锅炉热平衡实验指导书

热能与动力工程专业综合性实验指导书（锅炉热平衡部分）编写教师：张志正、赵雪峰能源动力学院热能动力实验室锅炉热平衡实验指导书锅炉热平衡实验一、实验目的锅炉热平衡实验是热能与动力工程专业领域一项重要的实验。通过热平衡试验,测试锅炉在稳定工况下的运行效率，可以判断锅炉燃料利用程度与热量损失情况。对新投运的锅炉进行锅炉热效率测定，是锅炉性能鉴定和验收的依据。根据测试的锅炉热效率、各项热损失及其热工参数，对锅炉的运行状况进行评价,分析影响锅炉热效率的各种因素,为改进锅炉的运行操作，实施节能技改项目提供技术依据，实现节能降耗的目的。同时，可通过本实验加深对锅炉燃烧的理解，对锅炉热量的利用、损失有一个更为清晰的认识。增强学生对锅炉的感性认识，促进理论联系实际，培养分析和解决问题的能力。二、实验原理从能量平衡的观点来看，在稳定工况下，输入锅炉的热量应与输出锅炉的热量相平衡，锅炉的这种热量收、支平衡关系，就叫锅炉热平衡。输入锅炉的热量是指伴随燃料送入锅炉的热量；锅炉输出的热量可以分为两部分，一部分为有效利用热量，另一部分为各项热损失。如图1所示：锅炉各种热损失(Qs)输入锅炉热量（Qr）锅炉利用热量(Qy)锅炉热平衡界限图1：锅炉热平衡原理锅炉的工作是将燃料释放的热量最大限度的传递给汽水工质，剩余的没有被利用的热量以各种不同的方式损失掉了。在稳定工况下，其热量进出必平衡，并可表示为输入锅炉热量=锅炉利用热量+各种热损失锅炉热平衡界限对热效率测定十分重要，有了明确的热平衡界限才能建立正确的热量平衡式。锅炉热平衡是按1㎏固体燃料或者液体燃料（对气体燃料则是1Nm3标准）为基准的。输入锅炉的热量以Qr（kJ/㎏）或100（%）表示。锅炉损失的热量以如下方式表示：排烟损失的热量Q2（kJ/㎏）或q2（%）;锅炉热平衡实验指导书化学未完全燃烧损失的热量Q3（kJ/㎏）或q3（%）;机械未完全燃烧损失的热量Q4（kJ/㎏）或q4（%）;散热损失的热量Q5（kJ/㎏）或q5（%）;灰渣物理热损失的热量Q6（kJ/㎏）或q6（%）.锅炉利用热量Q1（kJ/㎏）或q1（%）：则：Qr=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6kJ/㎏或100=q1+q2+q3+q4+q5+q6%由于本实验是在小型燃气锅炉上进行，用液化石油气作为气体燃料进行热平衡的测定，在燃烧过程中不产生未燃尽固体颗粒和灰渣。因此，本实验中可认为机械不完全燃烧热损失Q4（kJ/Nm3）或q4（%）和灰渣物理热损失的热量Q6（kJ/Nm3）或q6（%）两项热损失为零。本实验为模拟试验，以燃气热水器为模拟锅炉，以液化石油气作为气态燃料，以自来水作为给水，通过对自来水流量(m3/h)和进出口温度(℃)的测量以及对燃气流量(L/h)和烟气排烟温度(℃)以及排烟成分(%)的测量，通过锅炉正反热平衡实验，记录下相关数据并进行处理得出结论。在本实验中，根据液化气站提供资料显示，长春地区液化石油气均为松原油田炼油厂的副产品，成分相对稳定，丁烷50%、丙烷50%,发热量为108199kJ/Nm3。1.锅炉正平衡实验就是直接测量燃气带人热水器的'热量与热水器有效利用热量而求得热水器热效率的一种方法，叫正平衡法，也称直接测量法。正热平衡效率：ηz=G（Ics-Ijs）/BQr×100%式中:B—每小时燃气消耗量Nm3/h;G—热水器加热水量kg/h;Ijs—热水器进水焓kJ/kg;Ics—热水器出水焓kJ/kg;Qr—燃气的低位发热量kJ/m3.热水器的进、出水焓可由测定热水器的进、出水温度后，查特性表得出。2.锅炉反平衡实验就是通过测定热水器的各项热损失，然后间接求出热水器热效率，叫反平衡法，也叫间接测量法或热损失法。反平衡热效率：锅炉热平衡实验指导书ηf=100-（q2+q3+q5)式中:q2—排烟热损失（%）;q3—气体不完全燃烧热损失（%）;q5—散热损失（%）.1）2q排烟热损失的计算2()100%pypylkrIIqQa-?