一、项目实施情况：
（1）项目研究和实践情况
本项目从2019年4月开始实施，在刘向龙和刘熹微两位老师的指导下，很快在2019年国家级大学生创新创业训练项目中立项。我们将小组成员分为两部分，一部分同学主要负责理论计算，撰写论文和申请专利；另一部分同学负责实地调研考察和操作运行锅炉，为专利和论文提供更有力的实验数据支撑。
经过对传统小型闭式供暖锅炉的改造，我们在一般的小型闭式供暖锅炉的基础上增加了膨胀补水箱、排气阀和水管等。通过阀门控制使得锅炉能够在开式和闭式之间进行自由切换，从而达到自动排气的效果。其设计合理，具有以下2点优点：①节省人力，提高安全系数，传统的闭式锅炉供暖系统为了达到供暖所需，须在进水口支管的末端装设排气装置(手动，一般装设在两米多高处)，使用时人为去打开排气阀排气，增加了人身风险，而本发明则解决了这个问题，无需人为排气，大大提高了安全系数；②高效节能，本发明可智能的调节各支管的压力，使锅炉提供的供暖热水量的利用率大大提升，节能效果和经济效果显著，应用前景广阔。
根据目前锅炉产业的发展以及国家号召节能环保、绿色低碳等方面出发，通过随机走访发现，随着中南地区冬季气温的降低，南方用户采暖意愿和意向逐渐加大，对于农村地区，严寒冬日，使用电采暖和天然气壁挂炉成本高，用户取暖负担重。经过项目组成员走访调研发现，经济性是影响农村清洁取暖的首要因素，基于农村当前经济能力、房屋结构、技术可行性、采暖效果等，“燃料适配炉具”仍是实现农村清洁采暖最经济、有效的措施。综合走访调查数据分析，基于人们的采暖需求，我们对于小型家用锅炉进行一系列改造升级，得到的新型锅炉更加优良，满足居民生活需求的同时，也强烈响应国家对节能环保、绿色低碳的号召。
为了提升小型家用锅炉的可行性和市场竞争力，在闭式锅炉的基础上进行改造，避免了人为手动排气，提高了安全系数，同时也在很大程度上避免了锅炉运行时造成的资源浪费，以达到节能高效的目的。很适用南方冬季无集中供暖的地区。 本项目中研究的新型生物质锅炉可智能的调节各支管的压力，使锅炉提供的供暖热水量的利用率大大提升，节能效果和经济效果显著。
以下是在湖南省岳阳市某农村一户二层住宅实地安装和运行锅炉所记载的部分照片：
图10 新型生物质锅炉主体实物
图11 生物质的取材 图12 现场调试运行锅炉
图13 阀门和散热器的布局 图14 房间管道走向
（2）工作中取得的主要成绩和收获
①针对生物质锅炉燃料成分复杂的问题，本项目需对其进行实验测量分析以及查找相关资料，得出各种化学成分基准。
②针对生物质锅炉结构复杂的问题，本项目通过对其进行运行测试，对结构加以优化和改善，提高燃烧的热效率和对供暖热水量的利用率，使锅炉更加的经济和简单。
③针对农村地区生物质锅炉操作麻烦且不安全的问题，本项目将生物质锅炉系统进行开闭式自由切换的创新设计，从而既解决了开式系统水质易受污染的缺点，也避免了人工排气存在的操作危险。
主要成绩：
①五项发明专利公开。（进入实质审查阶段）
②生物质锅炉的热力计算书（手算）和性能分析报告。
③已将所研究的新型生物质锅炉初步投试于我省农村地区。
④参加湖南工程学院第五届“互联网＋”创新创业大赛获得三等奖。
（3）研究工作中的困难、问题和建议
尚缺少的条件有理论研究不足，主要体现在锅炉计算不完善和精确。还需要进一步优化锅炉系统的能效。另外，还需要到湖南省其它农村地区进行调研，以使我们的锅炉具有普遍适用于湖南农村的特点。
小组成员在老师的指导下，多参阅文献，查找资料，完善热力计算结果。将材料购买齐全进行能耗测试，做出锅炉能耗分析报告。小组成员多去实地考察调研，了解农村冬季供暖情况。
建议将该新型锅炉专利和湘潭市锅炉厂合作，投入批量生产，更加广泛地运用在湖南省冬季供暖，解决人们的实际问题。
二、项目创新点与特色：
（1）项目研究的背景、意义
目前，传统的闭式锅炉供暖系统为了达到供暖所需，须在进水口支管的末端装设排气装置(手动，一般装设在两米多高处)，使用时人为去打开排气阀排气，增加了人身风险，十分不方便且不安全。本项目研究一种新型的小型开闭自由切换式生物质锅炉系统，以解决上述现有技术存在的问题，使其能在家庭小型供暖系统中进行自动排气。同时也进一步地简化锅炉系统的结构，使得其更加的简单易操作，节约成本，因地制宜地应用于我省农村地区，既解决了冬季供暖问题，又降低了供暖的成本，提升了操作的简便性和安全性。
