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1、分类号U DC密级编号工学硕士学位论文V7 8 0 4 5 9燃气间歇式供暖系统的研究设计硕士研究生：指导教师：学位级别：学科、专业：所在单位：论文提交日期：论文答辩日期：学位授予单位：张义农郜冶教授工学硕士热能工程建筑工程学院2 0 0 5 年2 月2 0 0 5 年3 月哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学硕士学位论文摘要随着科学技术的发展，天然气这种清洁能源。将越来越广泛的使用。根据我国的能源政策，结合中国经济发展运状况，2 1 世纪中国的燃气锅炉将会有很大的发展。在我国东北农村的中小学校、理发店、小商店等场所，晚上下班后一般不继续供暖。为此我们特别研制了能够间歇供暖的燃气供暖系统。系统是以防冻
2、液为循环介质，能够在O C 以下的情况下使锅炉仍能正常工作。供暖系统的燃气锅炉是我们为满足农村中小学校、理发店、小商店的供暖需求专门设计的，包括燃烧器、换热器、循环水泵等，其燃烧为负压燃烧，所需空气取自室外，燃烧后的烟气直接强制对室外排放，对室内空气不会造成任何影响。为使系统能够正常的工作，我们特别制作了膨胀水箱，膨胀水箱能保证系统的正常工作和安全可靠。为了验证系统安全性、可靠性、系统的工作效率、各项指标是否能满足设计条件，我们进行了采暖的试验，实验证明在o x 2 以下的情况下，系统能够安全稳定的运行。通过实验，得出温度与时间的关系，燃气消耗量与温度关系，并拟合了它们关系的曲线。最后用F L
3、 U E N T 软件计算了停机1 4 小时内，室内的平均温度。关键词：燃气间歇式供暖系统：燃气锅炉；循环介质：膨胀水箱；防冻液哈尔滨二I=程大学硕士学位论文A B S T R A C TW i t ht h ed e v e l o p m e n to fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y,n a t u r a lg a s，a sak i n do fc l e a ne n e r g ys o u r c e，w i l lb eu t i l i z e dm o r eb r o a d l y A c c o r d i n gt ot
4、 h ee n e r g yp o l i c yo fo u rc o u n t r yi nc h i n a，c o m b i n e dw i t ht h ee c o n o m i cs i t u a t i o no fC h i n a，w ec a na n t i c i p a t et h a tt h eb u r n i n gg a sb o i l e rw i l lh a v eag r e a tf u t u r ei nc h i n ai nt h e2 1 s tc e n t u r y I ne l e m e n t a r ys
5、c h o o l，m i d d l es c h o o l，b a r b e r s h o p，s c h o o ls t o r e，e t c H e a tp r o v i d i n gi sn o tc o n t i n u o u sa f t e rw o r ki nt h en o r t h e a s to fc h i n a S ow ed e s i g n e dt h i ss y s t e mi no r d e rt om e e tt h ed e m a n d I nt h i ss y s t e m，a n t i f r e e
6、 z ei su s e da sc y c l i n gm e d i u m，w h i c hC a l lg u a r a n t e et h es y s t e mI ow o r kw e l le v e nu n d e r0 C T h i sh e a t i n gs y s t e mi sd e s i g n e ds p e c i a l l yt om e e tt h et h e r m a ld e m a n di np l a c e sm e n t i o n e da b o v e W es p e c i a l l yd e s
