扬州大学大学生学术科技创新基金-太阳能温室秸秆沼气联合供热供气装置(张瑞宏).doc

序号： 编码： 扬州大学大学生学术科技创新基金项目申请书学科门类： 农业机械工程 项目名称： 太阳能温室秸秆沼气联合供热供气装置 申 请 人： 石宽 所在学院： 机械工程学院 指导教师： 张瑞宏 申报日期： 2010年3月17日 扬州大学大学生学术科技创新基金管理办公室制 16 填 表 说 明1、填写申请书前，请认真查阅扬州大学“大学生科技创新基金”管理办法（试行）及补充规定（详见校团委网站特别专题大学生科技创新基金），申请书各项内容应实事求是，认真填写，表达要明确、严谨。2、序号、编码由扬州大学大学生学术科技创新基金管理办公室填写。3、封面上的“学科门类”填写该项目所属的一级学科。4、“项目名称”应简洁明了，字数一般不超过25个字。5、研究时间原则上不超过1年。6、申请书一律用A4纸打印，左侧装订，一式四份。项目概况项目名称太阳能温室秸秆沼气联合供热供气装置研制学科门类农业机械工程申请经费1万元预期成果类别 自然科学类学术论文哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 科技发明制作A类科技发明制作B类项目成果表现形式文本材料 实物、产品样品、模型图纸、图片磁盘、光盘其他：起止年限2010 年5月至2011年5月申请人姓名石宽性别男出生年月1988.08学院机械工程学院专业农业机械化及其自动化入学时间2007.08学历本科学制4年通讯地址江苏省扬州市邗江区扬州大学扬子津校区6#414邮编225127电目组姓名性别年龄学历所在学院、专业、班级夏敏男22本科机械工程学院 农业机械化及其自动化 农机0701班田伟男22本科机械工程学院 农业机械化及其自动化 农机0701班主要研究内容1适应于小型沼气发酵罐存放的小型日光温室的保温结构优化，日光高效接受与利用结构优化。2沼气罐的密封存气问题，罐与罐之间的软气管道布置优化，通气阀组设置结构优化。3适应于本项目装置的软质储气袋结构研究及优化。4真空平板玻璃太阳能集热群集热效率的研究，集热结构优化，储热方法研究。5系统太阳能利用率研究，补温系统在不同气温下耗能与产能比例研究。关键词（23个）温室沼气、太阳能、真空平板玻璃个人项目简表（申请个人项目的填写、打印此表）一、立项依据（包括项目研究意义，当前研究现状、水平和发展趋势，并附主要参考文献及出处） 能源紧缺决定了我们必须走开源节流并重的能源发展道路。发展沼气是发展农村新能源，建设社会主义新农村的基础性工作，是党和政府为人民办实事的具体体现。是切身实践“三个代表”重要思想的具体行动。沼气起到了 “三省 ”（省电、省柴、省劳力）、 “三增 ”（增产、增肥、增效益）、 “一净 ”（净化农村环境）的重要作用，解决了农村 “三料 ”（燃料、饲料、肥料）的难题，既解决了农民朋友缺资金、缺劳力等实际困难，又有效地增加了农民朋友收入，使他们切身感受到党和政府的关怀。国务院总理、国家能源领导小组组长温家宝2005年6月在国家能源领导小组第一次会议上指出：要发展新能源和可再生能源，积极推进核电建设，加快风电规模化发展，推进农村户用沼气建设。 与此同时，太阳能作为取之不尽用之不竭的清洁能源，它的利用也一直是人类的追求。尤其是现今人们已经认识到不久将来世界能源枯竭和利用化学燃料带来的温室效应，太阳能的利用更显出其重要的地位。联合国能源组织一直设有专项资金支助各国尤其是发展中国家的太阳能利用事业，各国政府也纷纷制定了太阳能利用方面科研、示范推广的资助政策，大力鼓励人们更多地利用太阳能。但沼气在低温状态下，尤其是冬天大都处于是停产状态，不能正常使用，因为温度低不产气，还需要维护，防止冻裂、冻坏。如何解决低温状态下沼气使用的问题是迫在眉睫。该装置正好解决了这一问题。此套装置中沼气和太阳能协调互补，可解决太阳能集热群在阴雨天气时不能供热的问题。同时，箱式太阳能集热群可把吸收的太阳能转变成热能，经过介质输送管输送到沼气罐，将沼气加热升温至可正常使用的状态，弥补了沼气罐因气温低而不能正常发酵而产气不足的缺陷。