線聚焦型太陽(yáng)能二氧化碳發(fā)生器性能研究

郭 梟 張遠(yuǎn)巍 馮志誠(chéng) 王 飛 田 瑞

(1.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院， 呼和浩特 010051； 2.內(nèi)蒙古可再生能源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 呼和浩特 010051)

0 引言

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，主要以增施水肥、化肥及有機(jī)肥的方式提高土壤養(yǎng)分，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)的目的。CO2作為植物進(jìn)行光合作用的關(guān)鍵原料，在農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程中必不可少，特別對(duì)溫室大棚內(nèi)農(nóng)作物的生長(zhǎng)具有重要的促進(jìn)作用[1-4]。由于溫室大棚內(nèi)的CO2含量有限，均不足以達(dá)到增產(chǎn)目的，所以在農(nóng)作物進(jìn)行光合作用期間，借助二氧化碳發(fā)生器對(duì)其提供適量CO2，可在很大程度上提高作物產(chǎn)量。

國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者及機(jī)構(gòu)在二氧化碳發(fā)生器的應(yīng)用、工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)行性能及施肥規(guī)律等方面，做了諸多設(shè)計(jì)與研究[5-10]。但目前還未見(jiàn)將線聚焦集熱原理應(yīng)用于制造CO2氣肥的報(bào)道。20世紀(jì)20年代，歐美、日本等國(guó)已開(kāi)始推廣并應(yīng)用二氧化碳發(fā)生器，對(duì)溫室大棚中的農(nóng)作物增施CO2氣肥，其中荷蘭、日本發(fā)展速度較快。20世紀(jì)末，韓國(guó)已廣泛采用了LPG燃燒式二氧化碳發(fā)生器，CO2濃度控制由傳感器或時(shí)間實(shí)現(xiàn)。

太陽(yáng)能具有儲(chǔ)量巨大、清潔無(wú)污染等諸多優(yōu)點(diǎn)，主要有光熱和光電2種利用形式[11-14]。線聚焦集熱是太陽(yáng)能熱利用的主要形式之一，可在不同應(yīng)用場(chǎng)合提供不同的溫度區(qū)段，具有很大的應(yīng)用空間[15-18]。太陽(yáng)能熱利用效率受諸多因素影響，如環(huán)境溫度、環(huán)境風(fēng)速、積灰、太陽(yáng)能資源、系統(tǒng)運(yùn)行方式等[19-23]。太陽(yáng)能聚光集熱系統(tǒng)有跟蹤及非跟蹤2種運(yùn)行方式[23-27]，跟蹤運(yùn)行可極大提高系統(tǒng)集熱效率，而跟蹤精度是衡量跟蹤器性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一，高精度跟蹤對(duì)提高系統(tǒng)有效性具有重要意義[27-28]。當(dāng)前已存在多種形式的二氧化碳發(fā)生器，但均以消耗電能為代價(jià)進(jìn)行產(chǎn)氣，產(chǎn)氣過(guò)程復(fù)雜且能耗大。而利用太陽(yáng)能來(lái)生產(chǎn)CO2，是一種既節(jié)能又環(huán)保的產(chǎn)氣途徑。在一定溫度范圍內(nèi)，太陽(yáng)能二氧化碳發(fā)生器產(chǎn)氣量隨太陽(yáng)輻照度呈正相關(guān)變化，故產(chǎn)氣時(shí)段與光合作用時(shí)段具有較好的匹配性，可在很大程度上減小系統(tǒng)儲(chǔ)氣裝置的容積，故具有很大的開(kāi)發(fā)應(yīng)用潛力。

本研究擬利用線聚焦集熱原理生產(chǎn)CO2氣肥，基于自主研制的線聚焦型太陽(yáng)能二氧化碳發(fā)生器，對(duì)系統(tǒng)集熱性能及產(chǎn)氣能力進(jìn)行測(cè)試。基于系統(tǒng)產(chǎn)氣能力測(cè)試結(jié)果，提出線聚焦型太陽(yáng)能二氧化碳發(fā)生器具體結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算方法。

1 理論計(jì)算與測(cè)試系統(tǒng)

1.1 理論計(jì)算

(1)產(chǎn)氣性能

假設(shè)向二氧化碳發(fā)生器內(nèi)投入1 g NH4HCO3。NH4HCO3受熱完全分解后，理論產(chǎn)CO2的比質(zhì)量為mL。理論產(chǎn)氣量計(jì)算式為

(1)

通過(guò)化學(xué)反應(yīng)式可知理論產(chǎn)CO2的比質(zhì)量：mL=44/79=0.557 g。

理論產(chǎn)CO2的比體積計(jì)算式為

(2)

式中vL——理論產(chǎn)CO2的比體積，mL/g

M——?dú)怏w摩爾質(zhì)量，kg/mol

Vm——?dú)怏w摩爾體積，其值為22.4 L/mol

計(jì)算得vL=283.56 mL/g。

實(shí)際產(chǎn)CO2的比體積計(jì)算式為

(3)

式中vs——實(shí)際產(chǎn)CO2的比體積，mL/g

Vs——實(shí)際產(chǎn)氣量，mL

ms——NH4HCO3的實(shí)際消耗量，g

由于測(cè)試過(guò)程中以排水法測(cè)量排氣量，故計(jì)算時(shí)實(shí)際產(chǎn)氣量即為排水量。

氣損率為產(chǎn)氣損失量占理論產(chǎn)氣量的百分比。氣損率一方面反映了系統(tǒng)對(duì)反應(yīng)原料的有效利用程度，另一方面可提高系統(tǒng)中NH4HCO3投入量的估算精度。氣損率計(jì)算式為

(4)

式中δ——?dú)鈸p率，%

產(chǎn)氣能力為產(chǎn)氣原料吸收單位太陽(yáng)輻射量時(shí)的產(chǎn)氣量。產(chǎn)氣能力反映了系統(tǒng)的整體生產(chǎn)能力，基于產(chǎn)氣能力可設(shè)計(jì)出適合不同規(guī)格溫室大棚的線聚焦型太陽(yáng)能二氧化碳發(fā)生器。產(chǎn)氣能力計(jì)算式為

(5)

式中σ——產(chǎn)氣能力，mL/MJ

E——測(cè)試時(shí)段采光口接收的太陽(yáng)總輻照量，MJ

η——集熱器平均集熱效率，%

(2)集熱效率

經(jīng)過(guò)聚光器采光口的總能量是影響系統(tǒng)產(chǎn)氣量的關(guān)鍵因素之一，總能量E計(jì)算式為

E=A∑I

(6)