7、i g ng a sb o i l e rb u r n e r,h e a te x t r a c t o ra n df o rt h i sh e a t i n gs y s t e m T h eC o m b u s t i o ni su n d e rn e g a t i v ep r e s s u r e T h ea i rn e e d e di sf r o mo u t d o o r s B e c a u s et h ef l u e g a si se x p e l l e dt oo u t s i d e，i th a sn oi n f l u
8、e n c eo nt h ea i ri n s i d el o o m。I no r d e rt og u a r a n t e es y s t e mt oo p e r a t es e c u r e l ya n ds t a b l y,w es p e c i a l l yd e s i g n e de x p a n dw a t e rt a n k，w h i c hc a ng u a r a n t e es y s t e mt oo p e r a t es e c u r e l ya n ds t a b l y T h er e l a t i
9、o n s h i p sb e t w e e nt h et e m p e r a t u r ea n dt i m e,t h eg a sc o n s u m p t i o na n dt h et e m p e r a t u r ea l eg i v e na f t e re x p e r i m e n t，t h e nc u r v ef i t t i n g T ot e s tw h e t h e rt h es e c u r i t y,t h er e l i a b i l i t ya sw e l la st h ee f f i c i
10、e n c yo ft h i ss y s t e mc a ns a t i s f yt h ed e s i g n i n ge x p e c t i o no rn o t，w i t ht h i ss y s t e mah e a t i n gt e s t哈尔滨工程大学硕士学位论文w a sp r o f o r m e d，I ts h o w e dt h a tt h es y s t e mc a no p e r a t es e c u r e l ya n ds t a b l yu n d e r0I nl a s t，t h ea v e r a g
11、et e m p e r a t u r eo fr o o mi n1 4h o u r sw a sc o m p u t e db yt h es o f t w a r eo fF L U E N Ta f t e rb o i l e rs t o p p e d K e yw o r d s；T h ei n t e r v a l l i ch e a t i n gs y s t e mb yg a s，G a sB o i l e r,C y c l i n gm e d i u m，E x p a n dw a t e rt a n k，A n t i f r e e z
12、e哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献等的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者(签字)：日期：2 0 0 5 年2 月2 0 日哈尔滨工程大学硕士学位论文1 1 背景和依据第1 章绪论近年来我国经济持续快速发展，人们的生活水平显著提高。现实情况促进了人们提高生活质量的要求，同时也促进了服务业的发展，家庭和服务业