本项目研究一种新型的小型开闭自由切换式生物质锅炉供暖系统，将其应用于我省农村地区的冬季供暖，解决我省在冬季无集中供暖的情况下的寒冷问题。本项目旨在研究如何使人们更简单、安全地操作生物质锅炉，并且降低供暖的成本，解决锅炉操作中遇到的人工排气复杂危险的实际问题，使其能更好地应用于我省农村地区的生活供暖，解决人们的实际生活需要。同时，合理地将农村地区丰富的生物质资源利用在节能高效的生物质锅炉中，不仅可以给农民带来更多的收入改善生活，而且还可以充分利用废弃资源，从而改善我省的农村环境。
（2）研究成果的主要内容
本项目结合湖南省岳阳市农村地区某村镇一栋二层楼住宅的实际情况，设计了一套新型的生物质供暖系统。具体研究成果如下：
①对锅炉本体进行了设计，使该种生物质锅炉构造更加的简单，安装和维修更加的容易，从而降低造价和成本。
②对锅炉系统进行了开、闭式自由切换测试，观察排气效果。通过锅炉的运行，进一步优化系统结构，提升了系统的能效。
③申请了发明专利，专利公开进入实质审查阶段，探求这种新型生物质锅炉在湖南省农村地区的应用前景。
（3）成果的创新特色、实践意义和社会影响
①锅炉本体构造简单，开闭式自由切换：
本项目提出的新型生物质锅炉系统主体和供暖部连接有循环通道和回流通道，其上各安装有至少1个电磁阀。锅炉主体顶端开设有排气口，排气管的另一端连接回流通道，排气管与回流通道的连接处固定有补水管。该锅炉通过电磁阀的开关控制使系统运行时进行闭式系统和开式系统之间的转换，从而达到自动排气的效果，避免了人为手动排气，提高了安全系数。
②锅炉系统安装和操作简便，节能环保
本项目可通过电磁阀智能地调节各支管的压力，使锅炉提供的供暖热水量的利用率大大提升，节能效果和经济效果显著，提升了小型家用锅炉的可行性和市场竞争力，同时也在很大程度上避免了锅炉运行时造成的资源浪费，以达到节能的目的。锅炉燃烧的是清洁能源生物质，不用辅加任何除尘脱硫设备即可直接排放，无烟无尘，达到了环保的效果，并且在实际的应用中安装和操作简便。
③适用于湖南省农村地区冬季供暖
由于我省农村地区经济发展较落后于城市地区，大多数还是通过燃烧传统的木柴和秸秆等低效的生物质能源来取暖和烧水。本项目可以合理地将农村地区丰富的生物质资源利用在节能高效的生物质锅炉中，不仅可以给农民带来更多的收入改善生活，而且还可以充分利用废弃资源改善农村环境，促进农村地区经济和社会的可持续发展
（4）研究成果和研究过程阐述
本项目研究的生物质锅炉供暖系统的结构示意图如下：从图1至图7看出，1为锅炉部，2为锅炉主体，3为循环通道，4为循环泵，5为回流通道，6为供暖部，7为排气管，8为补水管，9为电磁阀，10为烟管，11为堵头，12为封板，13为加厚封火调节器，14为暖气片，15为第一隔板，16为第二隔板，17为第三隔板，18为第一水箱，19为第二水箱，20为第三水箱，21为炉口，22为清火道口，23为燃烧室，24为废料室，25为壳体，26为落灰摇把，27为滑槽，28为滑板，29为锅炉主体进水口，30为锅炉主体出水口，31为转换开关，32为补煤口，33为清
渣口，34为测量表组，35为镀锌抽屉。
图1新型生物质锅炉整体系统结构示意图
图2锅炉主体剖视图结构示意图 图3锅炉主体侧视图结构示意图图4锅炉主体俯视图结构示意图 图5锅炉主体主视图结构示意图
图6滑轨结构示意图 图7燃烧室底部结构示意图
①前期准备工作
该种新型生物质锅炉主要燃烧农村地区易采集到的生物质材料，如木材、树枝、秸秆、稻壳、麦草等，我们需要将这些燃料采集过来，在实验室中研磨充分，粒径达到可燃的程度后（用一定目数的滤网筛漏），再进行燃料的技术路线（参见图8），其中成分基准测量同煤的工业分析方法,燃烧热值的计算可采用氧弹实验进行测定。然后根据锅炉的系统结构画出供暖系统的平面布置图。
图8燃料的技术路线
②中期理论计算工作
初步测试运行锅炉，观察炉膛尺寸和热水量是否设计合理，并计算出锅炉的下列基本特性参数：
额定热功率：用来表征供热锅炉容量的大小，采用下式计算：
式中：G ——热水锅炉每小时供给用户的热水流量，t/h；
, ——锅炉进、出热水的比焓，KJ/kg。
热水参数：指热水的压力和热水的温度（锅炉进、出热水）。
锅炉的热效率：锅炉每小时有效利用于生产热水的热量占输入锅炉全部热 量的百分数，采用下式计算：
③系统设计工作
图9生物质锅炉运行系统图
参看锅炉系统图（图9），该锅炉初始工作时，管内充满空气，阀门m、l、k关闭，阀门o、p、n打开，循环水泵b运行，热水的流动路线为a→b→c→d→e→①→②→g（d→f→③→④→h）→j→n→o→p，系统工作一段时间后，补水膨胀箱中听不到“噗噗噗”的水声时（空气全部由排气管排出），排气完成后，关闭阀门o、p、n，打开阀门m、l、k，循环回路由开式锅炉供暖系统变为闭式锅炉供暖系统循环。在锅炉自动排气的同时，改变各个阀门开闭还可智能的调节各支管的压力，记录压力表的数据。
