农村生物质气化炉系统课程设计

农村生物质气化炉系统课程设计精选文档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8-目录一、设计的原始资料设计原因目前，部分农村地区仍存在秸秆焚烧、采用燃煤炊事取暖现象。

秸秆的焚烧不但污染了大气环境，还使得储存在秸秆中的能量白白的浪费。

随着一次能源的日益枯竭，生物质等新能源领域受到了人们的青睐。

如何环保高效地发挥秸秆的潜能成了许多学者的研究方向，近年来，生物质气化炉的发展日益成熟，但仍存在着有待攻关的难题。

本文主要设计了适合小型农户自产自销秸秆等生物质气化炉用于炊事采暖，设计方案操作简单、经济性能好，具有一定的可行性。

设计题目某农村住宅生物质气化气应用的规划设计 设计条件1.所在地区：辽宁省沈阳市2.农村住宅平面图及尺寸，如下图1-1所示3.一家4口人。

设计方案根据该农村住宅所在地的气候条件和房屋维护结构保温情况采用面积概算热指数方法计算房间热负荷，并依此确定散热器类型和所需散热器片数，然后书房餐厅卧室卧室1储物客厅内走廊洗浴设计住宅供暖系统，确定供暖形式，绘制供暖管网平面图和系统图，再依据等温降法进行管网水力计算，依此选择各个管段的管径，并配置相应的管路附件（补偿器、除污器、排气阀等）；其次再统计计算该住宅生活日用气量，选择气化炉类型，初步估计气化炉气化强度，确定生物质日消耗量和气化炉热功率进而确定气化炉形状和各部位尺寸，计算生物质气化和气化气完全燃烧需空气量，依此选择相应的风机，并配置相应的附件设施。

二、供暖热负荷的计算房间热负荷的计算考虑到农村住宅户型占地面积较宽裕，且生物质气化炉会产生烟尘、噪音，具有一定的不安全因素。

因此，将锅炉设备不放置在主体建筑中。

设计中将气化锅炉与燃气炉都设置在主体建筑左边的新建的屋子中。

故考虑整个主体建筑的热负荷，计算如下：设计热负荷n Q ，按面积概算热指数计算，即：1000/F q Q f n ⋅= （2-1）式中：n Q —建筑物的供暖热负荷，KW;F —建筑面积2m ;f q —单位面积供暖热指标2/m W 。

以卧室1为例，228m F =,2/105m W q f =，根据公式（2-1）计算出卧室1的设计热负荷为：KW Q n 94.210528'=⨯=依次计算个房间的采暖热负荷，详见表2-1。

散热器的选择及计算散热器的选取要综合衡量散热器的热工性能、经济方面、安装使用和工艺方面的要求。

本设计中选取铸铁四柱760型散热器，该散热器每片的散热面积为2m 。

采暖系统为上供下回式，给回水温度为95℃/70℃,散热器为同侧连接上进下出，明装，但上部有窗台板覆盖，距窗台板高度为150mm 。

则各房间需暖气片数可由下式进行计算：散热器面积：321)(βββi pj t t K Q F -=（2-2）式中：F —散热器散热面积，2m ；Q —散热器的散热量（即房间热负荷），W ；K —散热器传热系数，(W ·2m /℃)； pj t —散热器内热媒平均温度，℃；i t —采暖室内计算温度，℃；β1—散热器组装片数修正系数； β2—散热器连接修正系数； β3—散热器安装形式修正系数。

散热器片数：fFn =（2-3） 式中：n —散热器片数，片；F —散热器散热面积，㎡；f —每片散热器的面积，㎡/片。

以卧室1为例，供暖热负荷为，室内计算温度为18℃，以卧室为例，供暖热负荷W Q 3240=,室内计算温度 18=i t ℃，散热器内热媒平均温度5.82270952=+=+=hg pj t t t ℃，5.64=-=∆n pj pj t t t 。

查散热器散热系数表可知此时K=，由散热器安装形式查散热器安装修正系数表知02.1,00.1,04.1321===βββ，所以m i pj t t K Q F 232174.502.100.104.15.6443.82940)(=⨯⨯⨯⨯=-=βββ43.24235.073.5===f F n 片，考虑实际情况，卧室应安装散热器片数25片。

依次计算各个房间需要的散热器片数，详见表2-2。

管道的布置本设计中选用上供下回式热水供暖系统，按明装方式敷设，以下同。

给回水温度为95/75℃，据窗台板高度150mm。

1.总立管的位置外网热水从室内总立管输送给各个分支的水平供水干管，总立管比较粗，所以设在辅助房间里，不影响日常生活。

2.供水干管的位置其位置设置在高处，为排除空气，坡度大于，最高处设置集气罐等排气装置。

3.回水干管的布置回水干管设置在地面上，在地面铺设过门时，采用门上绕行通过的方式，最低点处设置泄水阀。

4.供回水立管的位置立管设置在外墙角处，避免揭露结霜。

设置在两外窗之间的墙面处，以便与两侧连接散热器。

每根立管的上下端设置截断阀门，以便于系统检修是放水。

有冻结危险的地方单独设立立管。

5.散热器支管布置为排除散热器上方的空气和有利于排水，散热器供回水支管按按水流方向设置向下的坡度，不小于。

管道的水力计算采用等温降法对本供暖系统进行水力计算。

（1）确定管段流量根据已知热负荷Q 和规定的供回水温差t ∆,计算出每根管道的流量G ,即 G=0.86Q Δt(参照简明供热手册144页5-24 )(2-4)式中：G —流量，kg/h ； Q —热负荷，W ； Δt —供回水温差，℃。