13、对能源的需求也越来越多。工业化、城市化发展要求城市采用高品质清洁能源。高水平经济发展依赖高品质能源，也是其发展的结果。近期城市经济结构调整和发展对能源结构的影响，就反映了这一点。能源结构调整是城市经济发展的基本要求，环境保护、可持续发展要求城市发展采用气体能源，可以减少污染、发展绿色经济。燃油和燃气价格比燃煤高，但效用高，用户易接受。美国经济年增长1 一3，电力增长2 0，而总能耗下降。丹麦采用大规模燃煤热电联产和小型燃气热电联产供热，经济发展的同时实现了能源消耗负增长。这表明高水平经济对高品质能源的依赖程度高。在中国能源的供应以煤为主，能源的需求量增大以后，以煤为主要能源的弊端曰益突出(例如
14、浪费能源，热效率低，污染环境，某些地区集中供热包烧费的收缴闫题目益严重)必须寻找其他能源在某些领域替代燃煤。我国是一个原油缺乏的国家，所以应大力发展燃气能源“1。另一方面，传统的生活用能方式所需的市政基础设施，本来就十分薄弱和严重不足，而这些市政基础设施的建设，又都耗资巨大。高速发展与中国资金不足是一对矛盾，完全按传统的生活用能方式的要求加速市政设施的建设是不现实的。1 2 燃气能源及燃气采暖的特点1 2 1燃气能源的优势1 在各种燃料中，气体燃料的燃烧过程最容易控制，也最容易实现自动调节，气体燃料可以进行高温预热，因此可以用低热值燃料来获得较高的燃1哈尔滨工程大学硕士学位论文烧温度，有利于节
15、约能源，降低能耗。由于以上特点，气体燃料在冶金企业的燃料中一直占有重要地位，对于某些工艺要求比较严格的加热炉和热处理炉(尤其是低温处理炉)，为了便于控制炉温和化学成分，以保证产品的表面现象质量，除了电能外，气体燃料是最理想的燃料了。2 气体燃料热效率高，因此可很好的节约能源。与煤燃料相比可提高热效率2 倍以上，较油燃料提高近l 倍。由于气体燃烧完全，无剩余物，而煤燃料有灰渣，油燃料有剩余油胶物等，不易清洁，且设备易老化损坏。工业生产中气体燃料还可提高产品的质量和产量，更容易实现生产自动化，可大大降低工人的劳动强度，提高劳动生产率。3 燃气日常使用费比属于二次能源的电更便宜。每公斤液化石油气完全
16、燃烧后产生的热量与1 1 6 度电转换的热量相同，以目前每公斤液化石油气3元及每度电0 4 元计算，产生相同热量需要的电费是液化气费的1 5 5 倍，而每立方米天然气产生的热量与9 9 度电转换的热量相同，以目前北京市天然气价格每立方米1 7 元计算，产生相同热量需要的电费是天然气费的2 3 倍。每立方米人工煤气产生的热量与4 7 度电转换的热量相同，以目前价格人工煤气费0 9 元计算，产生相同热量需要的电费是人工煤气费2 1 倍”。由此可见，虽然电能更清洁，但使用费却比燃气费贵许多，也就是说，使用燃气更经济。4 燃气的输送储存更方便、更科学。由于燃气的压缩性很大，流动性很大，所以加压后通过管
17、道可以很方便的输送到使用地点。即使在不宜铺设管道的地方，不管作为生活煤气或动力煤气使用，可加压处理使之在常温下变为液体，贮于贮气简中，成为液化石油气或液化天然气，这样可以使体积大大减少，搬运、装卸都极为方便，从而大大减轻交通运输压力，对缓解大中城市的道路交通压力大有益处。5 由于燃气点火容易、燃烧快、稳定，既省时又节能可根据使用要求，随意调整火焰的大小。由于供气压力比较稳定，所以火力大小也稳定。使用非常方便，这对日常生活中烹饪及供应热水显得尤为重要。6 由于燃气能源有许多特点及优势，目前它的适用范围越来越广泛。在工业方面有内燃机车、公交汽车等，而在民用方面，已有燃气灶具、燃气烤箱、燃气热水器、
18、燃气取暖器、燃气开水锅炉、燃气烘干机、燃气烤箱、燃2哈尔滨工程大学硕士学位论文气空调等，使用领域非常广泛。气体燃料有利于提高热效率，节约能源，如在民用领域气体燃料与燃煤相比热效率可提高2 倍以上。1 2 2 燃气采暖系统的特点通过自动与手动温度控制间歇式供暖，基本上达到了冷热随意、开关由己、人走热收、人归暖来、按需供给、各取所需的，理想的能源供给与消费模式：基本无损耗的能源输送、入户燃烧、8 2 以上的热效率，实现了节能和高效；燃气实现了供热能源结构的变革，环境温暖舒适，设备系统又美观又保证了环境的清洁卫生、无污染：燃气供热系统从市政角度，投资小、占地少、建设快。气体燃料的封闭性与易控性，以及
19、强制性户外空气交换，加之电脑控制系统的应用，使燃气采暖系统更加安全，可靠，便利。综上所述：1 燃气采暖经济上是可以接受的。从宏观上说，燃气采暖污染少、社会效益好、投资费用没有增加，且运行费用省。重要的是单元式燃气采暖避免了原来采暖方式的”大锅饭”现象，能解决包烧费的收缴问题。2 燃气采暖方式在安全上是可以得到保障的。各种安全保护装置配置齐全，只要把好产品质量关，正确的安装和使用，己配置的安全保护装置完全可以做到防患于未然，消除事故危害，保障用户的生命和财产安全。3 燃气采暖可在更大的范围内推广。从以上三个方面可以看出，燃气采暖在技术上可行、经济上可接受、安全上可以保障，应在更大范围内推广。1
