農(nóng)村生物質(zhì)氣化爐系統(tǒng)課程設(shè)計報告

1、-. z.目錄TOC o 1-3 h z uHYPERLINK l _Toc438383615一、設(shè)計的原始資料 PAGEREF _Toc438383615 h 2HYPERLINK l _Toc4383836161.1設(shè)計原因 PAGEREF _Toc438383616 h 2HYPERLINK l _Toc4383836171.2設(shè)計題目 PAGEREF _Toc438383617 h 2HYPERLINK l _Toc4383836181.3設(shè)計條件 PAGEREF _Toc438383618 h 2HYPERLINK l _Toc4383836191.4設(shè)計方案 PAGEREF _To

2、c438383619 h 2HYPERLINK l _Toc438383620二、供暖熱負荷的計算 PAGEREF _Toc438383620 h 2HYPERLINK l _Toc4383836212.1房間熱負荷的計算 PAGEREF _Toc438383621 h 2HYPERLINK l _Toc4383836222.2散熱器的選擇及計算 PAGEREF _Toc438383622 h 2HYPERLINK l _Toc4383836232.3管道的布置 PAGEREF _Toc438383623 h 2HYPERLINK l _Toc4383836242.4管道的水力計算 PAGER

3、EF _Toc438383624 h 2HYPERLINK l _Toc438383625三、生物質(zhì)氣化爐的設(shè)計 PAGEREF _Toc438383625 h 2HYPERLINK l _Toc4383836263.1氣化爐類型的選擇 PAGEREF _Toc438383626 h 2HYPERLINK l _Toc4383836273.2氣化爐產(chǎn)氣量確實定 PAGEREF _Toc438383627 h 2HYPERLINK l _Toc4383836283.3 氣化爐尺寸的計算 PAGEREF _Toc438383628 h 2HYPERLINK l _Toc438383629四、附屬設(shè)

4、備的選擇 PAGEREF _Toc438383629 h 2HYPERLINK l _Toc4383836304.1 燃氣灶 PAGEREF _Toc438383630 h 2HYPERLINK l _Toc4383836324.2 膨脹水箱 PAGEREF _Toc438383632 h 2HYPERLINK l _Toc4383836334.3 排氣閥 PAGEREF _Toc438383633 h 2HYPERLINK l _Toc4383836344.4 補償器 PAGEREF _Toc438383634 h 2HYPERLINK l _Toc4383836354.5 除污器 PAGE

5、REF _Toc438383635 h 2HYPERLINK l _Toc438383636五、設(shè)計總結(jié) PAGEREF _Toc438383636 h 2HYPERLINK l _Toc438383637六、附錄 PAGEREF _Toc438383637 h 錯誤！未定義書簽。HYPERLINK l _Toc438383638七、參考文獻 PAGEREF _Toc438383638 h 2一、設(shè)計的原始資料 TOC o 1-3 h z u 1.1設(shè)計原因目前，局部農(nóng)村地區(qū)仍存在秸稈燃燒、采用燃煤炊事取暖現(xiàn)象。秸稈的燃燒不但污染了大氣環(huán)境，還使得儲存在秸稈中的能量白白的浪費。隨著一次能源的日

6、益枯竭，生物質(zhì)等新能源領(lǐng)域受到了人們的青睞。如何環(huán)保高效地發(fā)揮秸稈的潛能成了許多學者的研究方向，近年來，生物質(zhì)氣化爐的開展日益成熟，但仍存在著有待攻關(guān)的難題。本文主要設(shè)計了適合小型農(nóng)戶自產(chǎn)自銷秸稈等生物質(zhì)氣化爐用于炊事采暖，設(shè)計方案操作簡單、經(jīng)濟性能好，具有一定的可行性。1.2設(shè)計題目*農(nóng)村住宅生物質(zhì)氣化氣應(yīng)用的規(guī)劃設(shè)計1.3設(shè)計條件 1.所在地區(qū)：省市 2.農(nóng)村住宅平面圖及尺寸，如以下列圖1-1所示 3.一家4口人。儲物間內(nèi)走廊臥室2客廳臥室1洗浴室書房餐廳1.4設(shè)計方案根據(jù)該農(nóng)村住宅所在地的氣候條件和房屋維護構(gòu)造保溫情況采用面積概算熱指數(shù)方法計算房間熱負荷，并依此確定散熱器類型和所需散熱器

