毕业论文1.doc

毕业设计用纸
前　　言
1.1 选题背景
1.1.1 我国生物质资源及开发利用现状
生物质能源是一种分布广，资源量丰富的清洁可再生资源。现今生物质能占世界总能耗的14%，相当于1257Mt石油。我国是农业大国，生物质资源十分丰富，主要包括农作物秸杆、薪柴、山林草类、人畜粪便、生活垃圾和水生植物等，其中每年仅农作物秸杆产量可达7亿吨，约合3.5亿吨标准煤，但目前除少数农作物秸杆用作牲畜饲料和工业原料外，大部分在田间燃烧，造成了严重的环境污染和资源浪费。随着现代生物质技术的不断发展，生物质能源将在未来的可持续能源系统中占有重要地位。据预测，2050年我国生物质能开发利用量将达到275Mt标准煤，占一次能源供应量的8%。
目前生物质能的主要开发利用技术包括生物质固化、气化、液化、以及燃烧技术，其能源产品包括成型固体燃料、炊事燃气、液体燃料（生物油、柴油、汽油等）、电、热（或暖气）。与发达国家相比，我国生物质资源的现代化利用比较落后，鉴于我国基本国情和生物质资源分布区域广，适宜就地开发利用的特点，目前开发适用于各地工业锅炉的生物质能燃烧技术，是生物质能有效利用的重要途径。
1.1.2 生物质成型燃料
生物质成型燃料是将秸秆、稻壳、锯末、木屑等生物质废弃物，通过粉碎、干燥、机械加工等过程，使原来松散、无定形的原料压成结构紧密的砖型、棍型或颗粒状燃料，其能量密度较加工前要大十倍左右，热值可达15000kJ/kg左右，与中质煤相当。目前，生物质成型燃料在我国一些地区已经进行了批量生产，并形成了研究、生产、开发的良好势头。
生物质成型燃料有许多独特的优点：①便于储存、运输 ②使用方便、卫生 ③点火性能好，燃烧稳定、周期长 ④燃烧效率高 ⑤是清洁能源，有利于环保 ⑥是可再生能源，且存在广泛所以，它是一种适合于工业锅炉使用的高品位绿色环保燃料，在我国未来的能源消耗中，生物质成型燃料将占有越来越大的份额。

2

哈尔滨工程大学继续教育学院

1.1.3 小型工业锅炉概况
我国75%的工业燃料，76%的电力，80%的地方和商业能源及60%的化工原料都从煤获得。工业锅炉，燃煤电站和工业炉窑是中国三个煤消耗的主要行业，也是中国的主要污染源。目前，中国共拥有50.4 万台，126 万蒸吨工业锅炉。这些锅炉中，燃煤的占85%，年消耗原煤400 万吨，占中国煤年产量的1/3。工业锅炉的平均实际热效率只有约60%。每年排放烟尘、SO2 和CO2 分别为600 万吨，630万吨和超过750万吨。所以燃煤工业锅炉的热效率和污染排放对中国的节能、环境保护和可持续发展的影响事关重要。
由于工业锅炉是我国煤炭消费的大户,也是恶化环境的重要污染源,因此努力提高能源利用率,尽可能使用洁净能源,是发展工业锅炉技术的战略方向。生物质能作为可再生的清洁能源,从技术和经济、环境保护等效益来衡量,发展工业锅炉生物质燃烧技术具有巨大深远意义。
1.1.4 生物质燃料的优点
生物质燃料挥发份高、炭活性高、N、S含量低（含N量0.5%—3%，含S量一般仅0.1%—0.5%），灰分低，所以它特别适合燃烧转化利用，是一种优质燃料，具有良好的环保效益，具体说明如下：
(1) 燃烧生物质成型燃料可以实现CO2零排放，实质上，对生物质燃料的利用可以认为是光合作用中能量和物质转换的逆过程，可逆方程式如下：

