生物质能课程设计解析Word下载.docx
《生物质能课程设计解析Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物质能课程设计解析Word下载.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
月平均温度/℃
1
2
3
4
10
11
12
1951～2000
-11.7
-7.6
0.6
9.7
9.5
0.0
-8.0
1906～1950
-12.9
-9.1
-0.9
8.8
9.4
-1.0
-9.9
一般四口之家每天炊事用天然气约0.8m3，根据沈阳市供暖指标得冬季供暖不低于每天8小时，供暖温度为20℃。
房屋结构见图见下图。
图1-1房屋结构简图
1.3设计方案
首先根据用户住房结构平面图，计算热负荷，设计供暖管路，匹配相关供暖设施及管道附件；
其次查阅资料，设计或改进生物质气化炉，确定生物质气化炉的相关尺寸和材质，并计算气化热量。
然后综合考虑燃气管路的布置，计算燃气用量；
最后将整个设计进行修正，形成一个有机的生物质气化气应用系统。
第二章供暖热负荷的计算
2.1管道布置及设计热负荷
供热管道附件是保证供暖系统正常运行的重要组成部分，主要包括管道上的阀门、补偿器、支座、器具及管件。
主要考虑在最低点或局部最低点应设泄水阀，最高点或局部最高点应设放空气阀。
管路布置见附录。
房屋热负荷计算运用《农业生物环境工程》热负荷计算公式：
Qw=∑KjAj（ti-to）（2.1）
式中ti_______室内计算气温℃；
to_______室外计算气温℃；
Aj_______维护结构面积m2；
Kj_______各维护结构传热系数W/（m2·
℃）。
以房间1为例，查资料得：
外墙传热系数为1.57W/（m2·
℃），内墙传热系数为1.72W/（m2·
℃），钢筋混凝土传热系数为1.63W/（m2·
储藏室所需温度为0℃，室外计算温度取-19℃。
Qw=1.57*（11.4+10.5）*19+1.63*13.3*19=1065.2W
由于冷风渗透热负荷较小，本设计不予考虑，在计算室内外温差时适当增大温差。
计算时依据各房间实际围护结构组成计算。
其余房间热负荷计算与房间1相似。
计算得下表：
（注：
房间1为储藏室，室内计算温度为0℃，其余房间为20℃，室外计算温度取-19℃，房屋层高为3m）
表2-1房屋热负荷分布
房间号
屋顶/m2
东外墙/m2
西外墙/m2
南外墙/m2
北外墙/m2
热负荷/W
13.3
11.4
_____
10.5
1065.2
1488.4
26.6
21
3674.8
5
14
2267.6
6
28
3065.3
7
3800.5
2.2散热器的选择及计算
常见散热器由翼型散热器和柱形散热器。
本设计采用柱形散热器四柱813型散热器，与翼型散热器不同，其金属热强度及传热系数高，容易组成所需的面积，价格低廉。
散热器安装外窗台下面，减少冷风渗透的影响，使流经工作地区的空气比较暖和。
散热器布置时可按房屋结构及实际需要进行调整。
采用《农业生物环境工程》第二章散热面积F计算公式：
m2（2.2）
式中Q_______散热器的散热量，W；
tpj_______散热器内热媒平均温度，℃；
tn_______供暖室内计算温度，℃；
，
K_______散热器的传热系数，W/（m2·
℃）；
β1_______散热器组装片数修正系数；
β2_______散热器组连接形式修正系数；
β3_______散热器组安装形式修正系数。
（2.3）
式中f_______每片散热器散热面积，m2。
以房间1为例：
热媒在管道中流动时有热量损失，故tpj取供回水温度平均值82.5℃。
β2取1.0，β3取1.02，f取0.28m2，K取7.79。
散热面积F=1*1*1.02*1065.2/7.79/82.5=2.06m2；
散热器片数N=2.06/0.28=7.35修正之后取值8。
其余房间计算同上。
计算结果见下表：
表2-2房间散热器散热面积及片数
房间编号
热负荷/W
散热面积/m2
散热器片数
连接修正系数
1026.5
2.06
8
1.00
2.99
1.05
7.40
1.10
4.56
16
6.17
22
7.65
2.3管道的水力计算
热媒在管道中流通时流速会受到连接形式以及管道长度的影响。
这就必须考虑流体的水力损失。
管道的水力损失主要考虑局部损失和沿程损失，参考《流体输配管网》水力计算公式。