④后期优化投试工作：
1）根据项目前期调试运行测量的数据对其进行优化改良后，将这种新型锅炉投试到我省农村地区，在运行的过程中，观察和记录锅炉的各项参数，结合农村地区的实际耗能情况和供暖的效果。
2）针对运行过程中存在的问题提出解决方案，查阅参考文献，对装置进行进一步改良优化。最后跟据统计的所有实验数据，结合实际情况，总结经验和结论。三、项目成果：
项目申请书中的预期成果及成果提交形式
公开发表论文：0(篇)，专利：1(项)，调查报告：0(份)，软件、著作：0(份)实物：0(件)，竞赛获奖：1(次)，其它：
项目结题时取得的成果
公开发表论文：0(篇)，专利：1(项)，调查报告：0(份)，软件、著作：0(份)实物：0(件)，竞赛获奖：2(次)，其它：
项目主要研究成果情况
| 序号 | 成果名称
（获奖名称及等级） | 成果形式 | 作者（获奖者） | 出版社、发表刊物
或颁奖单位 | 时间（刊期） |
| 1 | 湖南工程学院互联网+创新创业大赛三等奖 | 专利 | 湖南工程学院 | | |
| 2 | 湖南省第十三届挑战杯课外学术作品竞赛 | 模型 | 文科等 | 湖南省教育厅 | 2019年6月 |
四、研究体会和心得：
在研究方面,最深的体会就是要善于勤于思考,主动动手动脑。创新创业训练项目不是基础课上我们做的实验,只要按着老师讲的步骤做就行了。做的课题对于我们来说,可能是一个没有接触过的新领域,没有人告诉我们一步步该怎么做。需要自己去找文献查资料,去弄明白实验的原理,然后确定要创新的方向，按照这个方向一点点努力,所以每一步都需要独立思考.其中会遇到很多困难,这个时候除了寻找帮助,最重要的还是自己思考。最开始的时候，我们很急于求成，所以一开始就凭着自己的想像闷着头在实验室里画图，结果前面两个星期一事无成，以自己的想像画的图给老师看，老师只要仔细一看就漏洞百出，没有一点可行性。后来我们听了老师的建议，不要着急，一点点一步一步地来，先查阅文献资料，弄明白其中原理，再勤于思考，在文献资料中获得有用的信息，得到启发，然后再运用到自己研究的项目中，一定要学会借鉴。
在学习知识上我们认识到光靠学习书本知识是不够的,真正要动手做一个产品它需要各个方面的知识,而且实验和理论值有差距的,在实验中我们会发现很多理论的知识是不实用的,必须要靠经验以及不断的摸索去解决。中国的学生总是习惯于在教室里在课本上学习知识，所以很缺乏创新方面的思维，在做这个项目的过程中，我深刻地意识到我们应该尝试着多动手，一些机器零部件只有自己亲自拆了再装上去才能完全理解其中的机构和工作原理，这比在课本上对着图看原理要方便有效的多的多。说实话，刚接触生物质锅炉这个项目，我连锅炉具体是什么都不知道，更别说让我去设计研究出一个锅炉产品了。后来，我查阅了好多有关生物质锅炉的文献，才弄明白一些基础知识，但是还是不能很好地理解，幸运的是我们学校的实验室有一个简单的生物质锅炉，可供我们拆卸研究用，所以我自己亲自拆装了几次，这才完全理解了其中的机械机构，这为我们后续的研究起到了很大的作用。
五、经费使用明细情况：
项目获批总经费：12000(元)，项目实际投入经费：12000(元)，实际使用资金：12000(元)，结余资金：0(元)
项目经费开支情况
| 名目 | 用途 | 金额(元) | 备注 |
| 论文版面费 | | | |
| 专利申请费 | 专利申请、审核 | 3000 | |
| 调研、差旅费 | 调研、差旅 | 1000 | |
| 打印、复印费 | 打印资料文件 | 1000 | |
| 资料费 | 资料购买 | 2000 | |
| 试剂等耗材费 | 实验耗材费 | 1000 | |
| 元器件、软硬件测试、小型硬件购置费 | 材料购置费 | 4000 | |
| 其它 | | | |
指导教师意见：
该项目可以合理地将农村地区丰富的生物质资源利用在节能高效的生物质锅炉中，不仅可以给农民带来更多的收入改善生活，而且还可以充分利用废弃资源改善农村环境，促进农村地区经济和社会的可持续发展。
项目实施顺利，希望小组成员再接再厉，多调试运行锅炉，多测数据，论文中的结论需要靠数据图表来支撑，望加紧论文进度和专利申请进度。另外，注意用经费需要留存收据，及时报账。