7、片數(shù)，然后設(shè)計住宅供暖系統(tǒng)，確定供暖形式，繪制供暖管網(wǎng)平面圖和系統(tǒng)圖，再依據(jù)等溫降法進展管網(wǎng)水力計算，依此選擇各個管段的管徑，并配置相應(yīng)的管路附件補償器、除污器、排氣閥等；其次再統(tǒng)計計算該住宅生活日用氣量，選擇氣化爐類型，初步估計氣化爐氣化強度，確定生物質(zhì)日消耗量和氣化爐熱功率進而確定氣化爐形狀和各部位尺寸，計算生物質(zhì)氣化和氣化氣完全燃燒需空氣量，依此選擇相應(yīng)的風機，并配置相應(yīng)的附件設(shè)施。二、供暖熱負荷的計算2.1房間熱負荷的計算考慮到農(nóng)村住宅戶型占地面積較寬裕，且生物質(zhì)氣化爐會產(chǎn)生煙塵、噪音，具有一定的不平安因素。因此，將鍋爐設(shè)備不放置在主體建筑中。設(shè)計中將氣化鍋爐與燃氣爐都設(shè)置在主體建筑左

8、邊的新建的屋子中。故考慮整個主體建筑的熱負荷，計算如下：設(shè)計熱負荷，按面積概算熱指數(shù)計算，即：2-1式中：建筑物的供暖熱負荷，KW;建筑面積;單位面積供暖熱指標。以臥室1為例，,，根據(jù)公式2-1計算出臥室1的設(shè)計熱負荷為：依次計算個房間的采暖熱負荷，詳見表2-1。表2-1 各個房間供暖熱負荷房間室計算溫度()供暖熱指標(W/m2)供暖熱負荷(kW)臥室1181052.94臥室2181051.47客廳181052.94走廊161002.16餐廳181052.94洗浴室181051.37儲藏室161001.30書房181051.372.2散熱器的選擇及計算散熱器的選取要綜合衡量散熱器的熱工性能、經(jīng)

9、濟方面、安裝使用和工藝方面的要求。本設(shè)計中選取鑄鐵四柱760型散熱器，該散熱器每片的散熱面積為0.235。采暖系統(tǒng)為上供下回式，給回水溫度為95/70,散熱器為同側(cè)連接上進下出，明裝，但上部有窗臺板覆蓋，距窗臺板高度為150mm。則各房間需暖氣片數(shù)可由下式進展計算：散熱器面積：2-2式中：散熱器散熱面積，；散熱器的散熱量即房間熱負荷，W；K散熱器傳熱系數(shù)，(W/)；散熱器熱媒平均溫度，；采暖室計算溫度，；1散熱器組裝片數(shù)修正系數(shù)；2散熱器連接修正系數(shù)；3散熱器安裝形式修正系數(shù)。散熱器片數(shù)：2-3式中： 散熱器片數(shù)，片；散熱器散熱面積，；每片散熱器的面積，/片。以臥室1為例，供暖熱負荷為3.24

10、KW，室計算溫度為18，以臥室為例，供暖熱負荷,室計算溫度，散熱器熱媒平均溫度，。查散熱器散熱系數(shù)表可知此時K=8.43，由散熱器安裝形式查散熱器安裝修正系數(shù)表知，所以片，考慮實際情況，臥室應(yīng)安裝散熱器片數(shù)25片。依次計算各個房間需要的散熱器片數(shù)，詳見表2-2。房間/K123散熱器片數(shù)臥室164.58.431.041.001.0225臥室264.58.431.021.001.0212客廳64.58.431.031.001.0225走廊66.58.551.021.001.0217餐廳64.58.431.041.001.0225洗浴室64.58.431.021.001.0211儲藏室66.58.5