从方程式中可看出，光合作用和生物质燃烧是相互联系的“地上”过程，此过程是碳平衡的，大气中的净碳含量没有增加，这样可以有效的缓解目前存在的温室效应。
(2) 生物质成型燃料燃烧NOX、SO2排放量很少，生物质不象矿物油和煤，其含有浓度较低的硫（S）和氮（N），燃烧产生的NOX排放量仅为燃煤的1/5，SO2的排放量仅为燃煤的1/10，这样可以有效的缓解目前由于NOX、SO2的过量排放造成的酸雨现象。
(3) 生物质成型燃料燃烧产生的粉尘量低，灰量少，并且可以添加到土壤中，作为有机肥料，被植物吸收，改善生态循环。
因此，利用生物质成型燃料提供能源并替代矿物燃料，这必将有助于能源与环境的友好良性发展和经济的可持续发展。
1.2 我国生物质锅炉的研究近况
高效低排放生物质炉具采用明火燃烧,通过合理配风,燃烧时伴有气化反应,因此人们称之为半气化炉。这种炉具不产生焦油,热效率达30%以上,烟尘污染物排放小于60 mg/m3,室内空气一氧化碳含量小于0.01‰。生物质炉具在农村使用量大,使用面广,与提高农民的生活质量息息相关。因此,在农村推广使用高效低排放生物质炉具应该贴近百姓生活,要求使用方便,性能可靠,安全卫生[1]。
刘圣勇,张百良[2]等进行了双层炉排生物质成型燃料锅炉设计与研究。基于生物质成型燃料的燃烧特性，锅炉采用双层炉排燃烧方式，工作原理是,一定粒径生物质成型燃料经上炉门加在炉排上燃烧,上炉排漏下的生物质屑和灰渣到下炉排上继续燃烧和燃烬。生物质成型燃料在上炉排上燃烧后形成的烟气和部分可燃气体透过燃料层、灰渣层进入上、下炉排间的炉膛进行燃烧,并与下炉排上燃料产生的烟气一起,经两炉排间的出烟口流向燃烬室和后面的对流受热面。考虑到燃料粒径及热负荷的大小,下炉排采用高、中、低三档活动炉排。经过试验验证，这种燃烧方式,实现了生物质成型燃料的分步燃烧,缓解生物质燃烧速度,达到燃烧需氧与供氧的匹配,使生物质成型燃料稳定持续完全燃烧,起到了消烟除尘作用。
马孝琴，李刚等[3]对小型燃煤锅炉改造成秸秆成型燃料锅炉的前景进行了分析，得出从我国秸秆资源、环保政策、秸秆成型技术的经济性及锅炉改造后秸秆成型块燃烧测试结果等方面来看，将小型燃煤锅炉改造成秸秆成型燃料锅炉，既给秸秆利用找到了一条出路，同时也给目前城镇中以下燃煤锅炉找到了替代能源。因此，此项改造技术发展前景广阔。
雷廷宙，师新广等[4]按照生物质燃气物理、燃烧特性,根据燃烧学、传热学及燃气互换性原理进行燃烧器、锅架高度等理论计算,优化设计出条形火孔旋流燃烧器、柱形极针高频脉冲点火器及双锅支架等各部分结构和尺寸,制作样机后由配气装置配制出各种生物质燃气进行实验研究,最终研究设计出高效节能、低污染、通用性好、易于点火、燃烧稳定的生物质燃气专用灶具。
河南农业大学[5]研制出适用于生物质成型燃料燃烧、供热量为87wk的双层炉排热水锅炉，并在此设备上进行了生物质成型燃料空气流动场、温度场、气体浓度场、结渣特性及确定燃烧设备主要设计参数试验，得出了以下一系列规律性成果。经测试，燃烧效率、热效率高，该锅炉燃烧设备采用双层炉排半气化燃烧方式，较好地解决了层燃生物质成型燃料燃烧设备冒黑烟、不易完全燃烧及易结渣的技术难题，实践证明，此种炉型适合燃用生物质成型燃料。
1.3 选题的意义
(1) 从我国生物质资源和小型工业锅炉的现状来看，应积极推进生物质资源的高效开发和利用，鉴于目前我国生物质资源的开发利用水平，采用直接燃烧技术是利用生物质资源最有效的的途径之一。小型工业锅炉属于耗煤大户，且污染严重，使用已受到严格限制，而生物质成型燃料同时具备了型煤和生物质燃料的优点，应该积极开发并推进小型工业锅炉燃用生物质成型燃料；
(2) 从燃用生物质成型燃料的经济性和环保性来看，生物质成型燃料已经达到批量生产，能量密度相当于中质煤，作为锅炉燃料，与其他几种化石燃料（煤、石油、天然气等）相比较，无论是从锅炉运行费用角度出发，还是从热用户采暖费用来看，都具有良好的经济性，具有强大的市场竞争潜力；另外，生物质燃料燃烧以其低粉尘、无污染、基本无CO2、SO2、NOX等有害气体排放，有效的缓解温室效应和酸雨现象，具有良好的环保效益。
因此，从经济性和环保性两方面评价，生物质成型燃料已具有强大的市场竞争力，积极倡导小型工业锅炉采用生物质成型燃料，不仅可以解决环境保护和农村生物质资源浪费的问题，同时为我国在煤炭、石油等化石能源的替代品方面寻找新的出路，所以燃用生物质成型燃料锅炉的产业化前景比较光明。