式中I——太陽(yáng)輻照度，W/m2

A——采光口面積，m2

平均集熱效率反映了系統(tǒng)對(duì)太陽(yáng)能的利用率，不同的應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)集熱效率的需求各不相同，故應(yīng)基于實(shí)際情況，對(duì)集熱器結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)化設(shè)計(jì)。線聚焦集熱器的平均集熱效率計(jì)算式為

(7)

式中cp——水的定壓比熱容，其值為4 200 J/(kg·K)

T2——測(cè)試結(jié)束時(shí)刻反應(yīng)器腔體內(nèi)部水溫，℃

T1——測(cè)試開(kāi)始時(shí)刻反應(yīng)器腔體內(nèi)部水溫，℃

Δt——測(cè)試時(shí)長(zhǎng)，s

1.2 線聚焦型太陽(yáng)能二氧化碳發(fā)生器

該裝置以聚光形式提高反應(yīng)器外壁面的能流密度，利用反應(yīng)器所聚集的能量分解產(chǎn)氣原料。測(cè)試用產(chǎn)氣原料為NH4HCO3，由天津市北聯(lián)精細(xì)化學(xué)品開(kāi)發(fā)有限公司生產(chǎn)，為無(wú)色柱狀結(jié)晶或白色堅(jiān)硬塊狀物，可溶于水，化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，36℃以上分解為二氧化碳、氨和水，熱至60℃時(shí)可完全分解。

如圖1所示，線聚焦型二氧化碳發(fā)生器由聚光器、反應(yīng)器、超白減反玻璃、氣體緩沖腔4部分組成。聚光器由拋物線型反射鏡面、支撐體構(gòu)成，為一體化結(jié)構(gòu)，反射鏡面材料為10 K鏡面不銹鋼，反射率為0.7。當(dāng)拋物線對(duì)稱軸為y軸、頂點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí)，聚光器母線方程為y2=96x，理論焦距為47 mm。聚光鏡開(kāi)口寬300 mm，長(zhǎng)500 mm，采光口面積為0.150 m2，幾何聚光比為4.8，低聚光比可獲得適宜的反應(yīng)器內(nèi)部溫度區(qū)間。考慮反應(yīng)器表面光斑均勻性及聚光槽深度，將反應(yīng)器安裝中心設(shè)計(jì)于對(duì)稱軸，且距原點(diǎn)75 mm處，相對(duì)焦點(diǎn)上移28 mm。聚光器為反應(yīng)原料提供分解所需的全部熱量，節(jié)能效果明顯；反應(yīng)器由填料端蓋、吸熱體、濾氣網(wǎng)、濾水網(wǎng)、排污閥、反應(yīng)料均布擋板6部分組成。填料端蓋與吸熱體以螺紋壓緊形式密封，可實(shí)現(xiàn)靈活啟閉，開(kāi)啟時(shí)在填料口處添加產(chǎn)氣原料，同時(shí)填料端蓋中心處開(kāi)有外徑為10 mm的混合氣體一次出口。吸熱體作用為高效吸收高能流密度的太陽(yáng)輻射能，由304不銹鋼管加工而成，不銹鋼管外徑63 mm、壁厚1.2 mm、長(zhǎng)400 mm，其外表面填涂選擇性吸收涂層(酞菁綠)，顏料成分為Fe3CuO5，吸收率為0.91，發(fā)射率為0.15。濾氣網(wǎng)為圓柱形，設(shè)置在反應(yīng)器中心處，一側(cè)距混合氣體一次出口20 mm，另一側(cè)連接反應(yīng)器底部，為可拆卸式螺紋連接，由外徑15 mm、長(zhǎng)380 mm、厚0.8 mm的不銹鋼圓柱形濾網(wǎng)加工而成，濾網(wǎng)篩孔尺寸為0.09 mm，標(biāo)準(zhǔn)目數(shù)為170目，濾氣網(wǎng)作用為截留反應(yīng)原料、使氣料分離，及時(shí)排出一次氣體。濾水網(wǎng)靠近反應(yīng)器底部，距離底部20 mm，為圓環(huán)狀，外圓固定式連接反應(yīng)器內(nèi)壁，內(nèi)圓可拆卸式連接濾氣網(wǎng)，其間采用軟硅膠圈密封，其材料規(guī)格同濾氣網(wǎng)，濾水網(wǎng)作用為截留反應(yīng)原料，使反應(yīng)廢液濾出，即時(shí)從反應(yīng)原料中分離出液態(tài)水，避免反應(yīng)原料結(jié)渣。排污閥設(shè)置于反應(yīng)器底部最低處，用于定時(shí)排除發(fā)生器內(nèi)部液態(tài)水。反應(yīng)料均布擋板設(shè)置在反應(yīng)器下壁面處，型線為圓弧，開(kāi)口寬度30 mm，與反應(yīng)器壁面固定式連接，材料規(guī)格同濾氣網(wǎng)，其作用為均勻分布反應(yīng)器內(nèi)部反應(yīng)原料，防止反應(yīng)原料因重力作用而產(chǎn)生堆積；超白減反玻璃設(shè)置在聚光器開(kāi)口處，長(zhǎng)500 mm，寬300 mm，厚5 mm，與聚光器可拆卸式連接，透射率為0.92，其主要作用為透光、保溫；氣體緩沖腔由2個(gè)不銹鋼圓柱體組成，外圓柱直徑70 mm，內(nèi)圓柱直徑60 mm，圓柱高115 mm。底部和頂部全密封，側(cè)壁下部開(kāi)有內(nèi)徑為10 mm的進(jìn)氣口，連接混合氣體一次出口。側(cè)壁上部開(kāi)有內(nèi)徑為10 mm的混合氣體二次出口，一、二次出氣口相對(duì)布置。中間腔體用于緩沖一次氣體，使可逆反應(yīng)盡可能在反應(yīng)器腔體內(nèi)部進(jìn)行，當(dāng)少量水汽耗盡后，通氣管道內(nèi)將不發(fā)生逆反應(yīng)，進(jìn)而避免管路結(jié)渣，防止堵塞，氣體緩沖腔需定期通水熔渣。