以管段T1 例，热负荷Q=1470 W,供回水温差Δt =25℃，所以流量为： G=0.86QΔt 25147086.0⨯== kg/h P144, 5-24 (2-5) 依次计算将最不利环路各管段的流量列入表2-3。

(2)确定最不利环路的平均比摩阻,确定系统最不利循环路。

由图可知,最不利循路为T1 ~T 11管路，环路总长度ΣL =。

确定最不利循环管路的综合作用压力 Δp zh =Δp +Δp f (参照简明供热手册144页5-26 )(2-6)=gH (ρh −ρg )+Δp f (参照简明供热手册146页，5-26 ) (2-7) =××（式中 :ΔP f —最不利循环环路水冷却产生的附加压力,Pa, P146,表 5-15 Δp —环路作用压力，Pa ；H —散热器中心与锅炉中心的垂直高差，m ；ρh — 回水密度，kg/m 3； (参照简明供热手册84页表4-2 ) ρg — 供水密度，kg/m 3； g — 重力加速度，m/s 2。

R Rj =a Δp zh∑l=3.4394.2775.0⨯=m (参照简明供热手册145页5-25 )式中：R Rj —平均比摩阻，Pa/m ；a—摩擦损失占总压力损失的百分率，重力循环供暖热水供暖系统为；Δp zh—环路综合作用压力，Pa；Σl—最不利环路总长度，m。

(3)确定各管段管径根据各管段流量G 和平均比摩阻R Rj，查热水采暖系统水力计算表确定选取的管径,就是接近平均比摩阻的管径，实际比摩阻R sh和实际流速v sh。

((参照简明供热手册附表1 )管段1：G=h，R Rj=，选用管径DN20G=h，Q=,R sh=1.33pa/m,v sh=sG=h，Q=,R sh=1.38pa/m,,v sh=s用内插法可求得当G=h，R sh=1.34pa/m,,v sh=s最不利环路其他管段的管径见表2-3。

（4）计算各管段的压力损失ΔPΔp=(λd l+∑ξ)ρv22(参照简明供热手册137页，5-17)(2-8)= R×l+∑ξρv 22(参照简明供热手册112页5-2 )(2-9)V=G900πd2ρ(参照简明供热手册114页5-1) (2-10)R=λd ρv22l P (参照简明供热手册112页5-2 )(2-11)式中：p∆—管段压力损失，Pa；λ—摩擦系数；d—管道直径，m；l—管道长度，m；R—比摩阻，Pa/m；ξ—局部阻力系数；ρ—热媒密度，kg/m3；v—热媒在管内的流速，m/s。

管段1：热媒密度ρ=m3，流速v=s沿程压力损失：Δp y=R×l=×4=(参照简明供热手册116页，5-16)(2-9)局部压力损失：Δp j =∑ξ×ρv 22 =1×204.092.9612⨯= Pa(参照简明供热手册115页5-15)(2-12)该管段总压力损失：Δp=Δp y+Δp j= Pa(参照简明供热手册117页5-1)(2-13) 依次计算将最不利环路各管段的压力损失列入表2-3.表2-3 管路压力损失计算表表2-4管道局部阻力系数ξ计算表三．生物质气化炉的设计气化炉类型的选择由于生物质气化炉主要时用在农村，它要求燃气质量好，发热量高，适合炊事供暖；杂质含量（特别是焦油）低使煤气表和燃气灶不容易堵塞，从而延长使用寿命；炉体结构简单，成本低，操作和维修方便；通用性好，适合于挥发分含量较高的农林废弃物气化。

衡量上流式、下流式和横流式三种型号气化炉，上流式气化炉综合性能能满足上述要求。

故本设计采用上流式气化炉。

气化炉产气量的确定（1）初步拟定原料消耗量和气化强度根据生物质气化系统的市场调研和相关文献与经验，农户一个四口之家每天用气量大约为8-103m ，用气时间为3h 左右，消耗生物质原料9-10kg ，因此，初步设计该用户型上流式气化炉消耗的原料量C 0=h ； 初步确定气化强度为0Φ=70kg/(3m ·h) （2）气化空气量的确定①?原料完全燃烧所需的理论空气量0V （kg m /3）生物质原料一般含有碳、氢、氧、氮、硫等元?素，由于氮和硫的含量非常低，所以本研究中不考虑氮、硫与氧的燃烧反应，只考虑碳、氢与氧的燃烧反应。

碳完全燃烧的反应：22CO O C =+（3—1）根据物质的量守恒定律，1kg 碳完全燃烧需要387.112/40.22m =氧气。

氢燃烧的反应：O H O H 2224=+ （3—2）同理，根据物质的量守恒定律，1kg 氢燃烧需要 360.54/40.22m =氧气。

原料中已经含有氧[]O ，相当于1kg 原料已经供给32=3m 氧气，氧气占空气的21%，所以生物原料完全燃烧所需的理论空气量0V ：[][][]{}O H C V 70.060.587.121.010-+=（3—3） 式中：0V —原料完全燃烧所需的理论空气量，kg m /3；[]C —原料中碳元素的含量； []H —原料中氢元素的含量； []O —原料中氧元素的含量。

玉米秸秆所含主要元素的含量见附表一为：[]%04.39=C []%16.6=H []%40.42=O因此，玉米秸秆完全燃烧所需的理论空气量为：[][][]{}O H C V 70.060.587.121.010-+=%)40.4270.0%16.660.5%04.3987.1(21.01⨯-⨯+⨯= )/(71.33kg m =②实际需要通入的空气量)/(3kg m V '0V 为理论上的玉米秸秆完全燃烧所需的空气量，考虑到实际过程中的空气泄漏或供给不足 等因素，加入过量空气系数α，取α=，保证分配的二次通风使气化气得到完全燃烧。