20、3 发展现状1 3 1 燃气采暖的发展现状燃气采暖在我国尚属起步阶段，只是近几年随着城市燃气事业的发展，才得以应用。而在国外，像美国、加拿大及欧洲的德国、法国、意大利、荷兰、西班牙等国单元式燃气采暖应用较早，已有几十年的历史，而且曾对日本等发达国家的经济持续高速增长发挥了很大的作用，近年来燃气采暖的发展速度是惊人的。1。随着我国经济改革的深入，人们生活水平的提高，环保意识的增强，以及住房制度、供热制度的改革，西气东输、俄气南进等燃气4。；堕尘!耋王堡查耋堡土兰堡喧兰一工程计划的实施，液化石油气市场的开放和液化石油气管道供应技术的应用，使燃气作为一种清洁高效的能源，正在向一直以煤为主要燃料的采暖
21、行业进军，并迅速扩大其市场份额，单元式燃气采暖作为燃气采暖的一种形式，以其计费管理方便、室温控制调节简便易行、安全可靠以及其良好的经济性必将得以快速发展。1 3 2 燃气锅炉的发展现状1 3 2 1 概述我国的燃油、燃气工业锅炉问世比西方国家晚1 5 年左右。2 0 世纪6 0 年代到7 0 年代，只有三家制造厂，产品的产量也极少。7 0 年代后期以来，无论是制造厂还是燃油、燃气锅炉的安装和使用数量增长十分迅速。经过二十年的发展，我国的燃油、燃气锅炉的品种增加很快，产品质量也有很大提高，特别是锅炉本体(受压部分)的质量水平已不亚于发达国家的制造质量，但是燃烧器的工艺水平和燃料供应系统中一些关键
22、部件与发达国家相比，差距还很大。因此目前燃气锅炉的发展就出现明显“中西结合”态势，即国内锅炉本体配国外燃烧器。因进口设备价格高，有的用户就在旧式燃煤炉上，加装各种各样的非正式厂家生产的燃烧器，其热工性能不匹配，成了“油老虎”和“气老虎”，另外在安全与环保上均达不到可靠的指标。旧式锅炉改造为燃油、燃气锅炉，其热效率之低，不言而喻。锅炉是“锅”与“炉”的统一体。只有正确匹配“锅”与“炉”才能充分发挥其应有使用价值。在安全问题上，配套不合理的燃油、燃气锅炉问题也不少，燃煤锅炉改燃油、燃气锅炉很少有完整的可靠燃烧安全保护装置和自动控制装置。因此，煤炉改造烧油(气)锅炉是不可取的，发展小型燃气锅炉是环保
23、、安全、节能的需要。为了抑制大气环境的恶化，北京等全国许多大中城市都提出了用燃油、燃气锅炉代替燃煤锅炉的实施方案，给燃油、燃气锅炉的发展提供一个很好的发展机遇。在小型锅炉上，由于燃气综合技术的不断提高，以及国家的气源不断开发和城市燃气管道化，燃气小型立式锅炉将会得到广泛的应用。1 3 2 2目前常用燃气锅炉种类及特点：燃气锅炉也分锅壳锅炉和水管锅炉两大类，基本结构与燃煤锅炉基本相4哈尔滨工程大学硕士学位论文似。但燃油、燃气锅炉燃烧强度高(炉膛容积热负荷为链条炉的1 4 2 6 倍)，对流传热烟气速度高(可为燃煤烟气速度的2 倍以上)，大多采用微正压燃烧，其结构紧凑，体积小，在结构上适用正压燃烧
24、和通风。1 立式锅壳锅炉立式锅壳锅炉的锅壳纵向轴线与地面垂直，占地面积小，结构也比较简单。这种锅炉工作压力可达2 0 M P a，最大出力为1 5 6 0 k g A 或1 0 M W。2 卧式锅壳锅炉卧式锅壳锅炉几乎是国内外燃油、燃气卧式锅炉的唯一形式，其工作压力一般为2 0 M P a 以内，最大容量不超过3 0 t h。3 水管锅炉水管锅炉与锅壳锅炉相比，容量和压力都不受限制，便于布置成各种形式，水循环也比较好，但对给水要求比较高。因为采用微正压燃烧和通风方式，要求炉墙的强度和密封性要好，般炉膛水冷壁都布置成密闭性结构，炉墙可采用一层或两层金属护板。目前已有美、英、法、瑞士、意大利、韩国
25、、日本等国4 0 余家厂商的燃油、燃气锅炉产品进入中国市场。预计随着环保力度的加大，关税的进一步降低，特别是加入W T 0 后国外燃油、燃气锅炉还将大量涌入中国市场，将对国内产品产生巨大的冲击。目前国内专业技术人员博采众家之长，设计出自己的燃油、燃气锅炉自动控制系统并已推广使用，性能不亚于国外技术，它表明我国在燃油、燃气锅炉的推广使用上迈出了可喜的一步。目前我国燃油、燃气锅炉产品存在的主要问题(1)燃烧效率低。(2)自动化程度低。(3)热效率低。(4)价格高。1 4 燃气锅炉前景展望燃气锅炉从进入供暖市场以后发展很快。随着市场经济的不断发展和完5堕玺鎏：堡叁耋堡圭兰堡鎏銮善，某些地区的燃气锅炉