1.4 本课题的设计内容
本课题来源于工程实际，主要任务是根据给定的锅炉基本参数和生物质的燃料特性，设计一台燃烧生物质燃料的锅炉，包括锅炉的结构设计、锅炉热力计算和强度计算等三个主要部分

第一章 辅助计算与炉膛设计
1.1 锅炉的设计步骤
锅炉的设计是锅炉制造工作中的重要环节之一，在设计锅炉之前，应根据所给定的锅炉容量、参数、燃料特性有目的的调查研究，取得第一手资料，然后进行设计。一般开始设计时先选定锅炉的总体布置，进行燃料的消耗量的估算，然后再决定锅炉炉膛结构，进行炉内传热计算，决定对流受热面的结构，进行对流受热面的传热计算，在以上的结构设计和传热计算中预先选定受热面的材料、管径、布置好水系统，在以上的热力计算结束后，再根据它的计算结果，计算金属壁温并核算强度。
在进行锅炉设计时，在决定炉膛尺寸、各种受热面的面积及结构之前，必须预先决定燃料消耗量、烟气在个受热面处的成分等主要数据。例如在一个受热面的吸热量时，就必须知道这个受热面前后烟气的焓，同时为了计算烟气在受热面中的对流和和辐射放热系数，也必须知道烟气的体积、烟气中三原子气体所占的容积份额、烟气中飞灰的浓度等数值。因此在进行锅炉设计时，就必须预先把这些数值计算出来，列好表格，以便在计算中随时查用。这些计算都属于辅助计算。
在燃料消耗量一估算出来以后，就可在燃烧设备方面进行设计，决定燃烧设备的结构和尺寸、炉膛尺寸等，然后在布置受热面，进行热力计算。[7]
1.2 锅炉的总体布置
锅炉的总体布置也就是锅炉的炉膛中的辐射受热面与对流烟道和其中的各种对流受热面的总体布置，既与锅炉的参数、容量有关，也和锅炉所用的燃料性质等因素有关。
1.2.1 燃料特性与锅炉的基本参数
在锅炉设计中，燃料的原始数据是非常重要的，而且给出的数据必须正确，有代表性，才能使锅炉设计符合要求。现将设计中对燃料的原始数据分述于下。
Car=44.17% Har=9.45% Oar=32.86% Sar=0.22%
Nar=0.64% Mar=8% Aar=4.7% =13956
锅炉的基本参数见表1.1
表1.1 锅炉基本参数
参数名称
数值
参数名称
数值
锅炉热功率D（KW）
95
锅炉出水温度tcs（℃）
95
锅炉额定工作压力P（MPa）
0.2
锅炉进水温度tjs（℃）
70
1.2.2 锅炉的整体结构
锅炉采用双层炉排，使燃料进行正反双向燃烧。上炉排（水冷炉排）在炉膛上部，由直径51mm的锅炉钢管组成。水冷炉排倾斜布置，倾角为10o ，上下两端分别与炉胆相连，管内介质为水。下炉排为铸铁炉排，水平放置于炉膛下部。
生物质成型燃料由上炉门间歇的投到水冷炉排上，燃料层厚度一般保持在150～200mm左右。空气从上炉门自上而下穿过燃料层。新燃料受下炉排已燃燃料层的加热，得到预热、干燥，进而着火燃烧，火焰和高温烟气则向下流动。水冷炉排上的灰渣和部分焦炭靠自重落到下炉排上继续燃烧。烟气在上下炉排的炉膛汇集，经炉膛烟气出口进入对流受热面的烟道。燃烧形成的灰渣、细尘落入灰坑，由下炉门清除。
双层炉排炉的上炉门是燃料和空气的入口，运行时是常开的。中炉门经常关闭只是在点火和清炉、除渣时才开。下炉门用于出灰，运行时，下炉排上焦炭粒子燃烧所需的空气由此进入，因此平时要开的小些。上、下炉门的开度随燃料的特性，负荷等因素变化。由于煤的挥发分经过水冷炉排上灼热的燃料层时已基本燃尽，即使有少量尚未燃尽的在掠过高温炉膛和下层炉排上炙热的炭表面时，仍能烧尽，解决了一般手烧炉冒黑烟的问题。[8]