11、51.021.001.0210書房64.58.431.021.001.02112.3管道的布置本設(shè)計中選用上供下回式熱水供暖系統(tǒng)，按明裝方式敷設(shè)，以下同。給回水溫度為95/75，據(jù)窗臺板高度150mm。 1.總立管的位置外網(wǎng)熱水從室總立管輸送給各個分支的水平供水干管，總立管比較粗，所以設(shè)在輔助房間里，不影響日常生活。 2.供水干管的位置其位置設(shè)置在高處，為排除空氣，坡度大于0.002，最高處設(shè)置集氣罐等排氣裝置。 3.回水干管的布置回水干管設(shè)置在地面上，在地面鋪設(shè)過門時，采用門上繞行通過的方式，最低點處設(shè)置泄水閥。 4.供回水立管的位置立管設(shè)置在外墻角處，防止揭露結(jié)霜。設(shè)置在兩外窗之間的墻面處

12、，以便與兩側(cè)連接散熱器。每根立管的上下端設(shè)置截斷閥門，以便于系統(tǒng)檢修是放水。有凍結(jié)危險的地方單獨設(shè)立立管。 5.散熱器支管布置為排除散熱器上方的空氣和有利于排水，散熱器供回水支管按按水流方向設(shè)置向下的坡度，不小于0.01。2.4管道的水力計算采用等溫降法對本供暖系統(tǒng)進展水力計算。1確定管段流量根據(jù)熱負荷Q和規(guī)定的供回水溫差,計算出每根管道的流量G,即 G= QUOTE (參照簡明供熱手冊144頁5-24 )(2-4)式中：G流量，kg/h； Q熱負荷，W； QUOTE 供回水溫差，。以管段T1 例，熱負荷Q=1470 W,供回水溫差 QUOTE =25，所以流量為：G= QUOTE =50.5

13、5 kg/h P144, 5-24 (2-5)依次計算將最不利環(huán)路各管段的流量列入表2-3。(2)確定最不利環(huán)路的平均比摩阻,確定系統(tǒng)最不利循環(huán)路。由圖可知,最不利循路為T1 T 11管路，環(huán)路總長度L=43.3m。確定最不利循環(huán)管路的綜合作用壓力 QUOTE (參照簡明供熱手冊144頁5-26 ) (2-6) = QUOTE (參照簡明供熱手冊146頁，5-26 ) (2-7) =9.810.5977.81-961.92)200=277.94Pa式中 : QUOTE 最不利循環(huán)環(huán)路水冷卻產(chǎn)生的附加壓力,Pa, P146,表 5-15 QUOTE 環(huán)路作用壓力，Pa；H散熱器中心與鍋爐中心的垂

14、直高差，； QUOTE 回水密度，kg/m3； (參照簡明供熱手冊84頁表4-2 ) QUOTE 供水密度，kg/m3； 重力加速度，m/s2。 QUOTE =3.21Pa/m (參照簡明供熱手冊145頁5-25 )式中： QUOTE 平均比摩阻，Pa/m； a摩擦損失占總壓力損失的百分率，重力循環(huán)供暖熱水供暖系統(tǒng)為0.5； QUOTE 環(huán)路綜合作用壓力，Pa；l最不利環(huán)路總長度，m。(3)確定各管段管徑根據(jù)各管段流量G 和平均比摩阻 QUOTE ，查熱水采暖系統(tǒng)水力計算表確定選取的管徑,就是接近平均比摩阻的管徑，實際比摩阻 QUOTE 和實際流速 QUOTE 。(參照簡明供熱手冊附表1 )管

15、段1：G=50.55kg/h， QUOTE =3.21，選用管徑DN20G=50.0kg/h，Q=1453.5W, QUOTE 0.04m/sG=52.0kg/h，Q=1511.6W, QUOTE 0.04m/s用插法可求得當G=50.55kg/h， QUOTE 0.04m/s最不利環(huán)路其他管段的管徑見表2-3。4計算各管段的壓力損失 QUOTE QUOTE (參照簡明供熱手冊137頁，5-17)(2-8) = QUOTE (參照簡明供熱手冊112頁5-2 )(2-9)V= QUOTE (參照簡明供熱手冊114頁5-1) (2-10)R= QUOTE P (參照簡明供熱手冊112頁5-2 )(

16、2-11)式中：管段壓力損失，Pa；摩擦系數(shù)；管道直徑，m；管道長度，m；比摩阻，Pa/m；局部阻力系數(shù)；熱媒密度，kg/m3；熱媒在管的流速，m/s。管段1：熱媒密度=961.92kg/m3，流速=0.04m/s沿程壓力損失： QUOTE =R QUOTE l=1.344=5.38Pa (參照簡明供熱手冊116頁，5-16)(2-9) 局部壓力損失： QUOTE = QUOTE =1= 1.54 Pa (參照簡明供熱手冊115頁5-15)(2-12)該管段總壓力損失： QUOTE = 6.92 Pa (參照簡明供熱手冊117頁5-1)(2-13)依次計算將最不利環(huán)路各管段的壓力損失列入表2-