26、供暖将与城市集中供热形成互相竞争的局面”1 a目前北方地区集中供热发展中最突出的矛盾是收费困难和热价逐年上涨，这在客观上限制、阻碍了集中供热的发展。而不断增加的建筑又必须及时解决供暖问题，当集中供热部门无法满足这些新增供暖用户时，就给燃气锅炉的使用带来了极好的机遇；另外，部分地区热价过高，有些甚至已经接近燃油燃气锅炉的运行成本。在这些地区，燃气锅炉的使用将会更加普遍；再者对于某些燃气资源比较丰富的地区，可以适当发展燃气供暖。我国通过长输管线从国外引入天然气，当工程完工后，燃气锅炉使用将更加广泛。但是其发展可能是有限的。一方面，受经济条件限制，面向普通工薪阶层的住房尚不能大量应用；另一方面，受国
27、家能源政策、燃料结构的限制。从全国范围看，燃气资源并不丰富，因此短期内不可能大量发展燃气锅炉：还有个主要原因是，燃气锅炉的使用将受到城市集中供热发展的限制。通过以上分析不难看出，燃气锅炉虽然还存在着一些问题，但结合我国目前的实际，仍会有乐观的前景。随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，需求量将会继续增加。今后6 年，预计燃气锅炉的增长速度到2 0 1 0 年至少将达到3 0，原因有两个；一是燃料结构调整，我国燃气锅炉只占工业锅炉总量的1 2 左右，与发达国家相比，相差甚远，因此今后应该大力发展燃气锅炉；二是大力发展燃用城市煤气的工业锅炉。1 5 论文的主要研究内容本课题研究的是燃气间歇式供暖
28、系统，利用防冻循环介质冰点低的特点，可使系统在摄氏零度的情况下仍能正常工作而研制的供暖系统。论文主要内容如下：在第一章对燃气和燃气锅炉发展情况进行简单介绍。第二章对房间热负荷进行了计算。通过维护结构传热耗热量、冷风渗透耗热量、冷风侵入耗热量等的计算得出锅炉设计热负荷。第三章分析了燃气间歇式供暖的经济性。对初期投资的三个主要部分：用地及建筑费用，供热系统设备材料及施工费，以及电力增容费进行了大量的调查研究。对运行费用包括的燃料消耗费用、水电费用、折旧费用、维修哈尔滨工程大学硕士学位论文费用、工资福利费用以及其它费用等，进行了计算。为便于计算比较，均折算成单位面积所消耗费用。通过对初期投资和运行费
29、用的分析，得出燃气间歇式供暖的费用。第四章介绍了燃烧器和换热器的种类和特点。为第五章换热器和燃烧器设计和选择奠定了基础。第五章第一节主要对锅炉换热器进行传热及热平衡设计计算。第二节对膨胀水箱进行了设计。第三节介绍了防冻循环介质的特点。通过缓蚀剂实验，并得出了防冻循环介质配方。第六章通过对实验数据的整理，得出温度与时间关系，燃气消耗量与温度关系的拟合曲线。第七章用F L U E N T 软件计算停机1 4 小时后室内平均温度，这对锅炉设计具有重要的意义。最后，总结全文，并展望了今后可能的进一步研究工作。7哈尔滨：程大学硕士学位论文2 1 原始资料第2 章锅炉热负荷计算2 1 1地质资料北纬4 7
30、。东经1 2 6。3 7 海拔1 7 1 7 珊最大冻土深度1 9 7c m2 1 2 气象资料采暖室外计算温度2 6。C室外计算相对湿度7 2(冬)冬季室外平均风速J=5 形冬季日照率5 9 大气压力7 5 1J，l 煅上珞(冬)年平均温度3 5。C极端温度一3 8 1。C日平均温度s 5。C 的天数：1 7 6 天日平均温度s 5a C 期间内的平均温度：一9 6。C冬季风向S W1 5 频率室内计算温度1 84 C2 1 3 建资料外墙：二砖半(6 2 0 r a m)，内面抹灰砖墙(2 0 m m)。外窗：双层木窗。尺寸(宽高)为1 5 x 2 O m。窗型为上亮(高0 5 m)三扇两
31、开窗。可开启部分缝隙总长为2 6 m。8哈尔滨丁程夫学硕士学位论文外门：双层木门。尺寸(宽高)为1 2 0 小。开启部分缝隙总长为1 2 m。顶棚：厚5 0 m m 的木屑板，上铺1 0 0 m m 防腐木屑。地面：不保温地面。K 值按划分地带计算EN 一SW图2 1 维护结构的尺寸图2 2 维持房间温暖温度的热负荷计算对于民用建筑，冬季热负荷包括两项：围护结构的耗热量和加热由门窗缝隙渗入室内的冷空气耗热量。2 2 1围护结构的耗热量包括基本耗热量和附加耗热量两部分。围护结构基本耗热量按下式计算：Q t A i K f 虹。一f：虹(2-1)式中：Q 一，部分围护结构的基本耗热量，W爿，一J
