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1、河南农业大学本科生毕业设计 题 目 生物质节能猛火炊事炉 题目具体，设计的是炊事炉的什么，为什么是猛火 学 院 机电工程学院 专业班级 农业建筑环境与能源工程 学生姓名 常传祺 指导老师 荆艳艳 撰写日期：2017年x月x日摘 要随着社会的发展，人们经济水平及科技水平的提高，农村的能源结构也发生着巨大的变化。一方面，煤、石油等化石燃料价格的上涨，加重了农村居民的生活负担；另一方面，政府为改善农村环境，禁止秸秆等大量燃烧，而秸秆等生物质原料得不到合理的利用，造成了资源的浪费。所以，开发生物质能源对解决农村能源问题是一个可以考虑的方向。本课题是设计出一个生物质节能猛火炉，使生物质燃料应用于家用炉具
2、，其主要内容如下：（1） 依照炉具设计步骤，计算出炉具热效率，在此基础上计算出炉具各部分参数，参考文献确定炉具各部分的关键参数并设计出炉具。（2） 依照NY/T 8-2006民用柴炉、柴灶热性能试验方法；GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程，试验并测定出炉具的相关指标参数；计算发现相关指标与设计基本一致。（3） 分析炉具优缺点，探明其原因并提出改进方法。关键词：农村生活用能 生物质燃料炉具设计 炉具性能试验目 录1前言11.1研究背景11.2课题目的和意义12上燃均衡供氧式生物质炊事炉的设计22.1生物质炊事炉具的设计要求22.2生物质炊事炉具的原理与结构22.2.1生物质炊事
3、炉具的原理22.2.2生物质炊事炉具的结构32.3燃料及燃烧效率计算32.3.1燃料计算42.3.2炉具热效率估算42.3.2.1排烟热损失42.3.2.2机械不完全燃烧热损失，化学不完全燃烧热损失，炉具散热损失42.3.2.3灰渣热损失42.3.2.4炊具散热损失52.3.2.5其他热损失52.4 生物质成型燃料炊事炉的设计计算62.4.1 生物质燃料消耗量的计算62.4.2炉膛参数的确定72.4.3 炉排总面积及炉篦的计算82.4.3.1 炉排总面积82.4.3.2炉排热负荷92.4.3.3炉篦的计算92.4.3.4吊火高度93 生物质炊事炉具性能试验103.1热性能测试主要依据103.2
4、 试验条件103.3试验方法103.3.1实验准备103.3.2实验步骤103.3.3实验数据113.4生物质炊事炉具热性能113.4.1蒸发铝锅与水量的选择113.4.2炊事火力强度123.4.3炊事热效率124实验结果分析134.1炉具设计指标与测试结果分析比较134.2与现有炉具的比较134.2.1本炉具具有的优点134.2.2缺点及不足135总结13参考文献15致谢161前言引言包括国内外研究现状，主要陈述目前的技术研究程度，全文的文献也主要在这。请具体添加随着人类对能源开发与利用程度的加深，技术手段的发展与成熟，人们对能源的需求逐渐向多元化、高效率、可再生、清洁型能源转变。其中，生物
5、质能作为一种人类自古以来一直使用的能源，虽然在历史进程中被煤和石油所取代，但通过各种现代技术手段的加工与改造，生产出可以满足人们生产与生活的能源产品，再次展现出新的竞争力。并且随着化石资源的逐渐枯竭，生物质能以其来源广、可再生等特性再次走进人们眼前。生物质能技术是通过物理或化学技术，将生物质如秸秆、稻壳、木头、锯末等，加工成为品质更高的燃料，以满足越来越大的能源消耗。煤和石油等化石能源迟早有消耗完的一天，而生物质能技术随着不断地发展和创新，将来很有可能成为代替化石能源的主要能源之一。1.1研究背景目前，我国对生物质资源的利用主要集中在农村，虽然有些生物质资源经过加工得到很好的利用，但对大部分生