图（1） 锅炉本体结构图 单位：mm
1—安全阀接管 2—内封头 3—对流管　4—炉胆　5—烟道　6—炉座装置　7—横水管二　
8—横水管一　9—清灰接管　10—锅壳　11—外封头　12—出水口接管　13—冲天管　
1.3 燃料的燃烧计算
燃料的燃烧计算就是燃料中的可燃成分（C、H、S）与空气中的氧在高温条件下发生强烈的放热并发光的化学反应过程。燃烧之后生成烟气和灰，要使燃料完全燃烧必须提供燃烧所需要的空气，并使燃料与空气充分混合，同时及时排走烟气和灰，否则就不能保证燃料完全燃烧。[7]
燃料的燃烧计算就是计算燃料燃烧所需的空气量和生成的烟气量。就给定的生物质燃料而言，燃烧所需理论空气量和产生的理论烟气量列于表1.2
表1.2 理论空气量和理论烟气量计算表
序号
名 称
符 号
单 位
公 式 及 计 算
结 果
1
理论空气容积

Nm3/kg
0.0889(Car+0.375Sar)+0.265Har-0.0333Oar
5.3441
2
三原子气体容积

Nm3/kg
0.01866(Car+0.375Sar)
0.8258
3
理论氢气容积

Nm3/kg
0.008Nar+0.79
4.2270
4
理论水蒸气容积

Nm3/kg
0.111Har+0.0124Mar+0.0161
1.2584
5
理论烟气容积

Nm3/kg
++
6.3112
6
飞灰中纯灰份额

—
通过参考文献[8]表6-3
0.12
7
飞灰中飞灰质量浓度

0.053
8
煤的折算灰分

1000
3.3677
9
烟气质量

10.8986
在锅炉实际运行时，由于锅炉燃烧技术条件的限制，不可能做到空气和燃料理想的混合，只按理论空气量是不能达到完全燃烧的，因此实际供给空气量要比计算出的理论空气量Vk0多，才能保证燃料的完全燃烧。锅炉各受热面的实际空气量见表1.3。
表1.3 空气平衡表
序 号
名 称
公 式
符 号
单 位
炉 膛
对流受热面
1
漏风系数
参考文献[8]表2-7

——
0.05
0.05
2
出口过量空气系数
参考文献[8]表2-7
″
——
1.45
1.50
3
入口过量空气系数
参考文献[8]表2-7
′

1.40
1.45
4
平均过量空气系数
（”+′）/2

——
1.425
1.475
空气平衡表编好后，就可以根据它来计算烟道各处的烟气体积和烟气的其他有关数据，编制成烟气性质表，见表1.4
表1.4锅炉各受热面的烟气特性
序号
名 称
符 号
单 位
公 式
炉膛
对流
受热面
1
烟气总容积

Nm3/kg
=+1.0161（-1）
6.3478
6.3978
2
水蒸气容积份额

——
=
0.1994
0.2004
3
三原子气体容积份额

——
=
0.1308
0.1808
4
三原子气体
总容积份额

——
=+
0.3302
0.3802
5
烟气质量

kg/kg
=1-+1.306
10.8986
10.9486
6
飞灰浓度

kg/kg

0.52
0.57
1.4 焓温表
空气平衡表编制好，并计算出计算烟道各处的烟气体积后，就可以计算出不同温度下（100℃—1600℃）各受热面处实际烟气的焓，并制作成焓温表，见表1.5
烟气温度

/℃
V=0.8258
/(m/kg)
V=4.2270
/(m/kg)
V=1.2584
/(m/kg)
h
kJ/kg
V=5.3441
/(m/kg)
h= h+
(h
kJ/kg

