Методика и порядок проведения работы. В данной работе необходимо сравнить значения КПД установки, определенные по прямому и обратному балансу

В данной работе необходимо сравнить значения КПД установки, определенные по прямому и обратному балансу.

I. Определить КПД установки по прямому балансу, это значит найти отношение величин количества тепла полезно воспринятого и тепла выделившегося в камере сгорания.

(4.5)

1. Определяем количество затраченной тепловой энергии, т.е. тепло выделяющееся при сгорании топлива. Эту величину несложно подсчитать, зная удельную теплоту сгорания топлива q_т (кДж/кг) и его расход G_т (кг).

, кДж

(4.6)

Удельная теплота сгорания керосина определяется по справочным данным [5]. Для керосина она составит 43 МДж/кг

Расход топлива можно определить путем взвешивания керосиновой горелки до и после опыта. Таким образом, разница в весе и составит расход керосина затраченного на горение.

2. Определяем количество полезно воспринятой тепловой энергии, т.е. тепло которое было воспринято нагревающейся в змеевике водой. Для расчета этой величины потребуется знать количество нагретой воды G_в (кг), ее теплоемкость С_р (кДж /(кг·ºC)), а также потребуется знать на сколько градусов была нагрета эта вода ∆ t (ºC).

, кДж

(4.7)

Количество воды нагретой в течении опыта можно определить с помощью мерной емкости.

Для определения температурного перепада ∆ t, необходимо будет измерить температуру воды на входе в нагреватель t_хол (которая как правило остается постоянной в течении всех опытов) и температуру нагретой воды на выходе из нагревателя t_гор. Эти температуры могут быть измерены простым спиртовым термометром.

, ºC

(4.8)

Теплоемкость воды С_p определяется по справочным данным как средняя изобарная теплоемкость при средней температуре t_ср =(t_гор + t_хол)/2, ºC.

Для экспериментального определения вышеуказанных величин необходимо выполнить опыт в следующей последовательности.

1. Наполнить верхнюю емкость исходной водой, а нижнюю емкость полностью освободить.

2. Взвесить керосиновую горелку и измерить температуру исходной воды.

3. Поджечь фитиль горелки и установить ее на свое место в топочном шкафу под змеевиком.

4. Открыть кран на водяном контуре, чтобы исходная вода, проходя через змеевик, нагревалась и сбрасывалась в нижнюю емкость.

6. Далее, удостоверившись, что опыт проходит нормально, необходимо выждать некоторое время, для того чтобы выгорела некоторая существенная часть керосина, чтобы потом изменение веса можно было зафиксировать на весах с достаточной степенью точности. Это время назначается преподавателем и рекомендуется не менее 15 мин. В течении этого времени, спустя 5миннут от начала опыта, произвести замер температуры уходящих газов и выполнить анализ продуктов сгорания на газоанализаторе.

5. Когда время опыта подходит к концу, необходимо измерить температуру нагретой сбросной воды. Для этого можно взять спиртовой термометр и опустить его вместе со сбросным шлангом в мерную емкость. Использование данного метода измерения рекомендуется, для того чтобы исключить погрешность, связанную с охлаждением воды в сбросной емкости и недогревом воды в первые минуты опыта, когда идет разогрев установки.

6. По истечении назначенного времени опыта необходимо потушить горелку и перекрыть кран на водяном контуре.

7. С помощью мерной емкости измерить объем нагретой воды и используя значение ее плотности () рассчитать ее вес.

8. Керосиновую горелку снова вытащить и взвесить.

Таким образом, практическая часть опыта закончена. Для удобства вычислений все измеренные величины нужно записывать в протокол опыта, по форме таблицы 4.1. Температуру уходящих газов и результаты газового анализа записать в таблицу 4.4.

Таблица 4.1

Таким образом, по выше приведенным рекомендациям необходимо выполнить несколько опытов. Их количество и режим каждого опыта задаются преподавателем.

Затем, чтобы определить значение КПД для каждого опыта, необходимо выполнить соответствующие расчеты, которые рекомендуется сводить в таблицу 4.2. Производимые расчеты для одного любого опыта должны быть подробно представлены с пояснениями.

