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摘 要

随着能源设备的开发和利用，秸秆锅炉得到了广泛的应用，锅炉燃烧秸秆等生物质能作为一种新的能源利用技术,目前发展迅速，，国内外很多研究人员在该领域进行了不同技术的研究。水冷壁是锅炉结构的关键部件之一，工作环境恶劣。所以长期会被被高温、高压和炉气、水蒸气的腐蚀和冲刷及长期风化的影响。随着时间推移，导致秸秆锅炉冷水壁的变形和开裂，久而久之会造成巨大的经济损失和人员伤亡。引起冷水壁变形可能有许多因素，如运行操作、生产过程、制造材料和设计等。故本课题旨在研究秸秆锅炉水冷壁的等效建模方法与有限元软件相结合，并基于该模型研究秸秆锅炉在风载作用下的力学特性，验证现有设计的合理性。以提高工作效率及寿命为锅炉提供可靠的方案。

关键词:等效建模;有限元；力学特性

Equivalent Modeling and Wind Resistance Analysis of Water Wall of Straw Boiler

Abstract

In recent years, with the development and use of energy equipment, especially with the widespread use of boilers, biomasss such as boiler burning carpets can be used as a new energy use technology Temperature, high pressure and oven gas, steam steam corruption and long-term wind destruction and working conditions are very poor There are many factors that can cause deformation of cold water walls as time goes on, causing cold water walls to deteriorate and break : work, production, materials and design Therefore this topic provides a reliable solution for boilers to increase the logical 30 productivity and life span of the current design.

Key words: equivalent modeling ， finite elemen， mechanical properties

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究的背景与意义 1

1.2 国内外在该领域研究的现状及分析 1

1.3 本课题关键问题及难点 2

第二章 锅炉水冷壁的理论计算法一 3

2.1等效材料性质 3

2.2 等效抗弯刚度 4

2.2.1 y方向的抗弯刚度 4

2.2.2 方向的抗弯刚度及扭转刚度 4

2.2.3 等效厚度与等效密度 5

第三章 锅炉水冷壁的理论计算法二 6

3.1 刚度结构的系统模型 6

3.2膜式水冷壁管板的等效 6

3.3 膜式水冷壁的质量等效 7

3.4 有限元计算法 7

第四章 锅炉水冷壁的有限元建模法 10

4.1 水冷壁的简介及特点 10

4.2 锅炉水冷壁的实体建模 10

4.2.2 建立水冷壁的实体模型 10

4.2.3 定义单元类型、材料参数和是参数 11

4.2.4 划分网格 13

4.2.5 施加边界约束，载荷和求解 14

4.2.6 结果查看 14

4.3 水冷壁的面建模 16

4.3.1 有限元模型的建立 16

4.3.2添加约束，施加载荷求解 17

4.3.3 结果查看 17

4.4 水冷壁的面—梁建模 18

4.4.1有限元模型的建立 19

4.4.2添加约束，施加载荷和求解 20

4.4.3结果查 20

第五章 分析并总结有限元模拟分析结果 23

第六章 总结与展望 24

6.1 总结 24

6.2 展望 24

第七章 致谢 25

参考文献 26

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景与意义

在生活中秸秆作为重要的生物质能源，不仅产量大，而且分布广。秸秆锅炉因其工作效率高、对环境污染小、建设速度快和投资效益高等优点,在中国和国外得到了广泛应用。整个锅炉的结构强度、刚度分析中，传统的手段几乎不能得到准确的结果，而对于这种大型复杂结构的三维有限元分析也往往因为计算成本问题被限制。故本课题旨在研究秸秆锅炉水冷壁等效简化建模的方法。并基于该模型研究秸秆锅炉在风载作用下的力学特性，验证现有设计的合理性。

我国人口众多，对经济发展和环境造成巨大压力。从不可再生源来看，煤炭资源、石油资源、天然气资源在中国占比很少，就生产和能源消耗而言，中国对能源生产和消耗极大，在世界上排名第二。经常生产和使用化石燃料将对环境造成的巨大的污染。在许多城镇使用的燃煤锅炉产生的烟气未经处理就排放到大气中，烟气中大量的烟尘、二氧化硫和氮氧化物等有害物质无组织地释放，造成严重的环境污染，使雾霾变得更加严重，对人们的生活、健康和环境条件造成严重危害。秸秆在生长过程中会吸收二氧化碳，这与燃烧过程中释放的二氧化碳量基本相同，因此可以说，秸秆等生物质燃烧产生的CO2量几乎是0排放的。在东北，每年冬天取暖，使用秸秆锅炉，并非燃煤锅炉。所以秸秆锅炉能有效的取代化石能源的利用，秸秆锅炉的发展是势在必行的。，

秸秆锅炉能有效的使秸秆变废为宝，减少对大气的污染，使天空变得更加蔚蓝。而煤灰占用大量土地，污染土壤和水，成为四大公害之一。使用秸秆锅炉焚烧, 减少固体生活垃圾，高效利用农业垃圾，应用供热和工业生产，减少煤炭排放。将秸秆灰和畜禽粪便、淤泥混合在有机肥中，不仅可以解决散户秸秆焚烧问题，还可以控制农业污染，保护农业用地生态环境，促进农业可持续发展。

1.2 国内外在该领域研究的现状及分析

在1930年到1939年，USA就开始研究燃烧设备的发展。到1976年，发展生物质焚烧设备形式分为三个阶段。自1930年到1950年以来，这项研究的重点是取代化石能源。在1970年到1990年为第二阶段，国外广泛关注石化能源对生态环境后果，并产生了对生物质能的兴趣。从1990年到现在为第三阶段，丹麦作为第一个生物质能源利用研究的国家，BWE能源公司在世界上是第一个开发生产燃料工厂的先驱。至今，美国每天能生产300多吨燃料，累计建立了25个州的燃料加工工厂，但对于一些欧洲国家，如丹麦、瑞典和奥地利，生物质燃料的形成是增长最快的。

中国的能源消耗主要是煤炭，长期使用给生态环境带来了巨大的压力。利用生物质能源可以稍微缓解对环境的压力。因此，中国制定了加快生物质生产产业化的政策。发展工业生产是解决生物质燃烧问题、改善城乡环境、增强环境积极性的重要途。推动国内外中大型企业在中国生物质能利用领域的投资建设和运营，据统计2007年底，国家共批准了87个项目。国家已建成和引进了15多个直接投资项目和新项目。秸秆锅炉在发达国家广泛使用，其中广泛使用锅炉技术非常成熟，而中国的生物质燃料产业仍处于起步阶段，暴露出许多待解决的问题，特别是在建立秸秆收购制度、燃烧技术和政治方面与国外还有很大差距。锅炉作为一种能量转换设备，广泛应用于工业生产和日常生活中。随着国民经济的快速发展，国家对环境保护的要求不断提高，秸秆燃料作为绿色纯净的生物质能源已经被广泛应用，如何更好地探索秸秆生物质锅炉，使其能够稳定、可靠、安全、经济地运行，显得尤为重要。

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