炉膛
=1.45
对流受热面=1.50
100
169.7
140.1
129.6
547.8
150.5
189.4
877.3
132.0
705.4
1194.7
1230.0
200
357.0
294.8
259.6
1097.3
303.9
382.4
1774.5
265.9
1421.0
2414.0
2485.0
300
558.0
460.8
391.3
1654.0
461.9
581.3
2696.1
402.1
2148.9
3663.1
3770.6
400
770.8
636.5
525.8
2222.6
625.3
786.9
3646.0
540.9
2890.6
4946.8
5091.3
500
994.8
821.5
663.0
2802.5
793.4
998.4
4622.4
683.0
3654.8
6267.1
6449.8
600
1220.6
1008.0
802.6
3392.6
965.6
1215.1
5615.7
828.5
4427.6
7608.1
7829.5
700
1458.8
1204.7
944.7
3993.2
1145.3
1441.2
6639.1
978.1
5227.1
8991.3
9252.7
800
1701.3
1405.0
1091.0
4611.7
1333.4
1678.0
7694.7
1128.6
6031.4
10408.8
10710.4
900
1947.9
1608.6
1241.5
5247.8
1521.5
1914.7
8771.1
1279.1
6835.6
11847.1
12188.9
1000
2198.7
1815.7
1391.9
5883.6
1722.2
2167.2
9866.5
1433.7
7661.8
13314.3
13697.4
1100
2453.7
2026.3
1542.4
6519.7
1922.8
2419.7
10965.4
1592.6
8511.0
14795.4
15220.9
1200
2712.8
2240.2
1692.9
7155.9
2127.6
2677.4
12073.5
1751.4
9359.7
16285.4
16753.4
1300
2972.0
2454.3
1847.6
7809.8
2340.8
2945.7
13209.8
1910.3
10208.8
17803.4
18313.8
1400
3235.3
2671.7
2006.4
8481.1
2554.0
3214.0
14366.8
2073.3
11079.9
19352.8
19906.8
1500
3498.7
2889.2
2161.1
9135.0
2775.5
3492.7
15516.9
2236.3
11951.0
20894.9
21492.4
1600
3762.0
3106.7
2319.9
9806.2
2997.1
3771.6
16684.5
2399.3
12822.1
22454.4
23095.6
表1.5 焓温表
1.5 锅炉效率和燃料消耗量的估算
1.5.1 设计锅炉时，所设计锅炉的效率是通过以下方法进行估算：
（1）根据燃料的性质、燃烧方法估计化学及机械未完全燃烧损失q3和q4：
通过参考文献[8]表7-26得 q3=1%，q4=5%
（2）根据锅炉蒸发量、有无省煤器、空气预热器等从参考文献[]图2-2中的曲线决定锅炉外部冷却损失q5=3%
（3）从燃料的灰分含量估算灰渣物理热损失 ：q6=1.5%
（4）排烟损失q2可根据排烟过量空气系数αpy、排烟温度及冷空气温度来计算。先假定锅炉的排烟温度为θpy=300℃，冷空气温度为20℃，
根据αpy和θpy，查焓温表得=3770.6，
根据冷空气温度为20℃，查焓温表得=705.4=150
则，
q2=
= =24.14%
（5）在q2、 q3、 q4、 q5、 q6数值已知后，即可算出锅炉效率：
=1-（++++）=1-（24.14+5+1+3+1.5）=65.36%
1.5.2 锅炉燃料消耗量计算
（1）锅炉热功率P=95KW（任务书给定）
（2） 锅炉燃料消耗量B（） B===0.0105
（3） 保热系数：
==0.9559
（4） 计算燃料消耗量 （）
=B（1）=0.0105=0.00998

第二章 炉膛传热计算
锅炉炉膛内的换热过程是很复杂的。送入炉内的燃料和空气着火燃烧后生成高温的火焰和烟气。烟气和火焰流向炉膛出口的过程中以辐射和对流方式将热量传给四周被灰垢覆盖的水冷壁。炉膛出口处烟气被冷却到一定温度，称为炉膛出口温度，然后进入对流烟道。当燃料种类不变，送入炉内的燃料数量和热空气温度等不变时，炉内辐射受热面面积越多，则换热量也越多，炉膛出口烟气温度就越低，反之，炉内辐射受热面愈少，则炉膛出口温度越高。
炉内换热的主要特点：
(1) 燃料燃烧和炉内换热同时进行。
(2) 炉内换热方式有辐射和对流，对于除旋风炉膛以外的炉膛来讲，两种换热方式中以辐射为主，对流传递热量所占比例很少，通常不到5%。
(3) 燃烧不同燃料时，构成火焰辐射的物质各异，使得火焰的辐射特性不同。
(4) 在火焰流向炉膛出口过程中，火焰温度变化剧烈，火焰中的辐射成分也有变化。
(5) 炉膛内辐射受热面通常被灰垢所覆盖，燃用不同燃料时灰垢的厚度和性质均不同，灰垢表面具有很高的温度，处于炉膛内不同位置上的灰垢层表面温度也不相同。
因此， 炉内传热过程是燃料燃烧过程，空气，燃料以及燃料产物的流动过程同时进行，情况很复杂，还不能用理论分析方法来计算，而一般是根据由实验数据整理出的经验公式来计算。如果应用时未超出公式的有效范围，计算上基本是精确的。[8]
2.1 炉膛传热基本公式
炉膛传热计算中,主要利用炉膛出口烟气温度来校核炉膛结构的合理性。炉膛辐射的传热的的基本方程，对该方程整理，引入相似准则数，简化后得到炉膛出口烟温计算公式（2-1）
=
（2-1）