圖1 線聚焦型太陽(yáng)能二氧化碳發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagrams of line focus type solar carbon dioxide generator1.混合氣體二次出口 2.氣體緩沖腔 3.超白減反玻璃 4.吸熱體 5.濾氣網(wǎng) 6.濾水網(wǎng) 7.排污口 8.反應(yīng)料均布擋板 9.反射鏡面 10.填料端蓋 11.混合氣體一次出口 12.反應(yīng)器 13.聚光器

圖2 線聚焦型太陽(yáng)能二氧化碳發(fā)生器性能測(cè)試系統(tǒng)圖Fig.2 Performance test system diagram of line focus type solar carbon dioxide generator1.線聚焦型太陽(yáng)能二氧化碳發(fā)生器 2.排污口 3.太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤平臺(tái) 4.排污閥 5.TP700型數(shù)據(jù)記錄儀 6.單向閥 7.一級(jí)濾氣箱 8、9.補(bǔ)水口 10.二級(jí)濾氣、集氣一體箱 11.量筒 12.太陽(yáng)輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 13.混合氣體一次出口 14.反應(yīng)器腔體內(nèi)部熱電偶位置 15.反應(yīng)器壁面熱電偶位置

1.3 線聚焦型太陽(yáng)能二氧化碳發(fā)生器性能測(cè)試系統(tǒng)

如圖2所示，測(cè)試系統(tǒng)由產(chǎn)氣裝置、濾氣裝置及集氣測(cè)量裝置組成。測(cè)試時(shí)段將線聚焦型太陽(yáng)能二氧化碳發(fā)生器固定在太陽(yáng)雙軸自動(dòng)跟蹤平臺(tái)，可在跟蹤及非跟蹤2種工況下，研究系統(tǒng)集熱性能，并確定最佳運(yùn)行方式。太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤平臺(tái)逐日平面上安裝太陽(yáng)輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可同步監(jiān)測(cè)太陽(yáng)輻照度及相關(guān)氣象參數(shù)的變化趨勢(shì)。反應(yīng)器腔體軸向中部中心及中部下側(cè)外邊壁分別布置2只K型點(diǎn)狀熱電偶，配套TP700型數(shù)據(jù)記錄儀，用于監(jiān)測(cè)反應(yīng)器腔體內(nèi)部及壁面溫度變化趨勢(shì)。為完全濾除混合氣體中的氨氣，該系統(tǒng)設(shè)置2級(jí)過(guò)濾裝置。過(guò)濾裝置由濾氣箱和連接通道組成，經(jīng)由補(bǔ)水口向一級(jí)濾氣箱內(nèi)注水至90%位置，進(jìn)氣口通至液面以下，用于一次濾氣。出氣口在液面以上，將過(guò)濾后較純凈的CO2氣體輸送至二級(jí)濾氣集氣一體箱，二級(jí)濾氣以壓溶形式進(jìn)一步提高CO2純度。集氣測(cè)量裝置由二級(jí)濾氣集氣一體箱、測(cè)試量筒組成，產(chǎn)氣量測(cè)試用排水集氣法，經(jīng)由補(bǔ)水口向二級(jí)濾氣集氣一體箱內(nèi)注滿水，排水口通入液面以下至箱底，進(jìn)氣口設(shè)置于箱口處，由進(jìn)氣口通入較純凈的CO2氣體，氣體將水壓入排水管道后排出至量筒內(nèi)，再經(jīng)量筒直接讀出產(chǎn)氣量。

2 線聚焦型太陽(yáng)能二氧化碳發(fā)生器性能測(cè)試

2.1 試驗(yàn)設(shè)備與測(cè)試儀器

本研究所涉及試驗(yàn)設(shè)備包括1套太陽(yáng)雙軸自動(dòng)跟蹤平臺(tái)(跟蹤精度為0.1°)、1套線聚焦型太陽(yáng)能二氧化碳發(fā)生器(反應(yīng)器吸熱體表面積為0.079 m2)、2個(gè)濾氣箱、1個(gè)量筒(量程為2 000 mL、改裝后讀數(shù)精度為1 mL)、2只K型點(diǎn)狀熱電偶、1臺(tái)電子天平(精度0.01 g)。

本研究所用測(cè)試儀器包括1套太陽(yáng)輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、1臺(tái)TP700型數(shù)據(jù)記錄儀和1只一等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)。整個(gè)太陽(yáng)輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由傳感器支架、內(nèi)置GPS的Solys2型太陽(yáng)跟蹤器、荷蘭KIPPZONEN型太陽(yáng)輻射(直接輻射、散射輻射、總輻射、紫外輻射、長(zhǎng)波輻射)監(jiān)測(cè)儀、各類傳感器(溫度、濕度、風(fēng)速及風(fēng)向傳感器)、美國(guó)SCI數(shù)據(jù)記錄儀組成。Solys2型太陽(yáng)跟蹤器可實(shí)現(xiàn)全天360°全自動(dòng)跟蹤觀測(cè)，跟蹤精度小于0.1°，直接輻射表靈敏度為7～14 μV·m2/W，響應(yīng)時(shí)間小于5 s，傾斜響應(yīng)小于0.2%，零度偏移小于7 W/m2，工作溫度為-40～80℃，非穩(wěn)定性小于0.5%，非線性小于0.2%。SCI數(shù)據(jù)記錄儀以CR3000型數(shù)據(jù)采集器為核心構(gòu)建，工作電壓為10～16 V，內(nèi)部數(shù)據(jù)滾動(dòng)存儲(chǔ)；TP700型數(shù)據(jù)記錄儀用于存儲(chǔ)系統(tǒng)各測(cè)點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)，TP700型數(shù)據(jù)記錄儀配置豐富，可接收多種類型的直流電流、電壓和電阻信號(hào)，測(cè)量、顯示基本誤差為±0.2%；一等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)由北京玻璃研究所生產(chǎn)，測(cè)量范圍為0～150℃，最小分度值為0.1℃。

2.2 測(cè)試方案

(1)在一定溫度范圍內(nèi)標(biāo)定K型點(diǎn)狀熱電偶，使標(biāo)定后各熱電偶的測(cè)量誤差小于0.1℃，由于熱電偶線性特性不夠理想，故在測(cè)試溫度范圍內(nèi)選取較小的標(biāo)定區(qū)間，選取適宜溫度間隔，以保證較多的標(biāo)定點(diǎn)，標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)選取一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)。