项目的实际应用价值和现实意义： （一）项目的实际应用价值秸秆的沼气化是秸秆综合利用的重要途径之一，也是秸秆利用的最佳途径之一。它比秸秆的过覆还田还要显得有效。但是，秸秆的沼气化利用有一个致命缺陷，这就是秸秆不能在冬季气化，使得人们在最需要沼气供热的季节却得不到它的益惠。所以，低成本地解决秸秆沼气冬季供热的问题成为沼气能否大面积推广利用的关键。本项目将创新地采用日光温室放置沼气发酵罐，利用阳光给罐体加温，旨在解决秸秆沼气的冬季不发酵不气化问题。该装置由日光温室、秸秆沼气发酵罐、真空平板玻璃箱式太阳能集热群沼气贮气装置、沼气燃烧加热循环装置、供气供热管道、铲车、运输车、浆渣泵等组成。秸秆沼气发酵罐置于日光温室内，真空平板玻璃太阳能集热群置于日光温室前方，贮气装置置于日光温室后方。一般冬天晴天时，中午温室内可达35，高于沼气正常发酵产气温度1015。白天产的沼气可部分储存于沼气储气袋，可用于晚间给温室补温以继续产气，也可用于连续阴雨时给温室补温产气，以解决冬日连续阴雨时的沼气发酵问题。真空平板玻璃太阳能能集热器既可为用户集中供热，以应村民洗澡、洗菜等供热，也可用于为温室补温。沼气燃烧加热装置与太阳能集热群的供水系统和温室补温系统串联，形成连环供热供气系统。沼气出渣装料采用整出整装工艺，即用手动铲车将沼气罐装上运罐车，运出农田。由浆渣泵将沼液和沼渣抽出，再将切碎的秸秆装入罐中再次发酵，巧妙地解决了沼气出渣难的问题。采用在小型铲车上加装偏心震动装置的方法，实施放沼液的整体微震搅拌，解决沼气搅拌装置复杂，投资大而效果差的问题。（二）项目现实意义1. 解决了沼气在低温状态下无法使用的难题，及人民之所需，让沼气这一绿色资源更好地方便人们的生活。2. 大大提高我国生产企业太阳能利用水平，为人类寻求再生能源作出贡献。3. 解决了现阶段秸秆回收利用难的问题，更好地响应了政府的措施，最大程度上实现了资源的循环利用。4. 很好地节省了我国燃料开支，太阳能和沼气“强强联合”使得绿色资源（太阳能，沼气）的利用率大大提高，减轻工人劳动量及劳动强度，增加工人生活舒适度，进一步提高工人生活水平。5. 减少全球大气温室效应，为保护全球生态环境作出重要贡献。项目国内外同类研究水平概述目前国内外还没有关于太阳能集热群真空干燥的相关文献报道。参考文献1) 陈玉梅, 李成安. 真空玻璃与节能. 新型建筑材料, 2002(2), 32-352) 石豪. 透明真空保温技术. 新能源, 1994, 16(2): 1-93) 钱泽澍 沼气发酵微生物学1986,044) 冯德纯, 贾玉英. 真空玻璃. 玻璃, 1999, l26(1): 15-205) 马志宏. 理想的透明保温材料-真空玻璃. 中国建材, 2001(6): 50-516) 全国农村沼气工程建设规划贯彻实施与农村沼气服务体系建设方案及乡村服务网.中国农业出版社 2007,57) 张瑞宏. 真空平板玻璃传热性能及支撑应力研究. 北京: 中国农业大学博士学位论文, 2005.1101128) 张瑞宏, 马承伟. “新型真空玻璃”项目中试方案研究. 玻璃与搪瓷, 2003(6): 37-399) 张瑞宏，真空玻璃在温室工程中的应用研究，农机研究2005.3 (30-34)10) 沼气技术及其应用. 化学工业出版社. 2005,611) 徐惠忠, 周明. 绝热材料生产及应用. 中国建筑工业出版社, 2001(8), 132: 13912) R.E.Collins, C.Fischer-cripps and J.Z.Tang. 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Young Richard G. Budynas.Formulas for Stress and Strain （Seven Edition）：5085092、 研究目标、研究内容和拟解决的关键问题研究目标：1、 利用真空技术、集热箱聚热技术、沼气罐最大限度地利用太阳能和沼气，解决以往太阳能和沼气利用过程受天气、气候、季节、以及昼夜太阳出没的影响的缺陷，为居民供热供气。