天然气热辐射供暖在饲养鸡舍中的应用

2019-06-26曹益豪

山东化工 2019年11期

曹益豪

(聊城大学东昌学院机电工程系，山东聊城 252300)

在种鸡的养殖过程中，保持鸡舍温度与种鸡生长周期的对应性至关重要。由于我国北方四季差异明显，保证鸡舍采暖控制系统在冬季时的运行质量显得尤为关键。张留鸡场位于山东省阳谷县东北部的郭店屯镇，冬季的最低温度在零下15℃左右，以往的鸡舍供暖都是采用燃烧天然气的方式加热空气，之后将热空气与室内的冷空气进行对流以达到提高室温的目的。这种加热方式可以提高鸡舍的整体温度，但由于种鸡的生活空间一般不会超过地面30 cm，这使得提升鸡舍高空温度的能量被浪费掉，降低了天然气的利用效率，增加了能源使用成本，因此对张留鸡场的采暖系统进行优化升级势在必行。

1 采暖系统优化设计方案选择

1.1 热对流与热辐射的对比

传导、对流和辐射是热量传递的三种方式，其中后两种方式在实际生活中应用最广[1]。张留鸡场的原采暖系统就属于利用对流的方式提高室温，相比较而言，热辐射的方式是利用天然气燃烧产生红外线，红外线相对于其他颜色的光波热效应更为明显，且由于红外线可以在空气中传播，其中蕴含的能量绝大部分不会用来加热空气而是被鸡舍中的种鸡或其他设备吸收，热量损失较少，加热效率较高，尤其适宜于高大厂房的供暖控制[2]。

1.2 热辐射供暖的可行性分析

天然气热辐射采暖设备散热公式为[3]：

其中：

Qf—热辐射采暖设备需要提供的功率，W；

α—修正系数，取1；

F—围护机构散热面积，取2500 m2；

K—围护结构的传热系数，取2.6 W/(m2·℃)；

C—鸡舍的传热系数，取11 W/(m2·℃)；

A—鸡舍的采暖面积，取1620 m2；

tsh—鸡舍设计温度，取21℃；

tw—室外温度，取-14℃；

ε—辐射系数，取0.3；

η1—辐射供暖系统的效率，取0.9；

η2—空气效率，取0.87。

经代入计算可得Qf=209.54 kW，若选择发热功率为30 kW的加热设备，则对于长度120 m，宽度13.5 m的鸡舍而言，至少配备7台采暖设备即可满足要求。

2 热辐射供暖设备设计

天然气热辐射供暖设备主要由燃气设备和辐射钢管两部分构成。

2.1 燃气设备设计

图1 燃气设备的结构简图

燃气设备结构如图1所示。当电源接通后，负压真空泵首先启动，对辐射管进行30 s的抽吸清扫，使辐射管内产生一定的负压(此时燃烧器控制箱上的电源灯红灯会亮起)。燃烧器空气入口处设定负压值为30～40 Pa，燃烧所需的空气从燃烧器的空气入口进入系统。发生器内设有负压检测和变送系统，一旦检测出负压达到设定值后，即通过负压变送系统将负压信号转换为电信号传送到中央控制器中，中央控制器再将信号传给点火装置点火，同时将信号传给双控电磁阀，双控电磁阀开启，燃气进入燃烧器开始小火燃烧，离子检测针开始检测火焰温度，同时将信号回传给中央控制器，双控电磁阀全面开启，燃气进入大火燃烧状态。

2.2 辐射钢管设计

天然气与空气混合燃烧形成的混合气体由燃气设备进入辐射管中，如图2所示。辐射管外部设计有方向朝下的反射罩，保证燃烧产生的红外线绝大部分都向下传播。由于辐射管工作时的表面温度在180～500℃之间，为避免烧伤种鸡，辐射管安装在距离地面80 cm处。辐射钢管的材料为304钢，这种材料的光谱发射率在10 μm处达到极大值，因此燃烧产生的红外线波长控制在4～25 μm之间时，可以达到较高的供热效率[4]。