(2)在跟蹤及非跟蹤工況下進(jìn)行空曬試驗(yàn)，以分析空曬時(shí)反應(yīng)器各測(cè)溫點(diǎn)溫度隨太陽(yáng)輻照度的變化趨勢(shì)。

圖3 熱電偶標(biāo)定擬合曲線Fig.3 Fitting curves of thermocouple calibration

(4)基于空曬及悶曬試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果確定系統(tǒng)最佳運(yùn)行方式，在最佳運(yùn)行方式下，測(cè)試系統(tǒng)產(chǎn)氣性能，分析產(chǎn)氣量隨累計(jì)太陽(yáng)輻照量的變化規(guī)律，進(jìn)而確定系統(tǒng)產(chǎn)氣能力。

2.3 試驗(yàn)流程

本研究在實(shí)驗(yàn)室太陽(yáng)雙軸自動(dòng)跟蹤平臺(tái)上，進(jìn)行了系統(tǒng)集熱性能與產(chǎn)氣性能試驗(yàn)，試驗(yàn)地區(qū)為內(nèi)蒙古呼和浩特市，試驗(yàn)時(shí)間為2017年4月20日—5月15日，試驗(yàn)時(shí)段室外平均風(fēng)速均小于4 m/s，天氣晴朗。試驗(yàn)流程如下：

(1)采用恒溫水浴在25～100℃范圍內(nèi)標(biāo)定測(cè)試用熱電偶，適宜間隔下取14個(gè)標(biāo)定點(diǎn)。標(biāo)定時(shí)段關(guān)閉測(cè)試室門窗，以減小環(huán)境干擾。

(2)空曬試驗(yàn)。測(cè)試前，將TP700型多路數(shù)據(jù)記錄儀與太陽(yáng)輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的時(shí)鐘調(diào)整一致，密封反應(yīng)器進(jìn)出口，并做保溫，分別在跟蹤與非跟蹤工況下進(jìn)行空曬性能測(cè)試。測(cè)試于發(fā)生器無(wú)任何陰影遮擋時(shí)開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)，TP700型多路數(shù)據(jù)采集儀每分鐘記錄2次數(shù)據(jù)，太陽(yáng)輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)每分鐘記錄1次數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分析過(guò)程各監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)取30 min平均值。跟蹤工況時(shí)，太陽(yáng)始終直射采光口。非跟蹤工況時(shí)，將太陽(yáng)雙軸自動(dòng)跟蹤平臺(tái)手動(dòng)調(diào)至正南且傾斜45°。重復(fù)測(cè)量3次，取平均值。

(3)悶曬試驗(yàn)。測(cè)試流程同空曬試驗(yàn)。在反應(yīng)器腔體內(nèi)注滿水，注水總質(zhì)量1.20 kg，隨后密封反應(yīng)器進(jìn)出口，分別于跟蹤與非跟蹤工況下進(jìn)行測(cè)試。

(4)產(chǎn)氣試驗(yàn)。連接過(guò)濾裝置和集氣測(cè)量裝置，采用打壓泵以打壓形式檢測(cè)系統(tǒng)密封性，打壓泵壓力表顯示0.40 MPa后可穩(wěn)定30 min，即認(rèn)為管路密封及承壓性良好。隨后，將產(chǎn)氣原料填入反應(yīng)器腔體并稱質(zhì)量，在最佳運(yùn)行工況下，間隔30 min記錄量筒讀數(shù)，水容積即為產(chǎn)氣量。測(cè)試結(jié)束后，再利用電子天平稱量反應(yīng)器質(zhì)量，計(jì)算反應(yīng)前后質(zhì)量差，即為產(chǎn)氣原料消耗量。同時(shí)在反應(yīng)器外壁安裝K型點(diǎn)狀熱電偶，監(jiān)測(cè)腔體溫度。重復(fù)測(cè)量3次，取平均值。

3 結(jié)果與分析

3.1 熱電偶標(biāo)定結(jié)果

圖3為熱電偶顯示溫度與實(shí)際溫度的關(guān)系曲線，通過(guò)曲線擬合可得，1號(hào)熱電偶標(biāo)定擬合曲線方程為y=0.938 3x+3.115，R2=0.999。2號(hào)熱電偶標(biāo)定擬合曲線方程為y=0.939 7x+3.096，R2=0.999，2只熱電偶擬合曲線決定系數(shù)均大于0.998，故擬合函數(shù)精度較高。

2）表情型文本：主要用于表達(dá)情感與態(tài)度，側(cè)重表現(xiàn)原文的美學(xué)形式。語(yǔ)言具有美學(xué)的特點(diǎn)。3）感染型文本：旨在感染或者說(shuō)服讀者并使其采取行動(dòng)。4）視聽(tīng)型文本：如電影或視聽(tīng)廣告等，以圖像、音樂(lè)等對(duì)上述三種功能進(jìn)行補(bǔ)充。

3.2 系統(tǒng)集熱性能分析

3.2.1空曬試驗(yàn)

跟蹤測(cè)試時(shí)段，平均風(fēng)速2.17 m/s。非跟蹤測(cè)試時(shí)段，平均風(fēng)速2.38 m/s。滿足空曬性能測(cè)試要求(風(fēng)速小于4 m/s)。

(1)跟蹤工況

測(cè)試時(shí)間為4月25日，由圖4可知，反應(yīng)器外壁溫度始終略低于其內(nèi)腔溫度，各測(cè)溫點(diǎn)溫度波動(dòng)范圍小，由于空氣比熱容很小，故跟蹤空曬時(shí)，各測(cè)溫點(diǎn)溫度對(duì)太陽(yáng)輻射很敏感。測(cè)試開(kāi)始時(shí)刻，溫度瞬時(shí)提升幅度很大，各測(cè)溫點(diǎn)溫度快速提升至96℃，故系統(tǒng)具有較高的能量接收速率。但隨太陽(yáng)直接輻照度變化而產(chǎn)生的溫度波動(dòng)較小，故系統(tǒng)具有較好的溫度保持能力。當(dāng)太陽(yáng)直接輻照度高于865 W/m2時(shí)，反應(yīng)器腔體內(nèi)溫度在102～107℃范圍內(nèi)波動(dòng)變化，波動(dòng)幅度為5%；反應(yīng)器外壁溫度在96～99.5℃范圍內(nèi)波動(dòng)變化，波動(dòng)幅度為3.60%；當(dāng)太陽(yáng)直接輻照度從865 W/m2直線降低為738 W/m2時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)腔溫度從102℃降低至91℃，降幅為10.78%，反應(yīng)器外壁溫度從96℃降低至86℃，降幅為10.42%；空曬最高溫度為107℃。測(cè)試期間，環(huán)境溫度在10.5～17℃間波動(dòng)變化，與反應(yīng)器內(nèi)腔各測(cè)點(diǎn)溫度變化趨勢(shì)相反，故環(huán)境溫度對(duì)其影響較小。受裝置保溫措施影響，反應(yīng)器外壁溫度對(duì)環(huán)境溫度變化較敏感。