2、 低成本地解决秸秆沼气冬季供热的问题，使得人们在最需要供热的季节享受到它的实惠。3、 沼气罐和太阳能集热装置的联合使用，更深入的推广沼气的使用，更好地解决能源资源和环境问题，为建设集约型社会作贡献。4、 解决了传统沼气的缺陷，为农村大力推广沼气解决了后顾之忧。为农村提供绿色的生活能源，以减少石化能源的开采和使用，保护森林植被，维护大气碳平衡，减缓全球气候变暖趋势。提供优质有机肥取代化肥，以减少因生产化肥而大量使用石化能源，减轻农村面源污染，提高农民的生活质量。研究内容：1、 适应于小型沼气发酵罐存放的小型日光温室的保温结构优化，日光高效接受与利用结构优化。2、 沼气罐的密封存气问题，罐与罐之间的软气管道布置优化，通气阀组设置结构优化。3、 适应于本项目装置的软质储气袋结构研究及优化。4、 真空平板玻璃太阳能集热群集热效率的研究，集热结构优化，储热方法研究。5、 系统太阳能利用率研究，补温系统在不同气温下耗能与产能比例研究。拟解决的关键技术：1、 利用太阳能、沼气不但节省成本，而且环保卫生；2、 由浆渣泵将沼液和沼渣抽出，再将切碎的秸秆装入罐内再次发酵，巧妙地解决沼气出渣难的问题；3、 太阳能集热装置和温室沼气罐很好地结合在一起，充分利用资源，让两种资源各自的优势得到更大的发挥；4、 秸秆的温室沼气化又为秸秆的回收利用解决一大难题，资源达到优化配置，可循环利用。5、 采用日光温室放置沼气发酵罐，利用阳光给罐体加温，解决了秸秆沼气的冬季不发酵不气化问题。三、项目的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析（哲学社会科学类项目填写本研究项目的基本思路和方法、主要观点）一、研究方法1、 在不同天候条件下，进行试验研究，通过测试不同时刻太阳能集热装置产能，来分析太阳能集热装置的供热效率。2、 根据已采集的不同季节不同天候下的温度数据，模拟温度与沼气罐出气量的关系，根据模拟的关系曲线图，平衡太阳能集热装置与沼气罐的关系以达到此联合供热供气装置的结构优化。二、技术路线本项目将创新地采用日光温室放置沼气发酵罐，利用阳光给罐体加温，旨在解决秸秆沼气的冬季不发酵不气化问题。秸秆沼气发酵罐置于日光温室内，真空平板玻璃太阳能集热群置于日光温室前方，贮气装置置于日光温室后方。一般冬天晴天时，中午温室内可达35，高于沼气正常发酵产气温度1015。白天产的沼气可部分储存于沼气储气袋，可用于晚间给温室补温以继续产气，也可用于连续阴雨时给温室补温产气，以解决冬日连续阴雨时的沼气发酵问题。真空平板玻璃太阳能能集热器既可为用户集中供热，以应村民洗澡、洗菜等供热，也可用于为温室补温。沼气燃烧加热装置与太阳能集热群的供水系统和温室补温系统串联，形成连环供热供气系统。沼气出渣装料采用整出整装工艺，即用手动铲车将沼气罐装上运罐车，运出农田。由浆渣泵将沼液和沼渣抽出，再将切碎的秸秆装入罐中再次发酵，巧妙地解决了沼气出渣难的问题。采用在小型铲车上加装偏心震动装置的方法，实施放沼液的整体微震搅拌，解决沼气搅拌装置复杂，投资大而效果差的问题。这样的话，就低成本地解决了秸秆沼气冬季供热的问题，沼气就能否大面积推广利用，人们在最需要沼气供热的季节就能得到它的益惠。本项目的创新之处：本项目将采用日光温室放置沼气发酵罐，利用阳光给罐体加温，解决了秸秆沼气的冬季不发酵不气化问题。本项目先进性如下：1. 采用日光温室放置沼气罐并给沼气罐加温，其构造简单，建造成本低，加温成本几乎为零。2. 采用太阳能集热群实现给村民大规模供热并与沼气补温系统串联既为村民供热，又能储热为沼气罐晚间补温。3. 将真空平板玻璃应用于太阳能集热群能提高太阳能集热效率40%50%。4. 采用小型沼气罐并整罐装车倒运卸料还田和整罐装料返田。该工艺无需秸秆物料的集运、堆放、储存。大大减少了沼气运行成本。5. 采用工程塑料桶作为沼气发酵罐，既便宜又防腐，而且便于整罐装卸倒渣还田。