32、部分围护结构的表亟积，m 2K，一f 部分围护结构的传热系数，W m2。Cf。一冬季室内计算温度，。ct。一冬季室外空气计算温度，。ca 一围护结构的温差修正系数，赍表代入公式(2 1)得到维护结构基本耗热量其结果见表2 19堕笙鋈三堡盔耋堡圭耋堡鎏苎维护结构传热耗热量d：表2 1维护结构传热耗热量表冬室季 外温基围传室 空室内差本护热内气外计修耗耗热量附加房结系计 计算温正热间构数算 算度差系E温温势里热度 度负名朝风高荷称面世f f：f。一f：Q向力修修正度n修附正后的附及积W m 2 o C。C值热量加方m2。C正加向。C东外墙4 8I 0 5 61 8-2 64 412 2 3 050
33、O 9 52 1 1 94西外墙4 81 0 5 612 2 3 0500 9 52 1 1 94南外5 21 0 5 612 4 1 650O 9 52 2 9 54墙北外5 11 0 5 6l2 3 7 00012 3 7 04墙南外窗62 6 8 0I7 0 85O0 9 56 7 24c 九山t o北外92，6 8 0l1 0 6 100l1 0 6 14窗南外22 3 3 012 0 5500 9 51 9 54门顶棚6 00 4 9 9l1 3 1 70Ol1 3 1 74地面3 60 4 7 017 5 60017 5 64l1 0哈尔滨工程大学硕士学位论文地面1 10 2 3
34、011 1 2OOl1 1 24_ 地面2 10 1 2 0l40l1432 2 2 冷风渗透耗热量计算外窗的冷风渗透耗热量幺：纠；0 2 7 8 L l p。C，(f。一f。净式中：Q 卜为加热门窗缝隙渗入的冷空气耗热量，一经门窗缝隙渗入室内的冷空气量，用3(h m 1均风速查得，一门窗缝隙长度，mP。一室外空气密度，咯，m 3c，一空气定压比热，c，=w 豫。C)(2 2)根据冬季室外平n 一冷风渗透量的朝向修正系数根据参考文献 6 附录卜6，哈尔滨市的冷风朝向修正系数：北向n：0 3，南向n=1 0，按最不利的一面墙(南向)计算冷风渗透量。根据参考文献 6 表卜7，在冬季室外平均风速V，
35、=5，双层木窗的每米缝隙的冷风渗透量L=3 9 朋疋i za 南向两个窗的缝隙总-E 为2 6 x2=5 2 m。外窗的冷风渗透耗热量Q：g=o 2 7 8 L 和。C，O。一f。如；0 2 7 8 x 3 9 x 5 2 x 1 O x l 3 4 x 1 8 一(一2 6)】3 3 2 4 W外门冷风侵入耗热量么：可按开启时间不长的二道门考虑。由参考文献 6 表卜1 0 外门冷风侵入耗热量为外门基本耗热量乘8 0 n。a 3=J v Q，L=1 9 5 X 0 8 0=1 5 6 W(2 3)设计热负荷总计为Q：Q=1 3 5 4 9+3 3 2 4+1 5 6=1 7 0 2 9 W】1
36、哈尔滨】程人学硕士学位论文由上面最后确定的热负荷室2 4 小时连续供暖时的热负荷值，采暖间歇采暖，为保证供暖效果，散热器负荷应较连续供暖时大，在计算散热器面积时，应将耗热量扩大1 2 倍。所以确定热负荷为：a=1 7 0 2 9 1 2=2 0 4 3 5 W供暖系统设计流量G 0 的确定：岛一芝一(2-4)“”。C e A t式中：G，一供暖系统的设计流量，妇sQ 一供暖热负荷，形C P 一水的质量比热，C e。4 1 8 6 8 k j k g&一采暖炉进出口水温差，。C代入公式(2 4)得到G，=蕊2 石0 4 丽6 2；0 1 9 5 4 9 k g e g sr2 五话丽；5J 换算
37、成体积流量：G 刍=G P(2-5)式中：嘭一供暖系统的体积流量，m 3 hp 一平均温度下的水的密度，船用3在f；9 5 _+7 0。8 2 5。C 时，水的密度为P：9 7 0 2 5 5 k g m 3代入公式(2 _ 5)得到：咖黑,2 0 1 5 m(王2 0 8 9 L m i n)供暖系统的设计流量至少为1 2 0 8 9 L m i n。2 3 本章小结本章对房间热负荷进行了计算。通过维护结构传热耗热量、冷风渗透耗热量、冷风侵入耗热量等的计算得出锅炉设计热负荷。计算出锅炉设计热负荷为第五章换热器设计奠定了基础。哈尔滨工程大学硕士学位论文第3 章燃气间歇式供暖经济性分析3 1 初