圖4 跟蹤工況下各測(cè)溫點(diǎn)空曬溫度隨太陽(yáng)直接輻照度的變化趨勢(shì)Fig.4 Changing trend of measurement point of water stagnation temperature with irradiance under tracking condition

(2)非跟蹤工況

測(cè)試時(shí)間為4月28日，09:45—12:45為太陽(yáng)總輻照度遞增時(shí)段，12:45—16:45為太陽(yáng)總輻照度遞減時(shí)段。由圖5可知：反應(yīng)器外壁溫度始終略低于其內(nèi)腔溫度，14:15—15:45時(shí)段，太陽(yáng)總輻照度變化速率最大，反應(yīng)器外壁和內(nèi)腔間溫差最小，測(cè)試時(shí)段，溫差于1.9～9.1℃區(qū)間變化；在太陽(yáng)總輻照度遞增和遞減時(shí)段，反應(yīng)器內(nèi)腔及外壁溫度均隨太陽(yáng)總輻照度呈正相關(guān)變化，但遞減速率明顯小于遞增速率。測(cè)試開(kāi)始時(shí)刻，各測(cè)溫點(diǎn)溫度瞬時(shí)提升幅度遠(yuǎn)小于跟蹤工況，將各測(cè)溫點(diǎn)溫度快速提升至41℃，故系統(tǒng)能量接收速率遠(yuǎn)小于跟蹤工況。隨太陽(yáng)總輻照度變化而產(chǎn)生的溫度波動(dòng)遠(yuǎn)大于跟蹤工況，故系統(tǒng)溫度保持能力相對(duì)較差；當(dāng)太陽(yáng)總輻照度為932 W/m2時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)腔空曬溫度為92℃，達(dá)到最高；遞增時(shí)段，太陽(yáng)總輻照度由671 W/m2升高至932 W/m2，反應(yīng)器內(nèi)腔溫度從49℃升高至92℃，增幅為87.76%。反應(yīng)器外壁溫度從41℃升高至87℃，增幅為112.20%。遞減時(shí)段，太陽(yáng)總輻照度由932 W/m2迅速降低至441 W/m2，反應(yīng)器內(nèi)腔溫度從92℃降低至45℃，降幅為51.09%。反應(yīng)器外壁溫度從86℃降低至41℃，降幅為52.33%；環(huán)境溫度在15.3～24.2℃間波動(dòng)變化，總體而言，環(huán)境溫度與反應(yīng)器各測(cè)溫點(diǎn)溫度變化趨勢(shì)相反，故環(huán)境溫度對(duì)反應(yīng)器空曬溫度影響較小。

圖5 非跟蹤工況下各測(cè)溫點(diǎn)空曬溫度隨太陽(yáng)總輻照度的變化趨勢(shì)Fig.5 Changing trend of measurement point of water stagnation temperature with irradiance under non-tracking condition

綜上所述，跟蹤較非跟蹤工況，反應(yīng)器內(nèi)腔空曬最高溫度提高16.30%；能量接收速率和溫度保持能力均遠(yuǎn)大于非跟蹤工況；環(huán)境溫度對(duì)反應(yīng)器空曬性能影響較小。

3.2.2悶曬試驗(yàn)

跟蹤測(cè)試時(shí)段，平均風(fēng)速2.63 m/s。非跟蹤測(cè)試時(shí)段，平均風(fēng)速2.47 m/s。滿足悶曬性能測(cè)試要求(風(fēng)速小于4 m/s)。

(1)跟蹤工況

測(cè)試時(shí)間為4月26日，圖6為線聚焦型太陽(yáng)能二氧化碳發(fā)生器跟蹤工況下，悶曬試驗(yàn)中反應(yīng)器各測(cè)溫點(diǎn)溫度隨太陽(yáng)直接輻照度的變化趨勢(shì)。9:50—11:50為太陽(yáng)直接輻照度遞增時(shí)段，11:50—17:20為太陽(yáng)直接輻照度遞減時(shí)段。由圖6可知測(cè)試時(shí)段太陽(yáng)直接輻照度先增后降，除11:50—13:50時(shí)段外，反應(yīng)器各測(cè)溫點(diǎn)溫度與太陽(yáng)直接輻照度的變化趨勢(shì)基本一致，均呈正相關(guān)趨勢(shì)變化。因水的比熱容遠(yuǎn)大于空氣，故水的蓄熱能力遠(yuǎn)大于空氣，且反應(yīng)器壁面存在一定熱阻，太陽(yáng)直接輻照度變化幅度相對(duì)較小，故各測(cè)溫點(diǎn)溫度隨太陽(yáng)直接輻照度的變化在時(shí)間上存在延遲現(xiàn)象。11:50—13:50時(shí)段，各測(cè)溫點(diǎn)溫度隨太陽(yáng)直接輻照度呈負(fù)相關(guān)變化，將圖中各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的連線命名為溫度延遲變化線，其所對(duì)應(yīng)時(shí)長(zhǎng)可表征系統(tǒng)對(duì)太陽(yáng)直接輻照度變化的響應(yīng)敏感度，由圖6可知，最高水溫變化滯后最大直接輻照度2 h。9:50—13:50為各測(cè)溫點(diǎn)溫度遞增時(shí)段，將圖中各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的連線命名為系統(tǒng)能量接收線，其斜率可表征系統(tǒng)接收太陽(yáng)輻射能的速率。13:50—17:20為各測(cè)溫點(diǎn)溫度遞減時(shí)段，將圖中各對(duì)應(yīng)點(diǎn)連線命名為系統(tǒng)溫度保持線，其斜率可表征系統(tǒng)維持腔體內(nèi)溫度的能力。各測(cè)溫點(diǎn)溫度遞增時(shí)段，11:50時(shí)太陽(yáng)直接輻照度達(dá)到最大值898 W/m2，反應(yīng)器內(nèi)腔水溫從13℃快速升高至94℃。反應(yīng)器外壁溫度從12.5℃快速升高至92.5℃。最大溫差為1.5℃。13:50時(shí)內(nèi)腔水溫與壁面溫度分別達(dá)到最大值94.0、92.5℃，對(duì)應(yīng)太陽(yáng)直接輻照度為875 W/m2；各測(cè)溫點(diǎn)溫度遞減時(shí)段，太陽(yáng)直接輻照度從875 W/m2迅速降低至673 W/m2，當(dāng)太陽(yáng)直接輻照度低于875 W/m2時(shí)，已不能使內(nèi)腔溫度繼續(xù)升高，系統(tǒng)吸熱量小于熱損值，此時(shí)外壁與內(nèi)腔溫差由負(fù)值變?yōu)檎担磻?yīng)器內(nèi)腔溫度從94℃緩慢降低至71℃，降低24.47%。反應(yīng)器外壁溫度從92℃緩慢降低至69℃，降低25.00%；測(cè)試時(shí)段，環(huán)境溫度在12～18℃之間波動(dòng)變化，總體而言，環(huán)境溫度與反應(yīng)器各測(cè)溫點(diǎn)溫度變化趨勢(shì)相反，故環(huán)境溫度對(duì)反應(yīng)器內(nèi)悶曬溫度影響較小。