6. 采用在小型铲车上加装偏心震动装置的方法实现沼气发酵罐整体震动搅拌。三、实验方案及可行性分析该装置由日光温室、秸秆沼气发酵罐、真空平板玻璃箱式太阳能集热群沼气贮气装置、沼气燃烧加热循环装置、供气供热管道、铲车、运输车、浆渣泵等组成。秸秆沼气发酵罐置于日光温室内，真空平板玻璃太阳能集热群置于日光温室前方，贮气装置置于日光温室后方。一般冬天晴天时，中午温室内可达35，高于沼气正常发酵产气温度1015。白天产的沼气可部分储存于沼气储气袋，可用于晚间给温室补温以继续产气，也可用于连续阴雨时给温室补温产气，以解决冬日连续阴雨时的沼气发酵问题。真空平板玻璃太阳能能集热器既可为用户集中供热，以应村民洗澡、洗菜等供热，也可用于为温室补温。沼气燃烧加热装置与太阳能集热群的供水系统和温室补温系统串联，形成连环供热供气系统。沼气出渣装料采用整出整装工艺，即用手动铲车将沼气罐装上运罐车，运出农田。由浆渣泵将沼液和沼渣抽出，再将切碎的秸秆装入罐中再次发酵，巧妙地解决了沼气出渣难的问题。采用在小型铲车上加装偏心震动装置的方法，实施放沼液的整体微震搅拌，解决沼气搅拌装置复杂，投资大而效果差的问题。1-循环式热水锅 2-沼气炉 3-贮气袋 4-贮气输送管 5-温室后墙保温层 6-日光温室后柱 7-散热器 8-日光温室 9-沼气罐 10-透明膜 11-沼液 12-供气管路 13-散热器 14太阳能集热群保温层 15-太阳能集热群 16-储水袋17-真空平板玻璃 18-热水输送管路 19-热水输送管 20-供水管路四、项目研究工作的总体安排和进度10.310.4完成大致设计思想，路线。 10.5安装太阳能温室秸秆沼气装置，并调试相关参数。10.610.10 制作太阳能温室秸秆沼气装置，模拟温度与沼气罐出气量的关系，根据模拟的关系曲线图，平衡太阳能集热装置与沼气罐的关系以达到此联合供热供气装置的结构优化并调试相关参数。09.112010.3 在江都小纪镇现场演示。五、研究工作的预期成果及成果提交形式太阳能沼气联合供热供气装置一套，科学研究论文一篇，争创一项专利。六、完成项目研究的条件和保证张瑞宏教授2000年开始从事真空平板玻璃生产工艺及制造方法探索，并于2002年完成了真平板玻璃的实验室制作，于2003年在“玻璃与搪瓷”杂志上发表论文，从此开展了真空平板玻璃从制造到传热、透光、应力及结构优化的一系列研究。于05年完成题为真空平板玻璃传热性能及支撑应力研究的博士论文。06-07年相继在“真空科学与技术”等杂志发表3篇研究论文，并申报专利三项，其中发明专利二项。目前主持的真空玻璃支撑及封边残余应力对玻璃材料耐久性影响机理研究获国家自然科学基金委立项支助。七、项目经费使用计划（单位：元）支出科目金额计算根据及理由前期调研1000差旅，资料以及文献查阅实验材料8000实验装置，实验耗材论文发表1000版面费合 计10000八、项目是否产生知识产权，有无知识产权保护计划 真空平板玻璃太阳能集热群真空干燥装置申请号：200920044023.7九、申请人承诺申请人保证上述内容的真实性。如获资助，保证遵守扬州大学“大学生科技创新基金”管理办法（试行）及补充规定的有关规定。申请人签名：石宽2010年3月17日十、指导教师简介（职称、学历、研究领域、主要成果等）张瑞宏 职称：教授 学历：博士研究领域：农业工程及装备科研成果：一、已鉴定或获奖项目主持国家863课题一项；主要参加国家科技攻关项目三项；主持省科技攻关五项；获国家科技进步三等奖一项；农业部科技进步二等奖一项；获厅级科技进步一等奖；获国家专利20项；发表论文20多篇。（1）主要参加农业部下达的型少（免）耕全自动营养钵移植机项目（排名第三，专利证书排名第二），年通过部级鉴定，填空国家空白，分别转让江苏大丰、山东聊城、陕西西安、黑龙江四省累计创造社会效益、经济效益亿多元，年获农业部科技进步二等奖，年获国家科技进步三等奖。（2）主持省机械厅下达的F螺旋簧式离合器项目，年通过省机械厅科技成果鉴定和投产鉴定，达到国内同类产品先进水平。