（2.4）
（2.5）
（2.6）
（2.7）
式中：
G_______热水网路设计流量（kg/h）；
Q_______热负荷（kW）；
tg_______热水网路的设计供水温度（℃）；
th_______各种热负荷相应回水温度（℃）；
C_______水比热容C=4.187kJ/（kg·
K_______管网的当量绝对粗糙度（m）；
d_______管道的内径（m）；
ρ_______水的密度（kg/m3）；
Ld_______当量长度（m）；
______管段的局部阻力系数。
查流体力学相关资料，本设计取比摩阻R为80Pa/m，当量绝对粗糙度为0.2*103，局部阻力系数见附录。
运用MATLAB软件对数据数据处理。
水力计算结果如下表:
表2-3水力计算详表
房间
计算流量（kg/h）
当量长度（m）
公称直径（mm）
流速（m/s）
管段压力损失（pa）
181.1177
10.32
21.914
0.04379292
825.6
365.1766
19.3
28.6245
0.05175043
1544
549.2356
33.4398
0.05703188
846.9607
64.2
39.4388
0.06322728
5136
187.523
14.02
22.2061
0.04415680
1121.6
497.7594
35
32.2094
0.05571109
2800
872.8054
41.9
39.893
0.06368140
3352
计算得最大扬程为2m，自然循环热水供暖系统满足设计要求，供水方式为上供下回，给回水温度分别为95/70℃。
采用威孚热能LW0.1-0.7-Y.Q型锅炉，供暖面积为180m2大于房屋建筑面积162m2。
此锅炉用立式无管、四回程结构，有效地增加了烟气向炉水大热量传输，热效率提高，节能效果好，其详细参数见下表。
表2-4锅炉详细参数
锅炉参数
数值
工作压力（Mpa）
0.7
出水温度（℃）
95~98
给水温度（℃）
16~18
供暖面积（m2）
180
热效率（%）
87%
尺寸（mm）
1020×
1080×
1750
第三章气化炉的设计
3.1气化炉产气量估算
可采用作为气化的原料比较多样，各成分投入比例不固定，热值也不同。
查阅《生物质能工程》得常见生物质原料气化气热值见下表：
表3-1生物质气化后燃气成分
组分含量（％）
CO2
O2
CO
H2
CH4
N2
低位热值（kJ/m3）
木材
8.8
1.5
23.1
7.2
3.3
55.1
5448
玉米芯
10.3
0.4
21.9
10.0
4.3
52.4
5724
玉米秸
11.6
22.7
12.3
1.9
50.6
4915
麦秸
14.0
1.7
17.6
8.5
1.4
56.7
4002
稻壳
7.5
3.0
19.1
5.5
60.5
4594
计算时取其平均值计算得出生物质气化气综合热值为4937kJ/m3。
设计热负荷为17971.5W，每天供暖约8h，总热量为517MJ。
四口之家一天所使用的天然气量为0.8m3，相对生物质气量：
V=天然气用量×
天然气燃烧热值／生物质气热值，由于天然气热值为33360—35445kJ/m3，生物质燃气热值≥4．6MJ／m3，大约可得相当于5．65m3生物质气化气的用量,热量为27.68MJ。
则普通农户满足生活所需的总热量为484.68MJ。
约需要生物质燃气量为104.6m3,参考北京某公司气化炉设计参数，每天运行10h，每小时所需燃气量为10.5m3。
3.2气化炉的设计计算
国内大多采用固定床下吸式气化炉，由于其结构简单、工作稳定性好、可随时开盖添料并且出炉焦油较少。
本气化炉在设计上以《国家农业部秸秆气化验收规范和技术条件》（NY/T443—2001）的指标为设计依据，其具体指标为：
气化效率η>
70％；
燃气热值≥4．6MJ/m3。
因此，取气化炉的气化效率η=70％，燃气热值Qg=4．9MJ/m3.根据网上数据生物质气化炉内堆积的生物质密度ρ大约为90kg/m3，生物质的低位热值平均值Qb=l6MJ/kg。
依据《生物质能工程》气化效率相关计算公式：
（3.1）
式中η_______生物质气的气化效率；
Qb_______生物质原料热值（kJ/m3）；
Qg_______气化气体热值（kJ/m3）；
Gp_______气体产率（m3/kg）；
将上述数据带入式（3.1）计算得Gp值为2.29m3/kg。
（3.2）
式中Mb_______气化生物质
升级会员 