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下的坡度，不小于0.01。 2.4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=
0.86QΔt
(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=Δt?0.86Q
0.86?1470=50.55 kg/h P144, 5-24 (2-5) 25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=43.3m。 确定最不利循环管路的综合作用压力
Δpzh=Δp+Δpf (参照简明供热手册144页5-26 ) (2-6)
=9.81×0.5×（977.81-961.92)＋200 =277.94Pa
式中 :
ΔPf—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/m3； (参照简明供热手册84页表4-2 ) ρg— 供水密度，kg/m3； g— 重力加速度，m/s2。 RRj=
aΔpzh
=∑l
=gH(ρh?ρg)+Δpf (参照简明供热手册146页，5-26 ) (2-7)
0.5?277.94=3.21Pa/m (参照简明供热手册145页5-25 )
43.3 式中：RRj—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0.5； Δpzh—环路综合作用压力，Pa； Σl—最不利环路总长度，m。
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(3)确定各管段管径
根据各管段流量G 和平均比摩阻RRj，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Rsh和实际流速vsh。((参照简明供热手册附表1 )
管段1：G=50.55kg/h，RRj=3.21，选用管径 DN20 G=50.0kg/h，Q=1453.5W,Rsh=1.33pa/m,vsh=0.04m/s G=52.0kg/h，Q=1511.6W,Rsh=1.38pa/m,,vsh=0.04m/s 用内插法可求得当G=50.55kg/h，Rsh=1.34pa/m,,vsh=0.04m/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ΔP Δp=(dl+∑ξ)
Gλ
ρv22
(参照简明供热手册137页，5-17)(2-8)
2
= R×l+∑ξ
ρv2
(参照简明供热手册112页5-2 )(2-9)
V=900πd2ρ (参照简明供热手册114页5-1) (2-10) R=d
λρv2
2
lP (参照简明供热手册112页5-2 )(2-11)
式中： ?p—管段压力损失，Pa；
?—摩擦系数；
d—管道直径，m； l—管道长度，m；
R—比摩阻，Pa/m； ?—局部阻力系数；
?—热媒密度，kg/m3；
v—热媒在管内的流速，m/s。
管段1：热媒密度?=961.92kg/m3，流速v=0.04m/s
沿程压力损失：Δpy=R×l=1.34×4=5.38Pa
(参照简明供热手册116页，5-16)(2-9)
局部压力损失：Δpj =∑ξ×
ρv22
961.92?0.042 =1×= 1.54 Pa
2(参照简明供热手册115页5-15)(2-12)
该管段总压力损失：Δp=Δpy+Δpj= 6.92 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.
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表2-3 管路压力损失计算表
管段号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 管道长度 (m) 4 7 1.8 6.5 4 1.2 3.5 5.3 7 3 4 比摩阻Rsh (Pa/m) 1.34 2.29 8.32 8.32 7.57 4.28 8.32 2.29 2.29 7.57 1.34 管径(公称直径） 流量 G (kg/h) 50.55 101.1 47.1 47.1 44.7 74.3 47.1 101.1 101.1 44.7 50.55 流速 vsh (m/s) 0.04 0.05 0.07 0.07 0.06 0.06 0.07 0.05 0.05 0.06 0.04 沿程损失Δpy (Pa) 5.38 16.00 14.97 54.06 30.30 5.14 29.11 12.12 16.00 22.72 5.38 局部损失Δpj (Pa) 1.54 2.41 4.71 4.71 3.43 3.46 4.71 2.41 2.41 3.46 16.93 压力损失Δp (Pa) 6.92 18.41 19.68 58.78 33.73 8.60 33.82 14.52 18.41 26.19 22.31 d (mm) 20 25 15 15 15 20 15 25 25 15 20 ??p?261.37 Pa 储备压力Δ=（277.94-261.37)/277.94*100%=5.96%
表2-4管道局部阻力系数?计算表
三．生物质气化炉的设计
3.1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。 3.2气化炉产气量的确定
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（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8-10m3，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C0=2.6kg/h； 初步确定气化强度为?0=70kg/(m3·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V0（m3/kg）
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：
C?O2?CO2（3—1）
根据物质的量守恒定律，1kg碳完全燃烧需要22.40/12?1.87m3氧气。 氢燃烧的反应：
4H?O2?2H2O （3—2）
同理，根据物质的量守恒定律，1kg氢燃烧需要 22.40/4?5.60m3氧气。 原料中已经含有氧?O?，相当于1kg原料已经供给22.40/32=0.70m3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V0：
V0?1?1.87?C??5.60?H??0.70?O??（3—3） 0.21式中：V0—原料完全燃烧所需的理论空气量，m3/kg；
?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：
?C??39.04%?H??6.16%?O??42.40%
因此，玉米秸秆完全燃烧所需的理论空气量为：
1?1.87?C??5.60?H??0.70?O?? V0?0.21^`
?1(1.87?39.04%?5.60?6.16%?0.70?42.40%) 0.21?3.71(m3/kg)
②实际需要通入的空气量V?(m3/kg)
V0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=1.2，保证分配的二次通风使气化气得到完全燃烧。因此，实际需要通入的空气量V?：
V???V0=1.2?3.71 =4.45(m3/kg) （3—4）
式中：V?—实际需要通入的空气量，m3/kg；
?—过量空气系数；
V0—原料完全燃烧所需的理论空气量，m3/kg。
③原料气化所需的空气量V(m3/kg)
查阅资料，当当量比为0.25-0.3时，即气化反应所需的氧仅为完全燃烧耗氧量的25%-30%，产出气成分较理想。所以取当量比为0.3。
V??V0?0.3?3.71?1.11(m3/kg) （3—5）
式中：V—原料气化所需的空气量，m3/kg；
?—气化当量比；
V0—原料完全燃烧所需的理论空气量，m3/kg。
（3）气化炉主要性能指标的拟定 ①气化燃气流量q
空气(气化剂)中2N含量79％左右，气化生物质产生的燃气中2N含量一般在50％左右，考虑到2N在该气化反应中几乎很少发生反应，据此，拟燃气流量是气化剂(空气)流量的1.5倍，则可燃气流量q为：
q?C0V?1.5?2.6?1.11?1.5?4.33(m3/h) （3—6）
式中：q—气化燃气流量，（m3/h）；
C0—气化炉消耗的原料量，kg/h；
V—原料气化所需的空气量，m3/kg。
乡村地区生物质气化炉系统课程教学设计