17、3.表2-3 管路壓力損失計算表管段號管道長度(m)比摩阻 QUOTE (Pa/m)管徑(公稱直徑(mm)流量G(kg/h)流速(m/s)沿程損失 QUOTE (Pa)局部損失 QUOTE (Pa)壓力損失 QUOTE (Pa)141.342050.550.045.381.546.92272.2925101.10.0516.002.4118.4131.88.321547.10.0714.974.7119.6846.58.321547.10.0754.064.7158.78547.571544.70.0630.303.4333.7361.24.282074.30.065.143.468.6073

18、.58.321547.10.0729.114.7133.8285.32.2925101.10.0512.122.4114.52972.2925101.10.0516.002.4118.411037.571544.70.0622.723.4626.191141.342050.550.045.3816.9322.31 Pa儲藏壓力=277.94-261.37)/277.94*100%=5.96%表2-4管道局部阻力系數(shù)計算表三生物質(zhì)氣化爐的設(shè)計3.1氣化爐類型的選擇由于生物質(zhì)氣化爐主要時用在農(nóng)村，它要求燃氣質(zhì)量好，發(fā)熱量高，適合炊事供暖；雜質(zhì)含量特別是焦油低使煤氣表和燃氣灶不容易堵塞，從而延長使用

19、壽命；爐體構(gòu)造簡單，本錢低，操作和維修方便；通用性好，適合于揮發(fā)分含量較高的農(nóng)林廢棄物氣化。衡量上流式、下流式和橫流式三種型號氣化爐，上流式氣化爐綜合性能能滿足上述要求。故本設(shè)計采用上流式氣化爐。3.2氣化爐產(chǎn)氣量確實定初步擬定原料消耗量和氣化強度根據(jù)生物質(zhì)氣化系統(tǒng)的市場調(diào)研和相關(guān)文獻與經(jīng)歷，農(nóng)戶一個四口之家每天用氣量大約為8-10，用氣時間為3h左右，消耗生物質(zhì)原料9-10kg，因此，初步設(shè)計該用戶型上流式氣化爐消耗的原料量C0=2.6kg/h；初步確定氣化強度為=70kg/(h)2氣化空氣量確實定原料完全燃燒所需的理論空氣量生物質(zhì)原料一般含有碳、氫、氧、氮、硫等元素，由于氮和硫的含量非常低

20、，所以本研究中不考慮氮、硫與氧的燃燒反響，只考慮碳、氫與氧的燃燒反響。碳完全燃燒的反響：31根據(jù)物質(zhì)的量守恒定律，1kg碳完全燃燒需要氧氣。氫燃燒的反響：32同理，根據(jù)物質(zhì)的量守恒定律，1kg氫燃燒需要氧氣。原料中已經(jīng)含有氧，相當于1kg原料已經(jīng)供給22.40/32=0.70氧氣，氧氣占空氣的21%，所以生物原料完全燃燒所需的理論空氣量：33式中：原料完全燃燒所需的理論空氣量，；原料中碳元素的含量；原料中氫元素的含量；原料中氧元素的含量。玉米秸稈所含主要元素的含量見附表一為：因此，玉米秸稈完全燃燒所需的理論空氣量為：實際需要通入的空氣量為理論上的玉米秸稈完全燃燒所需的空氣量，考慮到實際過程中的

21、空氣泄漏或供給缺乏等因素，參加過量空氣系數(shù)，取=1.2，保證分配的二次通風使氣化氣得到完全燃燒。因此，實際需要通入的空氣量：=1.23.71 =4.4534式中：實際需要通入的空氣量，；過量空氣系數(shù)；原料完全燃燒所需的理論空氣量，。原料氣化所需的空氣量查閱資料，當當量比為時，即氣化反響所需的氧僅為完全燃燒耗氧量的25%-30%，產(chǎn)出氣成分較理想。所以取當量比為0.3。35式中：原料氣化所需的空氣量，；氣化當量比；原料完全燃燒所需的理論空氣量，。氣化爐主要性能指標的擬定氣化燃氣流量q空氣(氣化劑)中2N含量79左右，氣化生物質(zhì)產(chǎn)生的燃氣中2N含量一般在50左右，考慮到2N在該氣化反響中幾乎很少發(fā)

