一种基于温差发电的沼气发电机废热利用模型构建方法技术

本发明专利技术公开了一种基于温差发电的沼气发电机废热利用模型构建方法，包括以下步骤：S1、建立沼气发电热力模型，建立沼气发电机出口尾气热力模型以及烘干前尾气壁面传热模型，得到烘干前尾气壁面温度变化；S2、建立烘干沼渣过程热力模型，利用MATLAB循环程序建立烘干沼渣过程热力模型，得到烘干后尾气温度变化曲线，建立烘干后尾气壁面传热模型，得到烘干后尾气壁面温度变化；S3、建立温差发电仿真模型。本发明专利技术采用上述的一种基于温差发电的沼气发电机废热利用模型构建方法，温差发电系统结构简单，设计成本低，温差发电技术在余热回收方面相比其他技术而言有着广泛的应用前景，且回收发电机废气余热具有良好的社会经济效应。发电机废气余热具有良好的社会经济效应。发电机废气余热具有良好的社会经济效应。

【技术实现步骤摘要】
一种基于温差发电的沼气发电机废热利用模型构建方法


[0001]本专利技术涉及沼气发电
，尤其是涉及一种基于温差发电的沼气发电机废热利用模型构建方法。

技术介绍

[0002]沼气作为清洁高效能源，热值21520J/m3(5143cal/m3)，不允许向外排放而形成二次污染，沼气必须加以完全利用。生物质能产生的沼气主要用于发电，沼气发电机电效率为38％，热效率为42％，发电机循环冷却水带走的热量、润滑油带走的热量以及内燃机散热占燃料总能量的1/3左右，高温排气带走的热量占燃料总能量的1/3左右。有效回收利用这部分废热能量，提高生物质能发电效率，已经成为必然趋势。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种基于温差发电的沼气发电机废热利用模型构建方法，温差发电系统结构简单，设计成本低，温差发电技术在余热回收方面相比其他技术而言有着广泛的应用前景，且回收发电机废气余热具有良好的社会经济效应。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于温差发电的沼气发电机废热利用模型构建方法，包括以下步骤：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于温差发电的沼气发电机废热利用模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立沼气发电热力模型建立沼气发电机出口尾气热力模型以及烘干前尾气壁面传热模型，得到烘干前尾气壁面温度变化；S2、建立烘干沼渣过程热力模型利用MATLAB循环程序建立烘干沼渣过程热力模型，得到烘干后尾气温度变化曲线，建立烘干后尾气壁面传热模型，得到烘干后尾气壁面温度变化；S3、建立温差发电仿真模型S31、选择温差发电片型号；S32、确定塞贝克系数与温度之间的关系；S33、通过MATLAB对温差发电试验的开路电压及冷热端温度拟合有效塞贝克系数与温度的关系；S34、利用拟合出的参数搭建低温温差发电仿真模型；S35、计及风速影响的低温温差发电仿真模型修正。2.根据权利要求1所述的一种基于温差发电的沼气发电机废热利用模型构建方法，其特征在于，步骤S1中，建立沼气发电机出口尾气热力模型以及烘干前尾气壁面传热模型，得到烘干前尾气壁面温度变化，包括以下步骤：S11、建立沼气发电机出口尾气模型，对沼气在内燃机气缸内燃烧所发出的热量进行热平衡分配，热量分配包括以下部分，转化为有效功的热量Q
e
Q
e
＝3.6
×
103P
e
ꢀꢀꢀ
(1)式中，P
e
为内燃机输出功率，单位为kW；损失到冷却介质的热量Q
w
Q
w
＝G
w
c
w
(T
s2
‑
T
s1
)
ꢀꢀꢀ
(2)式中，G
w
为冷却介质的流量，单位为kg/h；c
w
为冷却介质的质量热容，单位为kJ/(kg
·
K)；T
s1
、T
s2
为冷却介质的进出口温度，单位为℃；损失到排气中的热量Q
r
Q
r
＝(A+B)(c
pr
T
f1
‑
c
pa
T
f2
)
ꢀꢀꢀꢀ
(3)式中，A、B为进入气缸的空气量和沼气量，单位为kg/h；c
pr
、c
pa
为废气及空气的质量热容，单位为kJ/(kg
·
K)；T
f1
、T
f2
为排气管内废气温度和进入气缸前空气温度，单位为℃；燃料总发热量Q
b
为式中，单位为kg/h；H
u
为沼气的低热值，单位为kJ/kg；η
e
为内燃机有效热效率；热平衡式为Q