其中： —— 计算炉膛出口烟温 （℃）
—— 理论燃烧温度 （K）
M —— 火焰中心高度系数
—— 炉膛黑度
—— 辐射受热面热有效系数
—— 炉膛辐射受热面 (m)
—— 保热系数
—— 计算燃料消耗量 ( kg/s )
—— 烟气平均热容量 ( kJ/ (kg·℃))
这就是目前锅炉传热计算中的计算公式。在燃料种类和燃料量一定时，炉内辐射受热面越大，炉膛出口烟气温度越低，反之，炉内辐射受热面积愈小，则传热量越小，炉膛出口烟气温度越高。
炉膛传热计算采用校核计算方法，先初步确定炉膛内布置的辐射受热面，校核炉膛出口烟气温度。当炉膛结构尺寸不满足要求时，要对炉膛结构尺寸进行修改，直到炉膛出口烟气温度满足要求，并再次计算炉膛容积热负荷、炉膛辐射受热面热负荷及炉排有效燃烧面积热负荷，对燃烧要求进行校核，最后满足要求后，炉膛的结构尺寸才可确定。
2.2炉膛结构特性计算
(1) 炉膛容积（） ： ==0.231
(2) 炉膛周界面积（）
=
= =2.061
(3) 炉膛辐射面积（）
′+==1.449
(4) 角系数 查文献[8]表4取 1
(5) 污染系数 查文献[8]表4取 0.6
(6) 有效辐射换热面积（） ：
=1 =0.8694
(7) 有效辐射厚度（） ：
S===0.403
(8) 热有效系数=0.6查文献[8]表3-5
(9) 炉排有效燃烧面积（）
R===0.196
2.3 炉膛传热计算
(1) 燃烧产物拥有热量（）
Qa=Qar,ner,p
=13956 =13251.2
(2) 燃烧产物的理论燃烧温度（K）
根据Qa、=1.45查焓温表 =995.3℃ =1268.3K
(3) 炉膛出口烟温（℃） =700℃（先假设后校核）
(4) 炉膛出口烟焓（）
根据、=1.45查焓温表 8991.3
(5) 烟气平均热容量
===11.62
(6)炉膛压力p=0.103MPa
(7)三原子气体总分压力：
=0.2430.103=0.02503
(8)三原子气体辐射减弱系数

=700+273=973K
得 =13.32
(9)飞灰辐射减弱系数
=580.5
:灰粒直径20um
:烟气密度1.3kg/
==0.52kg/kg
(10)火焰辐射减弱系数=4.6
(11)火焰黑度=0.2012
(12)炉膛黑度：

==0.412
(13) 火焰中心高度系数 M 查文献[8]表3-3得 M=0.52
(14) 校核,求

==699℃
由于：700-699=1℃＜100℃ 故：计算合理
(15) 由以上计算可知炉膛出口烟气温度 ℃
(16) 实际炉膛出口烟气焓植
据，=1.45查焓温表得 =8991.3
(17) 炉膛内辐射传热量（）
==6607
(18) 容积热负荷qv (kW/m)
qv=Bj=285.41 kW/m
2.4 对流受热面传热计算
在锅炉的对流受热面中，烟气主要以对流方式把热量传给受热面中的工质，但是烟气中三原子气体如水蒸气、二氧化硫、二氧化碳等气体以及烟气中悬浮的飞灰都有辐射能力，能够辐射热量给受热面，因此可以说，在对流受热面中总是对流和辐射传热过程同时存在，不过只是以对流传热为主。[7]
2.4.1 对流受热面的结构参数计算
(1) 对流管直径 (结构给定)
(2) 对流管横向截距 (结构给定)
(3) 对流管纵向截距 (结构给定)
(4) 横向相对截距 ==
(5) 纵向相对截距：