圖6 跟蹤工況下各測(cè)溫點(diǎn)悶曬溫度隨太陽(yáng)直接輻照度的變化趨勢(shì)Fig.6 Changing trend of measurement point of air stagnation temperature with irradiance under tracking condition

由表1可知，不同溫度區(qū)段內(nèi)，系統(tǒng)集熱效率隨反應(yīng)器內(nèi)腔水溫呈負(fù)相關(guān)變化，當(dāng)初始水溫與平均太陽(yáng)直接輻照度分別為26.1℃、872 W/m2時(shí)，系統(tǒng)集熱效率可達(dá)38.90%，當(dāng)初始水溫與平均太陽(yáng)直接輻照度分別為94.1℃、875 W/m2時(shí)，系統(tǒng)集熱效率僅為6.10%，當(dāng)蓄熱工質(zhì)溫度由26.1℃升高為94.1℃時(shí)，系統(tǒng)集熱效率下降84.31%。

系統(tǒng)能量接收線與系統(tǒng)溫度保持線夾角為熱性能角，延遲線長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)時(shí)長(zhǎng)為溫度響應(yīng)敏感度。以下將綜合采用熱性能角、溫度響應(yīng)敏感度、集熱效率來(lái)確定系統(tǒng)的最佳運(yùn)行方式。

(2)非跟蹤工況

測(cè)試時(shí)間為4月27日，圖7為線聚焦型太陽(yáng)能二氧化碳發(fā)生器非跟蹤工況下，悶曬試驗(yàn)中系統(tǒng)各測(cè)溫點(diǎn)溫度隨太陽(yáng)總輻照度的變化趨勢(shì)，9:10—13:10為太陽(yáng)總輻照度遞增時(shí)段，13:10—17:10為太陽(yáng)總輻照度遞減時(shí)段。由圖7可知測(cè)試時(shí)段，采光口平面處太陽(yáng)總輻照度先增后降，除溫度延遲時(shí)段外，發(fā)生器各測(cè)溫點(diǎn)溫度與太陽(yáng)總輻照度的變化趨勢(shì)基本一致，13:10—14:10為溫度延遲時(shí)段，最高水溫滯后最大太陽(yáng)總輻照度1 h，13:10時(shí)太陽(yáng)總輻照度達(dá)到最大值953 W/m2。各測(cè)溫點(diǎn)溫度遞增時(shí)段，反應(yīng)器內(nèi)腔水溫從23.7℃快速升高至83.6℃，升高255.70%。反應(yīng)器外壁溫度從24.1℃快速升高至79.7℃，升高230.70%。最大溫差為3.9℃。14:10時(shí)，內(nèi)腔水溫與壁面溫度分別達(dá)到最高值83.6、79.7℃，對(duì)應(yīng)太陽(yáng)總輻照度為901 W/m2，滯后最高太陽(yáng)總輻照度1 h；各測(cè)溫點(diǎn)溫度遞減時(shí)段，太陽(yáng)總輻照度從901 W/m2迅速降低至426 W/m2，當(dāng)太陽(yáng)總輻照度低于901 W/m2時(shí)，外壁與內(nèi)腔溫差由負(fù)值變?yōu)檎担磻?yīng)器內(nèi)腔溫度從83.6℃緩慢降低至62.4℃，降低25.36%。反應(yīng)器外壁溫度從79.7℃緩慢降低至55.1℃，降低30.87%。測(cè)試時(shí)段，環(huán)境溫度在12～21℃之間波動(dòng)變化，總體而言，環(huán)境溫度與反應(yīng)器各測(cè)溫點(diǎn)溫度變化趨勢(shì)相反，故環(huán)境溫度對(duì)反應(yīng)器悶曬溫度影響較小。

表1 跟蹤工況下系統(tǒng)集熱效率Tab.1 Heat-collecting efficiency of system under tracking condition

圖7 非跟蹤工況下各測(cè)溫點(diǎn)悶曬溫度隨太陽(yáng)總輻照度的變化趨勢(shì)Fig.7 Changing trend of measurement point of air stagnation temperature with irradiance under non-tracking condition

綜上所述，跟蹤較非跟蹤工況，反應(yīng)器內(nèi)腔悶曬最高溫度提高12.44%；綜合圖6、7可知，跟蹤工況下，系統(tǒng)熱性能角較非跟蹤工況小，溫度響應(yīng)敏感度較非跟蹤工況大。

由表2可知系統(tǒng)集熱效率隨反應(yīng)器內(nèi)腔水溫呈負(fù)相關(guān)變化，當(dāng)初始水溫與太陽(yáng)總輻照度分別為28.0℃、721 W/m2時(shí)，系統(tǒng)集熱效率為20.00%，當(dāng)初始水溫與太陽(yáng)總輻照度分別為82.2℃、901 W/m2時(shí)，系統(tǒng)集熱效率僅為2.8%，當(dāng)初始水溫由28.0℃升高為82.2℃時(shí)，系統(tǒng)集熱效率下降86.0%。

表2 非跟蹤工況下系統(tǒng)集熱效率Tab.2 Heat-collecting efficiency of system under non-tracking condition

