 2 太 阳 能 锅 炉 热 水 系 统 工 作原 理 图电 磁 阀 D 5闸 阀 本系统工作原理如下： 检测水位上水 由水位传感器检测水位，如果保温水箱水位低于补水水位时，上水电磁阀 D1开启，给系统补入水。 直到保温水箱水位达到满水位，停止上水，电磁阀 D1 关闭。 温差循环 当太阳能集热器的水的温度 T1 比保温水箱里的水的温度 T2大 8度以上，则循环水泵开始工作，带动太阳能集热器里的水与保温水箱里的水循环，直到太阳能集热器与保温水箱的温差小于 2 度，则循环水泵停止循环。 15 锅炉辅助加热系统 箱里的水温度达到 60度时，则锅炉不工作 ，当保温水箱的水温低于 60 度，则燃气锅炉启动，开始加热，直到出水温度达到 60度，另外，假如遇到断电、系统故障、长时间的严寒和阴霾天气等，可直接关掉电磁阀 D电磁阀 D3，打开电磁阀 D4，相当于切除了太阳能集热器和保温水箱，直接自来水断给锅炉直接供水，锅炉独立进行加热工作。 集热器的冬季防护 冬季温度过低，容易引起玻璃等设备结冻损坏，所以特设冬季防冻保护。 当太阳能集热器温度 T1低于 4℃时，延时 5S后自动打开防冻排水阀 P2，把太阳能集热器中的水抽回补给水箱中，并且关闭太阳能系统。 报警系统 1）保 温桶（储热水箱）水位上限报警。 当保温桶水位高于上限警戒值时，水位上限报警启动，报警蜂鸣器响和水位上限报警灯亮，水位恢复或者报警复位后，报警蜂鸣器和水位上限报警灯灭。 2）保温桶（储热水箱）水位下限报警。 当保温桶水位低于下限警戒值时，水位下限报警启动，报警蜂鸣器响和水位下限报警灯亮，水位恢复或者报警复位后，报警蜂鸣器和水位下限报警灯灭。 3）防冻报警。 当太阳能集热器水温低于防冻警戒值时，防冻报警启动，报警蜂鸣器响和防冻报警灯亮，当温度高于警戒值或者报警复位后，报警蜂鸣器和防冻报警灯灭。 系统要求 根据人们对热 水器的使用习惯和人性化设计要求 , 设计的控制系统具有以下功能： 16。 系统在自动工作方式时 能自动控制供水水。