22、生反響，據(jù)此，擬燃氣流量是氣化劑(空氣)流量的1.5倍，則可燃氣流量q為：36式中：q氣化燃氣流量，；氣化爐消耗的原料量，kg/h；原料氣化所需的空氣量，。燃氣的低位發(fā)熱量經(jīng)查找資料，氣化燃氣的低位發(fā)熱量氣化效率擬定氣化效率=70(4)氣化爐主要氣化參數(shù)的計算原料單位時間消耗量C37式中：原料的低位發(fā)熱量，。氣化強度38產(chǎn)氣率G39設(shè)計熱功率P3103.3 氣化爐尺寸的計算本設(shè)計爐膛采用構(gòu)造簡單的圓筒式設(shè)計。在上流式氣化爐中，反響溫度隨反響層的高度增加而減小，在運行中，其他條件確定，反響層高度反映了反響溫度，它可以通過調(diào)節(jié)料層高度來實現(xiàn)。為了方便使用，便于控制，每次加料都需要加滿，因此控制爐膛

23、高度就可以控制料層高度。另外爐膛壁涂耐火土層，空隙中填珍珠巖，將少部熱量損失。爐膛截面積S311爐膛截面直徑D312爐膛的原料高度L313式中：生物質(zhì)原料在爐膛中的堆積密度。由于使用的原料是壓縮成型玉米秸稈，成型料的堆積密度一般為原料堆積密度的10倍左右，取=500。氣化爐的總高度H查詢相關(guān)資料，取筒的高度系數(shù)，則筒高度?？紤]到氣化爐點火時灰燼需要占用一定的空間，且要保證爐的原料能夠在一定的壓力作用下穩(wěn)定地下移，物料的頂部也需要一定的氣流和加料空間，所以設(shè)計中爐子筒實際高度取h=0.4m；灰渣室取0.2m高，所以爐子的總高度H約為送風口構(gòu)造尺寸一次風口的尺寸上流式氣化爐一次風口，采用在爐膛壁上

24、開小孔的設(shè)計方式。通過氣化原料氣化所需的空氣量確定風口的尺寸，風口的幾何尺寸徑按下式計算：314式中：生物質(zhì)原料的消耗量，kg/h；風口中空氣流速，m/s；原料氣化所需的空氣量，；風口直徑，m；風口個數(shù)，因此風口采用6個徑為5mm的孔，沿圓周方向均勻分布，計算得到風口中空氣流速為5.18ms。在構(gòu)造允許的條件下，較多的風口有利于空氣和物料的良好混合，但也增大了阻力，增加了風機的負荷。二次進風口孔的尺寸燃燒室下方開有二次風口，通入適量空氣使產(chǎn)生的氣化氣充分燃燒，所以需要合理地確定二次風口的尺寸?？諝馐怯娠L扇經(jīng)同一送風口送入爐膛，由配風閥分配一二次風的量，流速一樣，因此二次進風口尺寸可根據(jù)一次進風

25、口尺寸確定。由氣化當量比可知，則燃燒所需空氣量：315所以二次進風量與一次進風量比為，由此可知，進風口面積比，由上文可知，設(shè)計的一次進風口個數(shù)為6個，直徑為5mm。燃燒室下方的一排二次進風口，沿燃燒室壁均勻分布，總個數(shù)為10個，即其中：一次進風口孔的直徑；二次進風口孔的直徑。所以算得進風口直徑為5mm，二次進風量需要保證氣化氣完全燃燒，前文中也考慮了過量空氣系數(shù)，因此設(shè)計時取=8mm。四.附屬設(shè)備的選擇4.1 燃氣灶燃氣灶選擇繹家-Y10節(jié)能型號，其規(guī)格參數(shù)如表4-1所示表4-1繹家-Y10參數(shù)熱流量4.2KW面板材質(zhì)鋼化玻璃進風方式上進風產(chǎn)品尺寸730*410*110mm4.2 膨脹水箱膨脹水箱選用開式高位膨脹