綜上，跟蹤較非跟蹤工況，系統(tǒng)最高集熱效率提高94.50%。

3.2.3結(jié)果分析

太陽(yáng)輻照度對(duì)各測(cè)溫點(diǎn)溫度有決定性影響，受反應(yīng)器吸熱體壁厚熱阻、蓄熱工質(zhì)蓄熱能力及系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，系統(tǒng)各測(cè)溫點(diǎn)溫度、溫度跟蹤特性、傳熱過(guò)程、集熱效率的變化均存在一定特點(diǎn)。吸熱體熱阻是反應(yīng)器外壁和內(nèi)腔存在溫差的決定因素；測(cè)溫點(diǎn)溫度變化對(duì)太陽(yáng)輻照度的跟蹤存在延遲現(xiàn)象，延遲時(shí)長(zhǎng)由蓄熱工質(zhì)的蓄熱能力、吸熱體熱阻、系統(tǒng)運(yùn)行方式?jīng)Q定，系統(tǒng)以水為悶曬工質(zhì)，壁厚一定，跟蹤運(yùn)行時(shí)，響應(yīng)敏感度較非跟蹤工況大；系統(tǒng)能量接收線及溫度保持線斜率，主要受工質(zhì)蓄熱能力和系統(tǒng)運(yùn)行方式影響，跟蹤方式使得太陽(yáng)光線始終直射采光口，系統(tǒng)對(duì)能量的接收能力相對(duì)較大，系統(tǒng)能量接收線斜率較非跟蹤工況大，故溫度上升速度相對(duì)較快。而系統(tǒng)溫度保持線斜率較非跟蹤工況小，故系統(tǒng)的能量保持能力強(qiáng)。所以系統(tǒng)以水為悶曬工質(zhì)，跟蹤運(yùn)行時(shí)，熱性能角較非跟蹤工況大；系統(tǒng)集熱效率主要受反應(yīng)器內(nèi)儲(chǔ)熱工質(zhì)初始溫度及運(yùn)行方式的影響，一定溫度范圍內(nèi)，跟蹤方式更利于提升系統(tǒng)集熱效率。當(dāng)反應(yīng)器腔體內(nèi)蓄熱工質(zhì)為空氣時(shí)，其比熱容很小，單位質(zhì)量空氣的溫度升高1.0℃僅需很少的熱量，故其外壁溫度始終略低于內(nèi)腔溫度。當(dāng)反應(yīng)器腔體內(nèi)蓄熱工質(zhì)為水時(shí)，其比熱較大，單位質(zhì)量的水溫度升高1.0℃需較多熱量，隨測(cè)試時(shí)間延長(zhǎng)，反應(yīng)器內(nèi)腔儲(chǔ)熱工質(zhì)的儲(chǔ)熱量逐漸增大，對(duì)太陽(yáng)輻照度的跟蹤出現(xiàn)延遲，使得腔體內(nèi)溫度緩慢升高。隨內(nèi)腔溫度的升高，溫升速度將逐漸降低，部分熱量被耗散，使得外壁與內(nèi)腔溫差不斷減小，當(dāng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，內(nèi)腔和外壁溫度達(dá)到相等。當(dāng)太陽(yáng)輻照度降低時(shí)，內(nèi)腔中的高比熱容儲(chǔ)熱工質(zhì)向外壁的傳熱量將大于其所接收的熱量，將導(dǎo)致外壁溫度高于內(nèi)腔溫度，故隨著腔體內(nèi)工質(zhì)蓄熱能力的增大，腔體內(nèi)部日最高溫度會(huì)大幅降低。原料NH4HCO3分解過(guò)程會(huì)吸收大量熱量，較高集熱效率可將內(nèi)腔溫度維持在適宜范圍。系統(tǒng)溫度對(duì)太陽(yáng)輻照度的跟蹤特性，可保證系統(tǒng)產(chǎn)氣量有效追蹤植物光合作用過(guò)程。

綜上，跟蹤工況下，系統(tǒng)熱性能角較固定式大，熱量接收速率大、熱損失率小。系統(tǒng)響應(yīng)敏感度較固定式小，可促進(jìn)系統(tǒng)產(chǎn)氣速率趨于平穩(wěn)。同等天氣條件下，集熱效率較固定式大。故綜合考慮系統(tǒng)全生命周期經(jīng)濟(jì)性及運(yùn)行性能，跟蹤方式更利于系統(tǒng)高效運(yùn)行。

3.3 產(chǎn)氣性能分析

產(chǎn)氣性能測(cè)試過(guò)程運(yùn)行方式選為跟蹤式，產(chǎn)氣時(shí)段內(nèi)腔溫度在45～60℃范圍內(nèi)變化。根據(jù)表1，系統(tǒng)集熱效率取為31.80%。測(cè)試時(shí)段，環(huán)境平均風(fēng)速為3.13 m/s。

由圖8可知，產(chǎn)氣量對(duì)太陽(yáng)直接輻照量具有較好的跟隨性。測(cè)試前反應(yīng)器及NH4HCO3的總質(zhì)量為1 744.2 g，測(cè)試結(jié)束后反應(yīng)器及NH4HCO3的總質(zhì)量為1 559.6 g，NH4HCO3的實(shí)際消耗量為184.6 g，測(cè)試時(shí)段實(shí)際總產(chǎn)氣量為51 290 mL，由式(3)計(jì)算可得，實(shí)際產(chǎn)CO2的比體積為277.84 mL/g，實(shí)際值較理論值低5.72 mL/g。由式(4)計(jì)算可知，整個(gè)產(chǎn)氣過(guò)程的氣損率為4.50%。造成氣損的主要原因?yàn)椋簻y(cè)試當(dāng)天太陽(yáng)直接輻照度具有較大波動(dòng)，在太陽(yáng)直接輻照度降低時(shí)段，采光口在單位時(shí)長(zhǎng)內(nèi)所接收的總太陽(yáng)直接輻照量減少，同時(shí)存在熱損失，使得單位時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，聚光能量經(jīng)壁面熱傳導(dǎo)后，到達(dá)反應(yīng)器腔體內(nèi)的總量減少。故NH4HCO3的分解速度減慢，單位時(shí)長(zhǎng)內(nèi)的產(chǎn)氣量明顯減少，反應(yīng)器內(nèi)部壓力也隨之降低，一次氣體出口處混合氣體流速減慢，混合氣體在緩沖腔中的流通時(shí)間增長(zhǎng)，而緩沖腔體中溫度明顯低于反應(yīng)器內(nèi)腔溫度，故混合氣體將在緩沖腔體中發(fā)生輕微逆反應(yīng)，在緩沖腔內(nèi)壁產(chǎn)生逆反應(yīng)物，最終導(dǎo)致產(chǎn)氣量偏低。氣損在太陽(yáng)直接輻照度降低階段均會(huì)發(fā)生，且氣損量隨太陽(yáng)直接輻照量呈負(fù)相關(guān)變化。試驗(yàn)期間平均產(chǎn)氣能力為47.623 L/MJ。