(6) 对流管横向排数 (结构给定)
(7) 对流管纵向排数 (结构给定)
(8) 对流受热面面积

其中：
带入各值得：
(9) 烟气流动截面积

2.4.2 对流受热面传热计算
(1) 入口烟温度 ℃
(2) 入口烟气焓
(3) 假定出口烟温度 200℃
(4) 出口烟气焓（）
根据200℃、=1.50查焓温表得
(5) 烟气平均温度（℃）

℃
(6) 烟气放热量（）

(7) 工质入口温度tg=70℃
(8) 工质出口温度tc=95℃
(9) 平均温压（℃）
℃
℃
故：
℃
(11)烟气流速：

=2
(12)查平均烟气温度下烟气的特性数据：
在附录一中得在450℃时 ℃ （平均温度下的数值）
(13)烟气侧对流换热系数 ：

式中：
故

由于 查文献[8]图4-7得
由于
故

根据烟气平均温度和水蒸气的容积份额rH2O文献[8]图4-7得
(15) 热有效系数，通过查文献[8]表4-6得到=0.72
(16) 传热系数 ，本设计中可忽略不计。故

(17) 烟气侧对流换热量：

=

(18) 相对误差

.5%＜% 符合要求

第三章 强度计算
一台锅炉要耗费数吨钢材，根据条件不同，选用钢材的品种往往达到十几种。全国锅炉制造厂每年的用钢量是很大的因此必须了解锅炉钢材的工作条件、对钢材的性能要求以及锅炉元件的强度计算，才能合理的经济地使用钢材，是宝贵的钢铁资源更好的满足社会主义国民经济建设的需要。
锅炉都有受压部件、受压容器，他们在很高的温度下工作。一台锅炉的爆炸要造成巨大的损失，因此必须保证在任何情况下都能安全运行，在保证安全的前提下节约钢材。
本设计强度计算依据GB/T16508-1996《锅壳锅炉受压元件强度计算》标准进行。[7]
3.1 锅壳的强度计算
材料选用：，锅壳内径：
3.1.1计算压力：依据标准3.5.1条，
3.1.2许用应力：
由表4 ，不直接受烟气或火焰加热的元件的计算壁温℃，又根据根据3.41条规定，得℃
查表1 ，Q235-B在250℃时的基本许用应力为=103MPa
由表3，不受热的内压锅壳筒体基本许用应力修正系数=1
许用应力=1 =103MPa
3.1.3最小减弱系数Φmin
①纵向焊缝减弱系数通过查文献[8]表5-3得
②纵向（轴向）孔桥减弱系数
（d取椭圆短轴平均值）

③横向孔桥减弱系数

④斜向孔桥减弱系数

其中：
故：

综上，由于轴向减弱系数小于横向、斜向及焊缝的减弱系数，所以最小减弱
系数为Φmin=0.464
3.1.4 理论计算厚度

3.1.5附加厚度： c=c1+c2+c3=1.1mm
其中：腐蚀减薄量 ，材料下偏差 ，工艺减薄量
3.1.6 最小需要厚度

3.1.7 取用厚度：
3.1.8 锅壳的实际减弱系数：

其中：

mm
由于<0.4 则需要加强的孔已经得到自身的加强，无需另行加强。
3.2 炉胆的强度计算
材料选用：，炉胆内径：Dn=600mm
3.2.1计算压力：依据标准3.5.1条，
3.2.2常温抗拉强度：
3.2.3最小减弱系数Φmin： 按5.2.1条规定选
3.2.4 计算长度：

1、 内封头外高度：

2、内封头外直径：
（先假设）
3、，
查表9得，故
由此可推出：

3.2.5 最小需要厚度
将以上各值代入得

3.2.6 取用厚度

3.3 外封头的强度计算
材料选用：，外封头的内径：
3.3.1 计算压力p：依据标准3.5.1条，
3.3.2许用应力
由表4 ，不直接受烟气或火焰加热的元件的计算壁温℃，又根据根据3.41条规定，得℃
查表1 ，Q235-B在250℃时的基本许用应力为=103MPa
由表3，不受热的内压锅壳筒体基本许用应力修正系数=1
许用应力：=1
=103MPa
3.3.3外封头的形状系数Y
外封头的内高度：