Таблица 4.2

№ оп	Gт, кг	∆t, ºC	Gв, кг	Qз, кДж	Qп, кДж	, %
…

II. Определить КПД установки по обратному балансу, это значит от 100% отнять значения всех потерь тепловой энергии, выделившейся при сгорании топлива.

.

(4.9)

Принимая во внимание, что q₄ = 0 и q₅ = 5% упростим формулу

.

(4.10)

Определяем долю тепла, которая теряется от химической неполноты сгорания топлива

, %,

(4.11)

где – теплотворная способность топлива, = 43000 кДж/кг;

Q ₃ – потеря тепла от неполноты сгорания топлива.

, кДж/кг,

(4.12)

где C^P и S^P – рабочее содержание углерода и серы в топливе, в % по весу.

Для керосина рабочий состав топлива в % по весу следующий:

C^P =86,0; H^Р =13,7; S^P =0; O^P + N^Р =0,1;

RO ₂ – трехатомные газы в % по объему, определяемые газовым анализом, причем, при сгорании керосина SO ₂=0.

Количество окиси углерода (СО) и азота (N ₂) определяется на основе полученных данных концентрации кислорода (О ₂) и углекислого газа (СО ₂).

, %	(4.13)
, %.	(4.14)

где CO, O ₂ и N ₂ – процентное содержание соответствующих газов в продуктах сгорания.

Потеря тепла с уходящими газами q₂ равна энтальпии газов удаляемых в атмосферу за вычетом количества тепла, вносимого с топливом и с поступающим в топку воздухом, деленной на теплотворную способность топлива, то есть:

,

(4.15)

где Y_yx – энтальпия уходящих газов, кДж/кг; Q_T – физическое тепло топлива, кДж/кг; Q_B – энтальпия поступающего в топку воздуха, кДж/кг.

Порядок подсчета величин Y_yx, Q_T, Q_B приводится ниже.

Энтальпия уходящих газов подсчитывается по уравнению:

,

(4.16)

где – средние объемные теплоемкости газов при постоянном давлении: значения их приводятся в таблице 4.3 в зависимости от температуры, в кДж /(нм³ ·К); t_yx – температура уходящих газов, ºС.

Таблица 4.3. – Значение средних объемных теплоемкостей газов и влажного воздуха при постоянном давлении.

Температура ºС	, кДж /(нм 3 К)	, кДж /(нм 3 К)	, кДж /(нм 3 К)	, кДж /(нм 3 К)
	1,593	1,293	1,494	1,319
	1,713	1,296	1,506	1,324
	1,796	1,300	1,522	1,332
	1,871	1,307	1,542	1,342
	1,929	1,317	1,566	1,354
	1,997	1,329	1,589	1,368

Объем трехатомных газов подсчитывается по уравнению:

, нм 3/ кг,

(4.17)

где C^P, S^P – рабочее содержание углерода и серы в топливе в % по весу.

Объем двухатомных газов определяется по уравнению:

, нм 3/ кг,

(4.18)

где V ₀ – теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания единицы массы топлива, определяемое по уравнению:

, нм 3/ кг,

(4.19)

где C^P, H^P, N^P, O^P – рабочий состав топлива.

Объем водяных паров определяется:

, нм 3/ кг,

(4.20)

где W^P – влажность топлива, для керосина W^P = 0.

Объем избыточного воздуха определяется из выражения:

, нм3/кг,

(4.21)

где a – коэффициент избытка воздуха.

Численное значение коэффициента избытка воздуха определяется для каждого режима на основании полученных результатов газового анализа:

,

(4.22)

Таким образом, зная все члены, входящие в уравнение (4.16), подсчитывают величину энтальпии уходящих газов. Температура уходящих газов t_yx при испытании котла замеряется термопарой с последующей записью на вторичном приборе. Значения объемных теплоемкостей компонентов составляющих дымовые газы принимаются из таблицы 4.3 в зависимости от температуры t_yx.

Затем определяются Q_T и Q_B, входящие в состав уравнения (4.15).