=?式中：pyI—在排烟过剩空气系数py及排烟温度pyt下，相当于1Nm3燃气的排烟焓，kJ/Nm3;py—在排烟处的过剩空气系数，由烟气分析仪测得;lkI—在送入锅炉的空气温度下，1Nm3燃气所需要的理论空气量所具有的焓kJ/Nm3.22222222()()()()()pyROROcocoNNOOHOHOIVCVCVCVCVCkJ/Nm3式中：2ROV、COV、2NV、2OV及2HOV--分别为排烟中三原子气体，一氧化碳、氮气、氧气及水蒸气的容积Nm3/Nm3，其值可由烟气分析测得。2()ROC、()coC、2()NC、2()OC及2()HOC--分别为1Nm3的三原子气体、一氧化碳、氮气、氧气及水蒸气在排烟温度下的焓kJ/Nm3，各值均可查表。0()lkklkIVC式中：0KV—理论空气量，由各元素含量计算[Nm3/Nm3]；()lkC—冷空气焓kJ/Nm3，可查表。2）3q化学未完全燃烧热损失：当锅炉运行调整不当，风量不足，燃烧器结构设计不合理，将引起燃气不能完全燃烧而在烟气中存在CO、2H、4CH等可燃气体时，这部分可燃气的热能随烟气排走，形成化学不完全燃烧热损失3q。锅炉热平衡实验指导书3244(126.4108358.2)(100)%rVgyqCOHCHqQ=++-式中：Vgy—干烟气容积Nm3/Nm3;CO、2H、4CH—分别为烟气分析测得烟气中一氧化碳、氢、甲烷占干烟气容积的容积百分数.3）5q散热损失：在额定负荷下，设备散热损失可查相关图表得知。本设计课题散热损失由实验中测定。3烟气成分的测量烟气成分的测量用烟气分析仪进行。通过烟气分析仪能较为精确的测出烟气成分，可作为判断燃烧过程的好坏的依据。4烟气流量的测量利用烟气差压传感器测量的压差，通过流体力学知识可知，可以利用伯努利方程求得烟气的流速，再通过对截面积的计算求得烟气的流量。由于是测量气体流速，根据伯努利方程我们可知烟气流速为：2(1)Vgh液液ryr=-也可利用下式进行烟气流速的计算：py2PV式中：ψ—流量修正系数，一般取ψ=0.97。锅炉热平衡实验指导书三.实验装置本实验的装置简图如下图：锅炉热平衡实验台燃气锅炉进气管涡轮流量计排烟管气瓶烟气微差压表燃气压力表涡街流量计燃气流量表水流量表出水温度表进水温度表烟气微差压传感器急停开关压力变送器温度传感器进水管温度传感器烟气成分、温度测点差压测点出水管1燃气浮子流量计锅炉热平衡实验指导书四：实验步骤1.熟悉锅炉热平衡实验原理；2.熟悉本装置原理及测量方法；3.确认管道连接正确。4.打开电源开关（电源空开）打开，接通锅炉热平衡实验台电源；打开液化气瓶燃气阀门，接通锅炉热平衡实验台气源；将热水器的火力调节旋钮、温度调节旋钮旋转至最大位置，打开给水阀门，当给水达到一定流量时热水器自动点火。（注意，在打开给水阀时要缓慢开启，避免管道迅速充水，管道压力冲击过大，使管道连接处漏水。）；5.热水器点火成功后，需进行一段时间的燃烧，使本实验的各组成部件膨胀均匀；6.膨胀完全后，开始做锅炉热平衡实验。建议先从小流量开始进行；做不同工况下的实验（如：给水流量0.27m3/h、0.3m3/h、0.36m3/h、0.39m3/h，燃气流量100L/h、200L/h、300L/h、400L/h）。7.将燃气流量和给水流量调节到所需要的实验流量，由于燃气热水器的稳定非常迅速，燃烧后，即可进行烟气参数的测量。先将经空气清洗干净的烟气分析仪探头置入排烟管道中，选择好分析燃料，打开分析仪，进行数据的测量，示数显示稳定后，停止分析仪工作，并将探头退出排烟管道。在进行数据的读取时，注意读数的准确，一定要在示数稳定后再读取，保证数据准确；8.工况稳定后使用便携式红外测温仪对准燃气炉表面中部，测量燃气炉表面的散热温度。在进行数据的读取时，注意读数的准确，一定要在示数稳定后再读取，保证数据准确；9.实验结束后，先关给水阀再关闭燃气阀门，最后切断热水器电源。