3.4.4外封头的减弱系数

其中为内封头的开孔直径200mm
3.3.5 附加厚度

其中：腐蚀减薄量 材料下偏差 工艺减薄量

3.4.6最小需要厚度
将以上各值依次代入得

3.3.7 取用厚度

3.4 内封头的强度计算
材料选用：，内封头的内径：
3.4.1 计算压力p：依据标准3.5.1条，
3.4.2许用应力
由表4 ，直接受烟气或火焰加热的元件的计算壁温
℃
由于＜℃
根据3.4.1规定℃
查表1 ，Q235-B在250℃时的基本许用应力为=103MPa
由表3，不受热的内压锅壳筒体基本许用应力修正系数=1
许用应力=1 =103MPa
3.4.3内封头的形状系数

其中 内封头的内高度：
3.4.4 内封头的减弱系数

其中为内封头的开孔直径200
3.4.5 附加厚度

其中：腐蚀减薄量 材料下偏差 工艺减薄量
故
3.4.6 最小需要厚度
将以上各值依次代入得

3.4.7 取用厚度

3.5 设计总结
经过三个多月紧张的设计，在田老师的悉心指导和本组同学们的热心帮助下，我的毕业设计有序而准确的完成了。本次设计我选择了800型家用生物质供热锅炉结构设计，从锅炉的炉膛设计，炉膛的传热计算，和锅壳、内胆强度计算等几个方面入手，将近三年所学的专业知识进行了一次系统的回顾和总结。本次设计也是对我大学期间所掌握的专业知识的一次检验。
在此次设计中，我查阅了大量的资料，认真翻看课本，虚心向老师和同学请教，取得了一定的收获。不仅对一些理解不够的内容加深了认识，还学到了一些新的内容，增加了自己锅炉的认识，并为以后继续工作和学习打下了一个良好的基础。
总体上说，本次毕业设计总体情况良好，基本上做到了按时完成设计任务，我通过本次毕业设计达到了综合运用专业知识进行分析和设计的效果，同学们也大都将毕业设计和实际应用结合起来。我们要凭着扎实的功夫，不断的学习，充实自我，才能跟上社会的前进，紧随电力发展的脚步。但此次毕业设计中，由于本人知识水平有限，本设计中的错误和不妥处，恳请老师及同学给予批评指正。

参考文献
[1]中国农村能源行业协会，节能炉具专业委员会．发展民用生物质炉具促进朝阳产业发展．可再生能源．2007,4
[2]刘圣勇,张百良等．双层炉排生物质成型燃料锅炉设计与研究．农业工程学报．2003,11
[3]马孝琴,李刚等．小型燃煤锅炉改造成秸秆成型燃料锅炉的前景分析．农村能源．2001,5
[4]雷廷宙,师新广等．生物质燃气专用灶具的设计．农业工程学报．2001,7
[5]李萌．生物质成型燃料热水锅炉的改进与试验．河南农业大学硕士学位论文．2006,6
[6]江红辉．工业锅炉技术大全．科学普及出版社．1990
[7]曾麟,王革华．世界主要发展生物质能国家的目的与举措．清华大学.1997
[8]范铁夫．锅炉原理及计算．科学出版社．1985
[9] 宋贵良．锅炉计算手册．科学技术出版社．1994

致　　谢
本文是在田恒生老师的悉心指导下顺利完成的。田老师为人正直、作风严谨、专心治学的精神是我这 阶段受到的最有益的教诲。此外，田老师还在生活和学习各个方面都给予我无微不至的关怀，对我的成长起到了重要作用。在做毕业设计阶段，田老师对我的设计倾注了大量的心血，对研究中出现的问题提出了很多有指导性的意见和建议，指导我在有限的时间内高质量的完成了论文。在此我再一次对田老师表示我衷心的感谢！
同时，我的老师、家人、朋友和同学都在我做设计阶段给予了我莫大的鼓励、支持和
帮助，借此机会也向他（她）们表示诚挚的谢意！

附录一
烟气的运动粘度、导热率、普朗特数在各个温度下的变化
温度
/℃
空气
烟气

0
13.2
2.43
0.70
11.9
2.28
0.74
100
23.2
3.19
0.69
20.8
3.13
0.70
200
34.8
3.90
0.69
31.6
4.01
0.67
300
48.2
4.48
0.69