38、期投资分析评价供暖方式的合理性，除关注其供暖效果及社会效益之外，对于供暖设施的业主和用户更关注其初期投资和运行费用。通常情况初期投资包括以下三个主要部分：用地及建筑费用，供热系统设备材料及施工费，以及电力增容费等。总的来看，燃煤锅炉房占用土地费用较大，燃油、燃气及电锅炉的设备费及占地费均较小，单元式就更小；其具体数据需根据具体项目来确定。通过广泛的调查和对文献 7 9 整理，计算初期投资采用如下数据：燃煤供暖5 9 1 l 元m 2”；单元式燃气供暖5 8 2 7 元埘2 m。3。2 运行费用理论分析运行费用通常包括燃料消耗费用、水电费用折旧、维修费用、工资福利费用以及其它费用等。为便于计算比
39、较，均折算成单位面积所耗费用。3，2 1 燃料消耗费用运行过程中此项费用占有较大比例，也为用户所关注。根据建筑物耗热量指标，其中建筑物耗热量指标吼”的计算公式为：驴卧蹦1)式中：一采暖设计热指标，z，q 一一2 0 4 6 2-4 8 0-2 5 5 7 8w：，2 0 4 6 2 4 W 为设计热负荷，8 0 m 2 为建筑面积。详见第二章。t。一室内采暖计算温度，。Ct 一采暖期室外平均温度，。Cf。一室外采暖计算温度，。C哈尔滨工程大学硕士学位论文甄、t。、t。、t w 可根据参考文献 9 按计算所在地区查得，r。、r 2、h j 则根据实际使用条件定，例如不同类型锅炉、不同燃料则取相应
40、的数值Z。燃料消耗费用为：代入公式(3-1)得；”如网o n-r e)蟠5 朋嬲棚t 供暖期燃料耗量的关系有：吼一吲J w 吁：)(3-2)(其中i-I-2，j=1 2 分别表示燃料1 为煤，2 为燃气)式中：q，一供暖燃料耗量指标，按能源种类不同单位为置：z 一供暖天数，dq h-建筑物耗热量指标z矗j 一燃料热值，按能源种类不同单位依次为七H 勉，七矸，仇一室外管网输送效率，挣：一锅炉运行效率，根据参考文献 8 燃煤供暖J j I，一8 1 4 7，r。；0 9，叼2-0 6 8；燃气供暖h 2-9 3，吁l 一1 0，叩2 一O 8 5。代入公式(3 2)得g。-2 4 Z q 慨t 7
41、，圩2)=2 4 x 7 5 x 1 9 1 8 3 1 4 7 o 9 o 6 8)一6 9 2 3”2 4 Z q h 协,2)3 x 7 5 x 1 9 1 8 3 1 o 8 5)d 4 7为计算单位面积燃料消耗费用其公式为：以&=2 4 Z f l r，)1 4(3-3)哈尔滨工程大学硕士学位论文式中：A，一单位面积燃料消耗费用，元m2段一单位数量燃料价格，元培、元m 3因为煤的发热量不同其价格也不相同，根据参考文献 8 代入公式(3-3)得A，=1 9 3 9 元m 2 2 4 1 8 元 n2A 2 1 3 1 0 元脚23 2 2 水电费用水费通过下式计算：A sJ 厶(3-4
42、)式中：以一单位面积年(供暖季)耗水费用，元m2g 一年(供暖季)耗水量，幻芦，一单位质量水价，元船M 一建筑面积，m2因为单位面积上集中供暖水价要比单位面积上间歇式供暖防冻介质的价格低很多，所_ 以就把4 忽略不计。代入公式(2-4)得出A。=g=0由散热器片数(由参考文献 8 的公式2-i 计算得来)估算所需防冻介质的质量，7 6 x 8=6 0 8 k g，整个供暖系统需防冻循环介质为：6 0 8 x 1 5=9 1 2 k g，乙二醇与水比例为1：1 6，需要乙二醇3 5 0 k g。1 0 0 0 k g 乙二醇价格为8 0 0 0，3 5 0 k g 乙二醇需要2 8 0 6 元，
43、有效期为五年，所以每年防冻液需要5 6 1 2 3 元。代入公式(2 4)得出防冻循环介质费：彳：_ Q，=5=7 元m2电费可通过下式计算：A。=鲥死(3-5)略尔滨工程大学硕士学位论文式中：A。一单位面积年(供暖季)耗电费用，元川2Q。一年(供暖季)耗电量，k W h房一电价，元k W hM 一建筑面积，m2由参考文献 8 得出4=Q 一_ 1 5 元m2爿：-蜴=1 5 4-o 3 7 5 元；m 23 2 3 折旧、维修费用折旧费用：燃煤锅炉房：爿?=5 9 9 1 X 0，0 5=2 9 6 元m2燃气锅炉房：A，：。5 8 2 7 0 0 5=2 9 1 元m2式中：根据参考文献
44、8 折旧率取O 0 5维修费用：燃煤锅炉房：A=5 9 9 1 0 0 1 5=0 8 9 元m2燃气锅炉房：彳；5 8 2 7 O 0 1 5aO 8 7 元m2式中：根据参考文献 8 维修率取O 0 1 53 2 4 工资费用燃煤锅炉房；爿，=1 5 哕么o o=0 6 2 5掰2燃气锅炉房：A。=O 元研2式中：供暖面积：2 4 0 0m2工资总计：1 5 0 0 元3 2 5 其它费用燃煤锅炉房：A。；5 9 1 l x 0 0 0 5=O 3 0 元埘2燃气锅炉房：A。=5 8 2 7 x 0 0 0 5；0 2 9 y r,m2式中：根据参考文献 8 其他费用率取0 0 0 5】6
