曹益豪

(聊城大學(xué)東昌學(xué)院 機(jī)電工程系，山東 聊城 252300)

在種雞的養(yǎng)殖過程中，保持雞舍溫度與種雞生長周期的對應(yīng)性至關(guān)重要。由于我國北方四季差異明顯，保證雞舍采暖控制系統(tǒng)在冬季時(shí)的運(yùn)行質(zhì)量顯得尤為關(guān)鍵。張留雞場位于山東省陽谷縣東北部的郭店屯鎮(zhèn)，冬季的最低溫度在零下15℃左右，以往的雞舍供暖都是采用燃燒天然氣的方式加熱空氣，之后將熱空氣與室內(nèi)的冷空氣進(jìn)行對流以達(dá)到提高室溫的目的。這種加熱方式可以提高雞舍的整體溫度，但由于種雞的生活空間一般不會(huì)超過地面30 cm，這使得提升雞舍高空溫度的能量被浪費(fèi)掉，降低了天然氣的利用效率，增加了能源使用成本，因此對張留雞場的采暖系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)勢在必行。

1 采暖系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案選擇

1.1 熱對流與熱輻射的對比

傳導(dǎo)、對流和輻射是熱量傳遞的三種方式，其中后兩種方式在實(shí)際生活中應(yīng)用最廣[1]。張留雞場的原采暖系統(tǒng)就屬于利用對流的方式提高室溫，相比較而言，熱輻射的方式是利用天然氣燃燒產(chǎn)生紅外線，紅外線相對于其他顏色的光波熱效應(yīng)更為明顯，且由于紅外線可以在空氣中傳播，其中蘊(yùn)含的能量絕大部分不會(huì)用來加熱空氣而是被雞舍中的種雞或其他設(shè)備吸收，熱量損失較少，加熱效率較高，尤其適宜于高大廠房的供暖控制[2]。

1.2 熱輻射供暖的可行性分析

天然氣熱輻射采暖設(shè)備散熱公式為[3]：

其中：

Qf—熱輻射采暖設(shè)備需要提供的功率，W；

α—修正系數(shù)，取1；

F—圍護(hù)機(jī)構(gòu)散熱面積，取2500 m2；

K—圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)，取2.6 W/(m2·℃)；

C—雞舍的傳熱系數(shù)，取11 W/(m2·℃)；

A—雞舍的采暖面積，取1620 m2；

tsh—雞舍設(shè)計(jì)溫度，取21℃；

tw—室外溫度，取-14℃；

ε—輻射系數(shù)，取0.3；

η1—輻射供暖系統(tǒng)的效率，取0.9；

η2—空氣效率，取0.87。

經(jīng)代入計(jì)算可得Qf=209.54 kW，若選擇發(fā)熱功率為30 kW的加熱設(shè)備，則對于長度120 m，寬度13.5 m的雞舍而言，至少配備7臺(tái)采暖設(shè)備即可滿足要求。

2 熱輻射供暖設(shè)備設(shè)計(jì)

天然氣熱輻射供暖設(shè)備主要由燃?xì)庠O(shè)備和輻射鋼管兩部分構(gòu)成。

2.1 燃?xì)庠O(shè)備設(shè)計(jì)

圖1 燃?xì)庠O(shè)備的結(jié)構(gòu)簡圖

燃?xì)庠O(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1所示。當(dāng)電源接通后，負(fù)壓真空泵首先啟動(dòng)，對輻射管進(jìn)行30 s的抽吸清掃，使輻射管內(nèi)產(chǎn)生一定的負(fù)壓(此時(shí)燃燒器控制箱上的電源燈紅燈會(huì)亮起)。燃燒器空氣入口處設(shè)定負(fù)壓值為30～40 Pa，燃燒所需的空氣從燃燒器的空氣入口進(jìn)入系統(tǒng)。發(fā)生器內(nèi)設(shè)有負(fù)壓檢測和變送系統(tǒng)，一旦檢測出負(fù)壓達(dá)到設(shè)定值后，即通過負(fù)壓變送系統(tǒng)將負(fù)壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳送到中央控制器中，中央控制器再將信號(hào)傳給點(diǎn)火裝置點(diǎn)火，同時(shí)將信號(hào)傳給雙控電磁閥，雙控電磁閥開啟，燃?xì)膺M(jìn)入燃燒器開始小火燃燒，離子檢測針開始檢測火焰溫度，同時(shí)將信號(hào)回傳給中央控制器，雙控電磁閥全面開啟，燃?xì)膺M(jìn)入大火燃燒狀態(tài)。

2.2 輻射鋼管設(shè)計(jì)

天然氣與空氣混合燃燒形成的混合氣體由燃?xì)庠O(shè)備進(jìn)入輻射管中，如圖2所示。輻射管外部設(shè)計(jì)有方向朝下的反射罩，保證燃燒產(chǎn)生的紅外線絕大部分都向下傳播。由于輻射管工作時(shí)的表面溫度在180～500℃之間，為避免燒傷種雞，輻射管安裝在距離地面80 cm處。輻射鋼管的材料為304鋼，這種材料的光譜發(fā)射率在10 μm處達(dá)到極大值，因此燃燒產(chǎn)生的紅外線波長控制在4～25 μm之間時(shí)，可以達(dá)到較高的供熱效率[4]。

圖2 輻射供暖管的結(jié)構(gòu)簡圖

3 采暖系統(tǒng)升級(jí)前后對比

張留雞場的雞舍共有39棟，該廠供熱系統(tǒng)的優(yōu)化改造從2017年六月份開始，至同年八月份完成。由表1中數(shù)據(jù)可以看出，2017年10月至2018年3月的用氣量同比都有所下降，改造之前用氣量最多的三個(gè)月平均每棟每月消耗天然氣2400 m3，改造之后用氣量降至1461 m3。

表1 2016年～2018年秋冬季節(jié)張留雞場天然氣使用量

4 結(jié)語

郭店屯張留雞場的供熱系統(tǒng)改進(jìn)后單棟雞舍的用氣量有明顯減少，由于雞場數(shù)量以及種雞數(shù)量巨大，若在其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)的雞場也進(jìn)行類似的供熱系統(tǒng)的改進(jìn)，則可以大幅減少天然氣的使用量，既減少了企業(yè)的成本，又同時(shí)節(jié)省了資源。