6、物质资源的利用还是以直接燃烧为主，燃烧利用率较低，有些还被当做废弃物进行焚烧处理，尽管近年来我国多地已禁止焚烧各类生物质资源，但这些生物质资源仍没有得到很好地利用。其实国内外已经对生物质能进行了很长一段时间的研究，国外甚至很早就形成了关于生物质能技术的规模化产业，其成果之一便是生物质成型燃料，生物质成型原料是以农林剩余物为原料，用生物质固化成型法压制成高密度颗粒，作为一种经济低碳的可再生能源，与煤、石油相比它灰分少、含硫量低、运输方便，并且经过压制成型后的燃料体积小、比重大、热值高，可广泛应用于供热发电或家庭做饭等。1.2课题目的和意义应用生物成型燃料技术生产出的生物燃料，可以有效缓解农村能源
7、紧张、降低农村用能费用等。然而经过调查发现市面上的生物质炊事炉大部分存在热效率低、燃烧不完全等问题，并不能满足使用者的日常所需用能，怎么说明你的效率是高的这对生物质能源的推广所以本课题目的是设计出一种具有较高热效率的家用生物质炊事炉。将这种家用生物质炊事炉广泛推广的话，将具有重大意义：（1） 能更有利于对生物质能源的推广 生物质能源是一种清洁、丰富、可再生、可替代的能源，然而由于技术水平的限制，无法得到大量的推广。尤其是生物质成型燃料，虽然其具有原料来源广，制作工艺简单，燃料价格便宜等优点，但是由于小型家用生物质燃烧炉往往具有燃烧效率不高等缺点，得不到消费者的认可。生物质燃烧炉的大规模推广将有
8、利于向社会推广生物质燃料。（2） 改善农村能源结构，降低用能费用 近几年来农村经济得到发展，能源建设效果显著，但是部分地区仍以秸秆、薪柴为主要用能对象，既破坏了植被又影响了环境。如果用化石燃料来供能又无法承担所需费用，但是用价格相对便宜的生物质成型燃料，将会在提高生活水平的同时又不会造成环境的破坏。所以大规模使用生物质燃料将会一定程度上改善农村的能源结构。2上燃均衡供氧式生物质炊事炉的设计2.1生物质炊事炉具的设计要求依据生物质燃烧的基本特性，结合农村的生活习惯和经济条件，炉具必须满足以下原则：1.结构合理，使用方便，点火容易，上火快；2.安全卫生，热性能稳定；3.适应农民生活习惯和燃料要求，
9、造价低，实用耐用。对于生物质成型原料炉具来说，除了以上原则外，还要充分考虑以下几点： 1）充分利用生物质产生的挥发性物质和燃烧过程中碳化物质的热辐射能量；2）有效利用燃烧过程碳化物质的热辐射能量，合理地组织炉内过程，保证燃烧气体能进行有效的对流换热；3）空气能均匀流畅地进入炉内，实现连续稳定燃烧；4）火力足、火势均，燃烧完全，不冒黑烟，能源利用效率高。2.2生物质炊事炉具的原理与结构2.2.1生物质炊事炉具的原理 取出聚火口，将生物质成型后的颗粒燃料从出火口加入到炉膛内的炉篦上，将配风手柄置于点火位置，采用上点火方式点燃料仓上面的引火柴，燃料点燃后打开电源开关，用操作钩装上聚火口，待燃料进入正
10、常燃烧后，可根据需要旋转配风阀手柄调节供风能力，达到所需调解火力大小，燃料燃烧结束后关掉风机开关及拔掉稳压电源。2.2.2生物质炊事炉具的结构生物质颗粒炊事炉具主要组成包括：燃烧单元、风机进风单元、自然风进风单元、隔热单元、支撑单元组成。燃烧单元有聚火口、炉膛、炉蓖、灰仓四部分组成，其结构示意图如下。1锅圈 2聚火口 3二次进风孔 4二次风套 5 燃烧炉膛 6风机 7 隔热层 8一次进风孔9一次进风套10 出灰口组件 11 可调式炉脚 12排烟口 13炉蓖 14 自然进风管 15 灰仓图2.1 生物质颗粒炊事炉具结构示意图在学院网站下载论文要求修改格式和字体本炊事炉具出火口和进料口为同一个口，
