浅谈沥青使用加热技术的创新

浅谈沥青使用加热技术的创新（共1篇）

1.浅谈沥青使用加热技术的创新 篇一

近几年,随着全世界环保体系的日益完善,特别是近年来在石油开采日渐见底和生态环境的恶化,清洁能源越来越多的受人们的青睐。其中太阳能作为大自然取之不尽用之不竭的能源更受到专家学者的青睐。

太阳能的光热利用的基本原理是将太阳辐射收集起来,通过与物质的相互作用转换成热能加以利用,根据所能达到的温度和用途不同,把太阳能光热利用分为低温作用(<200℃),中温利用(200-800℃)和高温利用(>800℃)。此外太阳能还能通过光电转换设备转换为电能为人类服务。此技术暂时不能应用于沥青储存与加工领域,暂不论述。

以太阳能为热源的沥青加热装置在国内有应用一般以温室效应式的加热装置为主。此装置为设计一温室利用太阳能直接加热沥青,使沥青温度达到70-90℃,然后再进一步利用其他热源(导热油炉或电加热)加热达到拌合所需温度160-180℃。随着太阳能技术的日益完善,太阳能真空管收集热量效率提高,利用太阳能直接可以加热沥青温度达到160-180℃成为可能。

1 太阳能应用储存罐的罐体设计

传统的沥青储存与加热工艺,是将沥青从沥青场提出存入大容量的储存罐内(1000T以上),罐内铺有加热管道,当需要加热沥青时打开管道,可以达到加热沥青的目的。太阳能加热沥青工艺就是在原有的沥青储存罐的外部,主要以向阳面为主铺设太阳能集热器。太阳能集热器顾名思义是一种集热装置,可根据需要拼装组合成不同采光面积的集热系统。它的主要用途就是用来收集热量。现在市场上主要有三种集热器:(1)干热管式太阳能集热器;(2)U型管式太阳能集热器;(3)连集管式太阳能集热器。根据应用范围我们采用连集管式太阳能集热器。此集热器主要由真空集热管与联集管组成,采用强迫循环介质流经真空集热管直接吸收热量,集热管可根据罐体水平与垂直放置,一年四季自然跟踪太阳光。

2 到达地面的日辐射总量

到达地球表面的太阳辐射包括两部分:一是来自太阳的直接辐射ⅠD,二是由大气灰尘等大气杂质的散射辐射ⅠS。当天气晴朗时,到达地面的太阳能主要是直接辐射;而阴雨天时,主要是散辐射。另外,地面接受太阳能的多少与当地海拔的高度成正比。到达地面的太阳能辐射总量的大小,一般常用观测法和计算法确定。

2.1 观测法是通过测定辐射到各种感应面上的太阳能产生的效应确定其能量的数值

常用方法为热电法,基本原理是当太阳能照射到仪器的接收表面时,即被涂覆在表面上的具有良好吸收性能的黑色物质吸收并转换为热能,使表面温度升高,置于表面的温差电就产生了电流并由安培表进行数值测定,由此得到太阳辐射的强度值。

2.2 计算法

计算方法只能得到地面所吸收的太阳能辐射强度的近似结果,但这个结果足以满足太阳能热利用的要求。如上所述,到达地面的太阳辐射包括两部分,一是来自太阳的直接辐射ⅠD,另一部分是来自天空四面八方的的散射辐射ⅠS,即:

2.2.1 直接辐射日总量

如上所述,到达地面上的太阳直接辐射强度受大气透明度Ρ1的影响,同时也与太阳的高度(以高度角β表示),即太阳对地面的照射位置有关。如果太阳垂直照射与地面上,即β=90°时,或者假定该地区始终垂直于太阳光线,那么太阳直接辐射能量的计算公式为:

式中:Ι0为太阳常数,ΚJ/(m2﹡h);Ρm为m个大气质量的大气透明度。对于水平面上太阳直接辐射能量的计算公式为:

式中:β为太阳高度角。其中sinβ=(sin准*sinδ+cos准*cosδ*cosω)代入公式(3),可得:

Ιdh=Ι0Ρm(sin准sinδ+cos准cosδcosω)(4)

公式(4)是在任何纬度地区、任何季节、任何时刻和任何天气透明的情况下,计算地球的水平面上所受太阳直接辐射能量的基本公式。分析式(2)与式(3)可以看出,垂直于太阳光线的表面比不垂直于太阳光线的水平面所接受的太阳直接辐射能量要大。因此,在利用太阳能时应有意识地人为造成南向坡面,即让集热表面面相正南方向并倾斜一个坡度角θ,并使之尽可能垂直或接近于垂直太阳光线,以增加太阳直接辐射的强度。坡度角θ为当地纬度与太阳赤纬δ之差,即:θ=准-δ(5)

如设太阳的入射角为i,则它与准、δ、ω及θ等的关系为:

于是南向坡面所受太阳直接辐射能量的计算公式为:

式(7)是计算任何维度地区(准)、任何季节(ω)、任何时刻(ω)、任何大气透明度和任何南向坡面的情况的太阳直接辐射能量的基本公式。一天中各个时刻所受直接辐射能量的总和,即为某地区、某季节、在一定的南向坡面下所受的直接辐射日总量:

2.2.2 散射辐射日总量

要精确地从理论上确定到达地表面的太阳散射通量是困难的,但可以用经验公式进行估算。众所周知,太阳的散射辐射是阳光通过大气、云雾的尘埃而引起的不同方向的散射(包括反射和折射)。其辐射能量大部分返回宇宙空间,仅一小部分到达地球表面。到达地表的能量数值的大小主要取决于太阳高度角和大气透明度,通常以下式表示水平面上的散射辐射:

式中:ΙSH为水平面上的散射辐射,J/(cm2·min);β为太阳高度角;C1、C2为系数,其值取决于大气透明状况,如表1所示。

当集热面与水平面成θ角时,用下式表示倾斜面上的天空散射量Ιsθ:Ιsθ=ΙSH(cosθ/2)2[J/(cm2·min)](10)

式中:ΙSH为水平面上的天空散射量,J/(cm2·min);θ为集热面倾角。因此,总的散射辐射日总量应为:

2.2.3 南向坡面太阳日辐射总量

南向坡面太阳日辐射总量为该面接受的直接辐射日总量Ηdθ和散射辐射日总量ΗSθ之和。即:

3 太阳能应用装置的热平衡计算

热介质设定为导热油(考虑到与拌合设备的通融性),在工程计算中常用平均比热Cm,在太阳能加热中建议Cm取1.18KJ(kg·℃);当继续升温时,建议Cm取1.68KJ(kg·℃)。

式中:G为加热设备生产率kg/d;Cm为导热油平均比热;ξl为含量;Cw为水的比热,可取4.18KJ/kg·℃;ξs为导热油中的水含量%;tt、t0加热始终的温度℃。在其它参数决定后,热平衡计算的结果决定真空集热管铺设的面积A:A=Q/ξH

其中Q导热油所需有热量KJ;ξ为加热效率,可取统计数字0.60~0.65;H为太阳日辐射总量KJ。

由此可确定,沥青罐外部所需铺设真空集热管的数量及布置方案,其中考虑优化设计可多增10%数量。在现阶段由于受到天气、设备性能的制约,此项应用中还是要考虑辅助加热设备如导热油加热或电加热装置。由于太阳能应用技术在不断的更新变化,在沥青加热的全天候全过程中完全利用太阳能是可望实现的。

摘要：本文在此探讨了太阳能的光热基本原理及太阳能加热技术在沥青储存与加热工序中的应用。