由邗江县扬子江机械厂成批生产，至今创造效益多万元，为企业带来较大经济效益。（3）主持型秸秆粉碎正反转旋耕灭茬机，0年通过省农机局科技成果和投产鉴定，填补国家空白，解决目前举国瞩目的秸秆焚烧问题，由常柴集团、扬州中华电力机具有限公司成批生产，新华日报(2000年11月27日)、江苏电视台、常州电视台、扬州日报(2000年11月13日)专题新闻报导。（4）主持2Z-455手扶机动插秧机项目。该项目总投资1000多万元，由南通柴油机股份有限公司试制并生产，品牌定为“富来威”牌，现完成样机制造和田间试验工作，深受各界人士好评，2002.12月份通过省级鉴定，达国内先进水平，获农业部推广许可证。(5)主要参加“十五”国家科技攻关计划“农业机械化关键技术研究开发”、双季稻地区水稻联合收割机研制课题，项目编号2001BA504B，2001年2003年完成。在该课题中主持作为项目第二完成单位扬州大学所承担的所有任务。03年12月通过科技部鉴定，达国际先进水平。(6)主持江苏省“十五”科技攻关项目“中拖配套旋耕复合作业型水田平整机”课题，2001年2003年，项目编号BE2001415。03年11月通过江苏省科技厅鉴定，达国内领先水平。2006年由灌云县黄海机械有限公司与江都市兴飞机械有限公司实施产业化，2006年10月通过生产鉴定获江苏省农业机械推广许可证。(7)主要参加江苏省水利厅科技重点推广项目“钢丝绳清洗机”，项目编号为2002083。该项目已于2003年11月通过江苏省科技厅科技成果鉴定,鉴定号为”苏科鉴字2003第679号”。 该科题的研究成果处于国内首创，达到国内领先水平，2004年获江苏省水利厅科技进步一等奖。（8）主持江苏省科技攻关项目“秸秆条切条耕条播深施肥复合作业机研制及中试”.20042006年，项目编号BE2004336（9）主持江苏省农机三项工程项目“旋耕复合作业型水田平整机及其水耕秸秆全量还田技术开发”，20052007年，项目编号 NJ2005-31二、在研项目主持国家自然科学基金项目“真空玻璃支撑及封边残余应力对玻璃材料耐久性影响机理研究”， 2007-2010，项目编号50772095主持横向校级项目“真空平板玻璃中试及产业化开发”，该项目与扬州市丰源真空玻璃有限公司合作，目前已完成中试, 2007-2008。主要参加国家级项目一项；（1）主要参加国家科技部粮食丰产科技工程“江苏单季稻丰产高效技术集成研究及示范”，20042006，项目编号 2004BA520A03(2) 主要参加江苏省科技成果示范项目“新型秸秆还田机械及配套栽培技术示范”（排名第二），20062007年，项目编号 BC2006348三、撰写论文第一作者十二篇，其中一级学报二篇，核心期刊八篇，1.张瑞宏、管荣根、孔德军等；预混式气力喷雾系统气液混合二相流流场研究混 农业机械学报2004.62.张瑞宏、马承伟、缪宏等；真空平板玻璃传热分析及实验研究 农业机械学报（已录用证明附后）3.张瑞宏、戴国筠、顾玲、朱顺华、周晓军、季伟；中拖配套复合作业型水田平整机设计与分析；江苏大学报；2004.第25卷.第6期4.张瑞宏、季伟、戴国筠等；预混式气力喷雾系统工作参数对雾化效果影响研究 南通工学院学报；2004.45.张瑞宏、刘荣先、戴国筠等；预混式气力喷雾系统研究 江苏大学报；2003.第24卷.第3期6.张瑞宏等；水稻喷雾杀虫作业问题分析及解决途经 中国农机化；2004.67.张瑞宏、管荣根；注重创新能力培养，改革农机化专业传统教学模式 扬州大学学报2004.第7卷.38.张瑞宏、戴国筠、周晓军；预混式气力喷雾系统喷头试验及结构优化 扬州大学学报，2004.49.张瑞宏、马承伟、孔得军等 “新型真空玻璃”项目中试方案的研究 玻璃与搪瓷，2003.610.张瑞宏、马承伟、张俊芳；真空玻璃技术在温室工程中的应用分析 农机化研2005.211.张瑞宏等；外充气式压缩喷雾器试验研究 江苏理工大学学报 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