11、生物质颗粒进料方式采用一次性进料，改变了生物质炉必须留一个专门的加料窗口，方便加料的传统观念，该炉具根据用户的炊事需要，一次加料完成可满足一顿饭的炊事要求，免去了持续加料反复的劳作过程。在对颗粒引燃方式，采用上点火方式，燃料从上往下燃烧，使生物质气化和燃烧一体化，在炉口上不做任何处理进行直接燃烧。这种从上往下的燃烧方式使炉膛内的燃料燃烧时间更持久，并且炉火的出口装有聚火环，保证火势的集中，以满足炊事对火势的要求。2.3燃料及燃烧效率计算为简化实验计算，本次计算所涉及到的热力学性质均作为理想状态处理，对烟气、空气及水蒸气都作为理想气体处理。2.3.1燃料计算本次课题所采用的生物质燃料是由玉米秸秆
12、等压缩成型的颗粒状生物质燃料，为计算出生物质炉的燃烧效率，首先要知道燃料的热值，用实验室中的微量量热仪对所用燃料进行测定，测得该生物质燃料的热值约为14600。2.3.2炉具热效率估算本次设计假定冷空气温度为20，排烟温度。参考文献（锅炉计算手册），可知实际排烟焓，冷空气理论焓，过量空气系数。2.3.2.1排烟热损失排烟热损失是指排出烟气所损失的热量，计算方式如下： （%） 将具体数值带入公式，参考毕业论文要求；apy是什么，以前没有提到 （公式2.1）把实际排烟焓、冷空气理论焓等各项数值代入公式得。2.3.2.2机械不完全燃烧热损失，化学不完全燃烧热损失，炉具散热损失机械不完全燃烧热损失是燃
13、料在炉膛中燃烧时，部分未完全燃烧的固体燃料随炉渣排出炉膛或以其他方式排出，而造成的损失。由于部分CO、等可燃气体未燃烧放热就随烟气排出所造成的损失叫做化学不完全燃烧热损失。炉具散热损失是炉具外表温度高于环境温度通过对流与辐射散热造成的损失。根据所设计的生物质燃烧炉的燃烧特性，参考文献（锅炉计算手册）所得出的上述三种热损失的结果如图2.1所示。热损失是多少到底2.3.2.3灰渣热损失灰渣热损失是指排出炉膛的灰渣带有余热，使之高于环境温度，这部分热量就是灰渣热损失。 （%） （公式2.2）假定排出的灰渣为200，参考文献（锅炉设计手册）表2-21可知，此时的灰渣焓值为，把数据带入公式得。2.3.2
14、.4炊具散热损失在工作过程中，因为部分锅体是裸露在空气中的，所以会产生热量的损失，公式如下： （%） （公式2.3）式中： 材料发射率 黑体辐射常数， 发热体，环境温度，K： 辐射面积，； 辐射时间，h。参考文献（传热学）可得磨光的铝在50500时发射率为0.040.06，取；设定在环境温度为20，锅体平均温度为80，锅具约有露在炉具外面，已测得锅的直径为28cm，总高度为32cm，则辐射面积约为0.203；假设每千克燃料燃烧总时间为2小时。将上述各项数值带入公式可得2.3.2.5其他热损失除去以上热损外，还有其他未能精确计算的热损，如蓄热损失，封火热损失，添料及移动锅具产生的热损。参考文献（家用生物质成型燃料炉具的设计与研究），对其他热损失估算为25%。表2.1炉具热效率的估算表的三线格不对项目符号公式或数据来源数值单位收到基单位发热量测定14600排烟热损失公式2.111.65%化学不完全燃烧热损失锅炉计算手册