b
＝Q
e
+Q
w
+Q
r
+Q
s
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)其中，Q
s
为内燃机发电的余项损失；S12、建立沼气发电机出口尾气热力模型，输入量为沼气发电功率、环境温度及冷却水
进出口温度，联立公式(1)～(5)，得沼气发电机尾气出口温度为：S13、建立烘干前壁面传热模型，烘干前圆管内侧的对流换热：烘干前圆管壁的导热：保温层导热：烘干前圆管外侧的对流换热：在稳态情况下，Φ1＝Φ2＝Φ3＝Φ4，得联立(10)(11)得烘干前圆管壁面温度T
w2
为式中，Φ1为烘干前圆管内侧的对流换热、Φ2为烘干前圆管壁的导热、Φ3为保温层导热、Φ4为烘干前圆管外侧的对流换热；d1、d2、d3分别为烘干前圆管内径、烘干前圆管外径以及保温层外径，单位为m；λ1为烘干前圆管壁热导率，单位为W/(m
·
K)；λ2为保温层热导率，单位为W/(m
·
K)；T
f1
、T
f2
分别为烘干前圆管内、外两侧的流体温度，单位为K；T
w1
、T
w2
、T
w2
分别为烘干前圆管内壁温度、保温层内壁温度以及保温层外壁温度，单位为K；h1、h2分别为烘干前圆管两侧的表面传热系数，单位为W/(m2·
K)；R
h1
、R
λ1
、R
λ2
、R
h2
分别为烘干前圆管内侧的对流换热热阻、烘干前圆管铁壁的导热热阻、保温层的导热热阻和烘干前圆管外侧的对流换热热阻，单位为K/W；R
k
为传热热阻，单位为K/W，是四个串联的热阻之和。3.根据权利要求1所述的一种基于温差发电的沼气发电机废热利用模型构建方法，其特征在于，步骤S2中，烘干过程包括沼渣的运动分析及沼渣与烟气传热分析，具体如下：沼渣运动方程为：沼渣在滚筒轴方向受到的力为：
沼渣在垂直方向受到的力为：F
y
＝mg
ꢀꢀꢀ
(15)式中，ρ为烟气密度，单位为kg/m3；A为沼渣的迎风面积，单位为m2；C
D
为风阻系数，值为0.5；U为烟气水平方向速度，单位为m/s；V为沼渣水平方向速度，单位为m/s；m为沼渣的质量，单位为kg；g为重力加速度，单位为m/s2；v
k
为沼渣速度，单位为m/s；平均下落高度为：式中，α为抄板转动角度，单位为
°
；β为扬料板端部与根部所对应方位角差，β＝1.065
°
；θ为扬料板最大卸料角度与填充率角度的差值，θ＝185
°‑
46.5
°
；L
′
为滚筒圆心到底部物料层高度，单位为m；R
′
为滚筒圆心到抄板前端距离，单位为m；M
α
为抄板在角度α时的洒落量，单位为kg；M为抄板抄起的总沼渣量，单位为kg；由平均下落高度得到平均下落时间为：根据沼渣在滚筒轴方向受力分析得到单位沼渣的水平前进距离为：整理得：对于有倾角的滚筒干燥机，加上修正因子后的水平前进距离为：单个循环内沼渣滞留时间为沼渣升降阶段的时间加上沼渣下落时间：t
′
＝t1+t2ꢀꢀꢀꢀ
(21)其中，沼渣升降阶段所用时间为：式中，n为滚筒转速；沼渣下落时间为：式中，α为物料下落时的抄板角度；M
α
为抄板α角度的洒落量；t
α
为沼渣在α角度的下落时间，如下：
经c个循环单元后，总滞留时间为：t＝ct
′ꢀꢀꢀ
(25)经过传热分析后得到单个循环后的烟气温度以及沼渣含水率参数；在沼渣干燥的过程中，水分扩散系数会受到物料含水率以及环境温度的影响而变化，具体关系式为：式中，E
a
为水分扩散活化能；RH为相对湿度；R为摩尔气体常数；T0为环境温度；单位沼渣在单次循环内的水分散失量为：M
A
＝2πD
eff
t
′
d0ρ0η0×
10
‑3ꢀꢀꢀ
(27)式中，d0为初始颗粒直径；ρ0为初始沼渣密度；η0为沼渣初始含水率；单个循环干燥后沼渣颗粒含水率为：单个循环总沼渣的水分蒸发量为：式中，m2为单位时间内沼渣进入质量；沼渣进入各个循环单元与烟气热量交换，将一个循环单元作为一个整体，根据能量守恒有：Q
g1
h
g
+Q
s1
h
s
＝Q
g2
h
g
+Q
s2
h
s
+q1t
′ꢀꢀꢀꢀ
(30)式中，Q
g1
为本单元循环高温烟气的初始流量，h
g
为高温烟气的比焓，Q
s1
为本单元沼渣的质量流量，h
s
为沼渣的比焓，Q
g2
为本单元循环高温烟气尾端流量，Q<...

【专利技术属性】
技术研发人员：温鹏，李若兰，魏征，郑宝良，王凯庆，刘畅，耿玉旗，贾宇琛，高立艾，
申请(专利权)人：科畅电气有限公司，
类型：发明
国别省市：