圖8 跟蹤工況下系統(tǒng)30 min產(chǎn)氣量隨太陽(yáng)直接輻照量的變化趨勢(shì)Fig.8 Changing trend of system gas production with direct irradiation under tracking condition in 30 min

在考慮系統(tǒng)集熱效率的基礎(chǔ)上，按式(5)及測(cè)試結(jié)果，可計(jì)算出不同太陽(yáng)直接輻照度下的系統(tǒng)產(chǎn)氣能力，由圖9可知，當(dāng)太陽(yáng)直接輻照度在650～850 W/m2范圍內(nèi)變化時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)氣能力隨太陽(yáng)直接輻照度呈正相關(guān)變化。太陽(yáng)直接輻照度越低，反應(yīng)器腔體在單位時(shí)間內(nèi)所接收的總能量越少，系統(tǒng)所產(chǎn)生的氣損量越大。隨著分解反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，反應(yīng)器內(nèi)腔蓄熱量將不斷減少，分解溫度也隨之降低，輸氣管路中的氣流速度也不斷減小，逆反應(yīng)程度加劇，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)氣能力持續(xù)衰減，當(dāng)太陽(yáng)直接輻照度低于700 W/m2時(shí)，產(chǎn)氣能力逐漸趨于平穩(wěn)，氣損值接近極限，產(chǎn)氣速度趨于平穩(wěn)。

圖9 跟蹤工況下產(chǎn)氣能力隨太陽(yáng)直接輻照度的變化趨勢(shì)Fig.9 Variation trend of gas generation capacity along with solar direct irradiance under tracking condition

如圖9所示，對(duì)趨勢(shì)線進(jìn)行擬合后，可得產(chǎn)氣能力隨太陽(yáng)直接輻照度的變化關(guān)系，其函數(shù)關(guān)系式為

y=0.001 8x2-2.399 8x+826.63 (R2=0.993)

(8)

式中y——產(chǎn)氣能力，L/MJ

x——測(cè)試時(shí)段的平均太陽(yáng)直接輻照度，W/m2

綜上所述，由于跟蹤工況可確保太陽(yáng)光線時(shí)刻直射聚光器采光面，故采光口處可持續(xù)接收最大太陽(yáng)直接輻照量，當(dāng)系統(tǒng)在一定太陽(yáng)直接輻照度區(qū)間跟蹤運(yùn)行時(shí)，線聚焦型太陽(yáng)能二氧化碳發(fā)生器在等長(zhǎng)時(shí)段，所獲得的太陽(yáng)輻射能隨時(shí)間波動(dòng)較小，可保證系統(tǒng)穩(wěn)定持續(xù)產(chǎn)氣，實(shí)現(xiàn)最大限度利用太陽(yáng)輻射能的目的。同時(shí)，跟蹤工況下，系統(tǒng)熱性能角較小，響應(yīng)敏感度大，集熱效率高，綜合性能較優(yōu)。故系統(tǒng)以跟蹤方式運(yùn)行時(shí)，能較好維持大棚與CO2的供求關(guān)系。不同農(nóng)作物在不同太陽(yáng)直接輻照度下進(jìn)行光合作用時(shí)，所需CO2的量各不相同，該量可以通過(guò)相關(guān)資料經(jīng)查詢而獲知，故一定規(guī)模塑料大棚對(duì)CO2需求量為已知量。根據(jù)式(8)可分別確定不同太陽(yáng)直接輻照度下的產(chǎn)氣能力，結(jié)合不同地區(qū)太陽(yáng)能資源分布規(guī)律，可確定出系統(tǒng)采光口面積、反應(yīng)器容積、各級(jí)濾氣箱規(guī)格等關(guān)鍵參數(shù)，最后可依據(jù)聚光比來(lái)確定系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)的具體尺寸比。

線聚焦型太陽(yáng)能二氧化碳發(fā)生器產(chǎn)氣能源僅為太陽(yáng)能，產(chǎn)氣后所得氨水能以水肥方式進(jìn)行循環(huán)再利用，系統(tǒng)在其全生命周期內(nèi)具有較好的節(jié)能環(huán)保及經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)論

(1)跟蹤及非跟蹤工況下，反應(yīng)器空曬最高溫度分別為107、92℃，跟蹤較非跟蹤工況，反應(yīng)器內(nèi)腔空曬最高溫度提高16.30%。

(2)跟蹤及非跟蹤工況下，反應(yīng)器悶曬水溫最高可達(dá)94、83.6℃，最高集熱效率分別為38.90%、20.00%。跟蹤較非跟蹤工況，反應(yīng)器內(nèi)腔最高水溫提升12.44%，系統(tǒng)最高集熱效率提升94.50%。測(cè)試時(shí)段反應(yīng)器內(nèi)腔最低水溫為62.4℃，處于反應(yīng)原料完全分解所需溫度之上。

(3)系統(tǒng)最佳運(yùn)行工況確定為跟蹤式，產(chǎn)氣溫度范圍內(nèi)系統(tǒng)集熱效率為31.80%；整個(gè)產(chǎn)氣過(guò)程的系統(tǒng)氣損率為4.50%。當(dāng)太陽(yáng)直接輻照度處于650～850 W/m2范圍內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)氣能力隨太陽(yáng)直接輻照度呈正相關(guān)變化。當(dāng)太陽(yáng)直接輻照度低于700 W/m2時(shí)，產(chǎn)氣能力逐漸趨于平穩(wěn)，氣損接近極限值，分解速度趨于平穩(wěn)。

(4)線聚焦型太陽(yáng)能二氧化碳發(fā)生器具節(jié)能環(huán)保及經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)產(chǎn)氣能力對(duì)農(nóng)作物的光合作用強(qiáng)度具有較好的跟隨性。