锅炉热平衡实验指导书五：实验数据记录第1组数据燃气流量（L/h）：给水流量（m3/h）：给水入口温度（℃）：热水出口温度（℃）：燃气微差压（Pa）：燃气压力（Pa）：燃气炉表面温度（℃）：Fluegastemp(℃):O2content(%):COcontent(ppm):CO2content(%):Amb.air.temp(℃):Excessair(%):第2组数据燃气流量（L/h）：给水流量（m3/h）：给水入口温度（℃）：热水出口温度（℃）：燃气微差压（Pa）：燃气压力（Pa）：燃气炉表面温度（℃）：Fluegastemp(℃):O2content(%):COcontent(ppm):CO2content(%):Amb.air.temp(℃):Excessair(%):第3组数据燃气流量（L/h）：给水流量（m3/h）：给水入口温度（℃）：热水出口温度（℃）：燃气微差压（Pa）：燃气压力（Pa）：燃气炉表面温度（℃）：Fluegastemp(℃):O2content(%):COcontent(ppm):CO2content(%):Amb.air.temp(℃):Excessair(%):第4组数据燃气流量（L/h）：给水流量（m3/h）：给水入口温度（℃）：热水出口温度（℃）：燃气微差压（Pa）：燃气压力（Pa）：燃气炉表面温度（℃）：Fluegastemp(℃):O2content(%):COcontent(ppm):CO2content(%):Amb.air.temp(℃):Excessair(%):锅炉热平衡实验指导书第5组数据燃气流量（L/h）：给水流量（m3/h）：给水入口温度（℃）：热水出口温度（℃）：燃气微差压（Pa）：燃气压力（Pa）：燃气炉表面温度（℃）：Fluegastemp(℃):O2content(%):COcontent(ppm):CO2content(%):Amb.air.temp(℃):Excessair(%):第6组数据燃气流量（L/h）：给水流量（m3/h）：给水入口温度（℃）：热水出口温度（℃）：燃气微差压（Pa）：燃气压力（Pa）：燃气炉表面温度（℃）：Fluegastemp(℃):O2content(%):COcontent(ppm):CO2content(%):Amb.air.temp(℃):Excessair(%):第7组数据燃气流量（L/h）：给水流量（m3/h）：给水入口温度（℃）：热水出口温度（℃）：燃气微差压（Pa）：燃气压力（Pa）：燃气炉表面温度（℃）：Fluegastemp(℃):O2content(%):COcontent(ppm):CO2content(%):Amb.air.temp(℃):Excessair(%):第8组数据燃气流量（L/h）：给水流量（m3/h）：给水入口温度（℃）：热水出口温度（℃）：燃气微差压（Pa）：燃气压力（Pa）：燃气炉表面温度（℃）：Fluegastemp(℃):O2content(%):COcontent(ppm):CO2content(%):Amb.air.temp(℃):Excessair(%):锅炉热平衡实验指导书第9组数据燃气流量（L/h）：：给水流量（m3/h）：给水入口温度（℃）：热水出口温度（℃）：燃气微差压（Pa）：燃气压力（Pa）：燃气炉表面温度（℃）：Fluegastemp(℃):O2content(%):COcontent(ppm):CO2content(%):Amb.air.temp(℃):Excessair(%):第10组数据燃气流量（L/h）：给水流量（m3/h）：给水入口温度（℃）：热水出口温度（℃）：燃气微差压（Pa）：燃气压力（Pa）：燃气炉表面温度（℃）：Fluegastemp(℃):O2content(%):COcontent(ppm):CO2content(%):Amb.air.temp(℃):Excessair(%):第11组数据燃气流量（L/h）：给水流