45、眙尔滨工程大学硕士学位论文3 2 6 数据结果汇总表3 1 不同供暖形式运行费用比较表燃煤锅炉(元m2)燃气锅炉(元m2)燃料费用1 9 r 3 8 2 4 1 91 3 1 0耗水费用O7 O耗电费用1 S0 3 7 5折旧费用2 9 62 9 1维修费用0 8 90 8 7工资费用0 6 2 50其他费用0 3 0O 2 9共计2 5 6 6 3 0 4 62 4 5 5平均2 8 0 62 4 5 5通过对分户式燃气间歇式供暖和燃煤集中供暖运行费的分析和比较，可以得出分户式燃气间歇式供暖费用。3 3 本章小结本章分析了燃气间歇式供暖的经济性。对初期投资的三个主要部分：用地及建筑费用，供热
46、系统设备材料及施工费，以及电力增容费进行了大量的调查研究。对运行费用包括的燃料消耗费用、水电费用、折旧费用、维修费用、工资福利费用以及其它费用等，进行了计算。为便于计算比较均折算成单位面积所消耗费用。通过对初期投资和运行费用的分析，得出燃气间歇式供暖的费用。对燃气间歇式供暖的经济性给出了定量及定性分析。哈尔滨工程大学硕十学位论文第4 章强排式燃气采暖设计方案论证4 1燃烧器设计方案论证4 1 1燃气燃烧器的分类燃气燃烧器“”的类型很多，分类方法也各不相同，要用一种方法来全面反映燃烧器的特性是比较困难的。现介绍几种常用的分类方法：1 按燃烧方法分类：(1)扩散式燃烧器：燃烧所需要的空气预先不与燃
47、气混合，一次空气系数口1=0；(2)大气式燃烧器；燃烧所需要的部分空气预先与燃气混合，一次空气系数d 1=0 2 0 8；(3)完全预混式燃烧器：燃烧所需要的全部空气预先与燃气充分混合，一次空气系数，G t ，；1 0 5 1 1 0。2 按空气的供给方法分类：(1)引射式燃烧器：空气被燃气射流吸入或燃气被空气射流吸入：(2)自然供风燃烧器：靠炉膛中的负压将空气吸入组织燃烧：(3)鼓风式燃烧器：用鼓风设备将空气送入炉内组织燃烧。3 按燃气压力分类：(1)低压燃烧器：燃气压力在5 0 0 0 P a 以下；(2)高(低)压燃烧器：燃气压力在5 0 0 0 P a 至3 x 1 0 5 P a 之
48、间。另外，还有一些特殊功能的燃烧器，如浸没式燃烧器、高速燃烧器和低D，燃烧器。4 1 2 燃气燃烧器的技术要求不同装置、不同工艺对燃气燃烧器有不同的要求。在燃气锅炉中，对燃烧器的技术要求主要有吼下几个方面：哈尔滨工程人学硕士学位论文；j I I；i i I _ _ i i i i _ l _-l j _|i _ _ _ _ _ 自；i i i|i _-_-j i _ 目_-_ 目i i _ l I I l-_1 在额定燃气压力下，燃烧器能达到额定出力；2 火焰的形状与尺寸应和炉膛结构尺寸相匹配，同时应有良好的火焰充满度；3 具有良好的调节特性，在锅炉最低负荷至最高负荷运行时，燃烧工况应稳定，即
49、有较大的调节比；调节比等于稳定燃烧工况下的最高热负荷稳定燃烧工况下的最低热负荷；4 燃烧完全，烟气中有害气体C O：，C O，N O。，；排放少；5 结构紧凑，安装操作方便，调节灵活，嗓音少。4 1 3 几种燃烧器的特点为方便起见，按第一种分类叙述。1 扩散式燃烧器空气在燃烧时供给，按空气供给方式，可分为自然供风式和鼓风式(1)自然引风式依靠自然抽力或扩散供给空气，多用于民用。优点：a 燃烧稳定，不回火；b 结构简单，制造方便；c 操作简单，易于点火，无需鼓风；d 可利用低压燃气，燃气压力为2 0 0 4 0 0 P a 时，仍正常工作。缺点：a 燃烧热强度低，火焰大，需较大燃烧室；b 容易产
50、生不完全燃烧，经济性差；C 过剩空气系数大，燃烧温度低。(2)鼓风式扩散燃烧器，只是所需空气由动力风机供给，其它方式仍与自然引风式扩散燃烧器相似。优点：a 结构紧凑，占地少；b 热负荷调节范围大，c 可预热燃气或空气，d 要求燃气压力低；e 易实现燃气一煤粉、缺点：a 需鼓风，耗费电能；调节系数一般大于5：预热温度甚至可接近着火温度；油一燃气混烧。哈尔滨工程大学硕士学位论文b 容积热强度较完全预混式小，火焰长，需大的燃烧室容积；c 本身不具备燃气与空气成比例变化的自动调节特性，最好配自动调节装置。2 大气式燃烧器大气式燃烧器又称引射式预混燃烧器，应用十分广泛。其燃烧所需空气与燃气在燃气燃烧前已