, кДж/кг,	(4.17)
, кДж/кг,	(4.10)

где С_Т – средняя теплоемкость топлива, принимаемая для газа равной 1,675 кДж/кгК; t_Т – температура топлива, принимаемая равной 10⁰С;
a – коэффициент избытка воздуха; V ₀ – теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива, нм³/кг, С_В , t_В – теплоемкость воздуха и его температура. С_В берется из таблицы 4.3 в зависимости от температуры.

Осуществляя процесс горения с различными коэффициентами избытка воздуха, подсчитывают потери q₂ и q₃. По полученным значениям a и h для различных эксплуатационных режимов строят графическую зависимость:

h = f(a).

Зная КПД котла, подсчитывают часовой расход топлива по уравнению:

,

(4.19)

где D – нагрузка котла, то есть производительность по горячей воде, кг/ч;
i_гв , i_хв – энтальпия горячей и холодной воды, кДж/кг.

Для температуры до 100 ⁰С значения энтальпии горячей и холодной воды можно принять численно равными произведению удельной теплоемкости воды (С_В = 4,190 кДж/кгК) на ее температуру.

Удельный расход топлива на получение 1 кг горячей воды заданных параметров определяется по формуле:

, кг/кг.

(4.20)

Таблица 4.4.– Экспериментальные значения рабочих параметров и расчетные результаты их обработки.

Расход нагреваемой воды	D	кг/ч
Температура питательной воды	tпв	0С
Температура горячей воды	tгв	0С
Температура воздуха помещения	tв	0С
Температура топлива (керосина)	tт	0С
Температура уходящих газов	tуг	0С
Состав продуктов сгорания:
Кислород	O2	%
Углекислота	CO2	%
Окись углерода	CO	%
Азот	N2	%
Коэффициент избытка воздуха	a	б/м
Химический недожог	Q3, q3	кДж/кг, %
Потери с уходящими газами	Q2, q2	кДж/кг, %
КПД		%
Расход топлива	B, b	кг/ч, кг/кг

Рассчитанные значения КПД установки по прямому и обратному балансу необходимо сравнить и сделать соответствующие выводы

Содержание отчета и его форма

Отчет оформляется в 18-листовой тетради и должен содержать следующие пункты:

– тема работы,

– цель работы,

– краткое описание лабораторной установки;

– принципиальную схему установки с указанием точек замеров рабочих параметров;

– протокол записи показания измерительных приборов и результатов обработки экспериментальных данных;

– график зависимости коэффициента полезного действия котла от коэффициента избытка воздуха.

– выводы по данной лабораторной работе.

Вопросы для защиты работы

1. Общие понятия о котельных установках и элементах парового котла.

2. Виды теплопотерь, их характеристика и влияние на величину КПД котла.

3. Методика расчета энтальпии уходящих газов и коэффициентов избытка воздуха.

4. Методика расчета теоретически необходимого количества воздуха и объемов продуктов сгорания.

Список рекомендуемой литературы

1. Беликов С. Е., Котлер В. Р. Малые котлы и защита атмосферы. Снижение вредных выбросов при эксплуатации промышленных и отопительных котельных. М.: Энергоатомиздат, 1996 - 128 с.

2. Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. /Под ред. Кузнецова Н. В. и др. Л.: Энергия, 1998. – 296 с., ил.

3. Паровые и водогрейные котлы. Справочник. Изд-во «КНОРУС», 2000

4. Безгрешнов А. Н., Липов Ю. М., Шлейдер Б. М. Расчет паровых котлов в примерах и задачах. Учебное пособие для вузов. /Под общ. ред. Липова Ю. М. М.: Энергоатомиздат, 1991. – 240 с., ил.

5. Роддатис К. Ф. Котельные установки. Учеб. пособие для вузов. М.: Энергия, 1977. – 432 с., ил.

6. Эстеркин Р. И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование. Учеб. пособие для техникумов. Л., Энергоиздат, 1989. – 280 с., ил.

7. Делягин Г. Н., Лебедев В. И., Пермяков Б. А. Теплогенерирующие установки: учеб. для вузов. М.: Стройиздат, 1986.

Поиск по сайту: