Визначення характеристик водогрійного котла при. Звіт до лабораторної роботи з Фізика. Робота № 100965

Визначення характеристик водогрійного котла при

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний технічний університет України Київський політехнічний інститут

Інститут:

Не вказано

Факультет:

ЗІ

Кафедра:

Не вказано

Інформація про роботу

Рік:

2024

Тип роботи:

Звіт до лабораторної роботи

Предмет:

Фізика

Завантажити

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ “КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ імені ІГОРЯ СІКОРСЬКОГО” ЗВІТ з лабораторної роботи №8 з навчальної дисципліни “Основи фізики традиційних та альтернативних джерел енергії” Тема: Визначення характеристик водогрійного котла при спалюванні альтернативних газових палив Варіант 17 Варіант №17: Табл. 4.3. (вар. 17 -24). Результати вимірювань та розрахунків експериментальних даних під час випробувань водогрійного котла. QнР = 36375 кДж/м3; Fдн = 0,2596 м2; Fверх = 0,2596 м2; Fстпер = 0,408 м2; Fстлев = 5152 м2; Fстзад = 0,408 м2; Fстпр. = 0,5152 м2 / / Теоретичні відомості Водогрійна котельна установка нагріває воду за рахунок спалювання органічного палива (газоподібного або іншого). Теплота, що утворюється при горінні, передається воді. Корисна теплота, отримана в гарячій воді, витрачається на обігрів, а частина теплової енергії втрачається через шкідливі теплові втрати. ККД котла характеризує ефективність перетворення енергії палива в корисну теплоту. Його обчислюють двома методами: За рівнянням прямого балансу: ηп=Qкор/Qпалива *100% — де Qкор корисна теплота, Qпалива — теплота, виділена при згорянні палива. За рівнянням зворотного балансу: ηзв=100−(q2+q3+q5) де q2 — втрати тепла з відхідними газами, q3 — втрати через хімічну неповноту згоряння, q5 — втрати тепла в довкілля. Лабораторна установка базується на водогрійному котлі КС-ТГ-25 і складається з таких систем: Газова система: подача та контроль природного газу. Включає редуктори, лічильники, манометри, запірні вентилі, регулювальні крани. Водяна система: забезпечує циркуляцію, нагрівання та відведення води. Складається з баку для води, насосу, вентилів і термометрів. Система відведення продуктів згоряння: включає газохід, димосос, аналізатор газу, мановакууметр. У нижній частині котла встановлено пальниковий пристрій, який забезпечує спалювання палива. Регулювання процесу здійснюється за допомогою системи автоматизації. Параметри роботи (тиск газу, розрідження в топці, температура води) контролюються вимірювальними приладами. Під час експериментів визначають основні параметри: витрати газу та води, температуру води на вході та виході, втрати тепла. Зібрані дані дозволяють розрахувати ККД котла за рівняннями балансу і оцінити ефективність процесу нагрівання води. Експериментальний стенд для проведення випробувань інжекційного пальника показано на рис. 1, 2. В якості стенду для проведення випробувань використано водогрійний котел КС-ТГ-25. / Рис. 2. Схема стенда для проведення випробувань Конструктивні елементи котла. 1 – блок автоматики; 2 – кришка; 3 – оглядове віконце введення запалювального пальника; 4 – засувка регулювання подачі вторинного повітря; 5 – щілини подачі вторинного повітря; 6 – щиток приєднання пальника; 7 – манометр тиску в котлі – Рпал; 8 – запальний пальник блоку автоматики; 9 – термопара: 10 – котел; 11 – димосос; 12- шибер; 13 – газохід котла; 14 – тиск в газоході; 15 – температура вихідних газів; 16 – насос відбору проби для газового аналізу; 17 - газоаналізатор Газова система 1г – газова магістраль; 2г – манометр виміру тиску газу; 3г – вимикаючий вентиль; 4г – запірний вентиль; 5г – кран на продувочну свічку; 6г – кран до редуктора; 7г – газовий редуктор; 8г – манометр тиску газу перед лічильником – Ргліч; 9г – термометр температури газу перед лічильником – tгліч; 10г – газовий лічильник; 11г – регулюючий вентиль; 12г – манометр тиску газу перед пальником – Ргпал; 13г – гнучкий шланг;14г – запірний газовий кран на лінії запальника; 15г – регулюючий вентиль газу до запальника; 16г – гнучкий шланг; 17г – запальник; Водяна система 1в – водяна магістраль; 2в – водяний вентиль; 3в – водяний бак; 4в – лінія переливу; 5в – вентиль спорожнювання баку; 6в – вентиль подачі води в котел; 7в – лінія подачі води з котла в бак; 8в – зливна воронка; 9в – манометр тиску води на виході з котла – Рввих ; 10в – термометр води на виході з котла - tввих; 11в – магістраль подачі води в котел; 12в – водяний насос; 13в – бай пас; 14в – водяний лічильник; 15в – манометр тиску води на вході в котел – Рввх; 16в – витрата води – Vвліч; 17в – термометр води на вході в котел – tввх. У нижній частині котла розміщено пальниковий пристрій, який щитком 6 приєднується до передньої панелі котла 10. У верхній частині щитка розміщено блок автоматики безпеки та регулювання 1 із запальним пальником 8 та термопарою 9. Для введення факела розтоплювального пальника або електричної свічки для запалювання запального пальника і контролю наявності факелу в топковому просторі служить оглядове віконце 3, яке закривається кришкою 2. В нижній частині пальника в щитку вирізано продовжні щілини 5 для подачі вторинного повітря. Кількість вторинного повітря регулюється переміщенням заслонки 4, яка перекриває продовжні щілини. Із загального газового колектора лабораторії 1г (індексом г на рис. 1 означено елементи газової системи) природний газ подається через запорні вентилі 4г та 6г до редуктора 7г типу РДГС-10, а потім до газового лічильника 10г і регулювального вентиля 11г. Від вихідного патрубка після вентиля 11г газ гнучким шлангом 13г підводиться до вхідного штуцера пальникового пристрою на блоці автоматики 1. Для контролю тиску газу в магістралі використовують манометр 2г, який з'єднують з газовою магістраллю через шаровий кран 3г. Краном 5г газову магістраль з'єднують із свічкою для продувки газу в повітря за межами лабораторїї. За допомогою манометра 8г, термометра 9г вимірюють параметри газу перед лічильником. За манометром 12г вимірюється тиск газу перед пальником – Рг пал. Гідравлічна система стенда (елементи якої означені індексом в) складається з баку з водою 3в, з якого через вентиль 6в по трубопроводу 11в воду подають до котла 10. Для організації примусової циркуляції води в системі використовують водяний насос 12в. Рециркуляція води через насос 12в здійснюється відкриттям вентиля 13в. Витрата води через котел вимірюється за допомогою лічильника 14в. За необхідності воду з баку можна зливати через вентиль 5в у воронку 8в і потім - в каналізацію. Із водогрійного котла гарячу воду подають в бак з водою 3в по магістралі 7в. Для регулювання температури води в бак подають холодну воду з водопроводу лабораторії по магістралі 1в за допомогою вентиля 2в. Тиск води в магістралі і температуру на лініях вимірюють за допомогою манометрів 5в, 9в і термометрів 17в, 10в. У разі переповнення котла надлишок води зливають в каналізацію через патрубок 4в. Відведення продуктів згоряння з водогрійного котла 10 здійснюють через газохід котла 13, який з'єднується з газоходом лабораторії. Розрідження в котлі створюють димососом 11 і регулюють заслонкою 12. Розрідження в газоході вимірюють за допомогою мановакууметра 14, а температуру – термометром 15. Продукти згоряння з газоходу для аналізу відбирають за допомогою насоса 16, після чого їх подають до газоаналізаторів 17. Візуальне спостереження за розвитком факелу в котлі відбувається через оглядове віконце 19, яке закрито кварцевим склом. Результати роботи Розрахунки характеристик котла 1. Витрату води через котел GВ, кг/с, обчислюють за формулою GВ = Vв / τв, (3) де Vв – витрата води , виміряна лічильником, м3; - густина води, яка дорівнює 1000 кг/м3; τв - час виміру, с. 2. Номінальну теплопродуктивність котла Qв,, кВт, обумовлену відведенням тепла водою, розраховують за формулою QВ = GВ·ср в·, (4) де срв = 4,19 кДж/(кг·К) – теплоємність води. 3. Реальну (секундну) витрату газу Vг, м3/с, яку замірено лічильником, обчислюють за формулою: Vг = (5) де Vліч – загальна витрата газу, м3; – термін вимірювання, с. 4. Витрату газу Vгн, м3/с, яку приведено до нормальних умов, обчислюють за формулою: (6) де Pгліч – надлишковий тиск газу перед лічильником, Па; tгліч – температура газу перед лічильником, ºС. 5. Теплову потужність пальника Nп, кВт, обчислюють за формулою: Nп = Qрр = Vгн · Qнр, (7) 6. Коефіцієнт корисної дії котла ηп, у відсотках, (відношення корисної теплоти до наявної ) можна визначити за рівнянням прямого балансу (1) Результати розрахунків залежності коефіцієнту корисної дії котла за прямим балансом ηп від потужності котла наносять на рис.5. Визначення характеристик котла за зворотним балансом Формула розрахунку теплового балансу котла має вигляд: Qрр = Nп = QВ + /, (8) де Qрр - теплота, яка поступає в агрегат з продуктами згоряння палива, вона дорівнює тепловій потужності пальника Nп, кВт; QВ - номінальна теплопродуктивність котла, яка обумовлена відведенням тепла водою, кВт; / - сума всіх сторонніх втрат теплоти в котлі, кВт. Сторонні втрати тепла в котлі кладаються з втрати теплоти з продуктами згоряння Q2, яка обумовлена тим, що температура продуктів згоряння вище температури навколишнього середовища, втрати тепла від хімічної неповноти згоряння, Q3, яка з’являється в разі наявності в продуктах згоряння компонентів Н2, СО, СН4, а також втрати тепла в довкілля через поверхню котла Q5, обумовлену тим, що температура обмурівки котла та заізольованих елементів вище температури навколишнього середовища /= Q2 + Q3 + Q4 + Q5, (9) Під час спалювання твердого палива з’являється втрата тепла від механічної неповноти згоряння Q4, кВт. При спалюванні природного газу вона відсутня. Якщо відомі всі втрати тепла, коефіцієнт корисної дії котла за зворотнім балансом - ηзв, у відсотках, можна обчислити за рівнянням зворотнього балансу /, (2) де q2 - відносна втрата тепла з продуктами згоряння, у відсотках; q3 – відносна втрата тепла від хімічної неповноти згоряння, у відсотках; q5 – відносна втрата тепла в довкілля через поверхню котла, у відсотках. 1. Втрата тепла від хімічної неповноти згоряння q3, у відсотках, обчислюється за формулою : /, (10) де Р - нижча теплота згоряння палива стосовно 1 м3 сухих продуктів згоряння, для природного газу Р = 1000 кДж/м3; h - коефіцієнт розведення продуктів згоряння надлишковим повітрям, який обчислюється за формулами : 2. Для визначення h приймають до уваги, що між коефіцієнтом розведення продуктів згоряння h коефіцієнтом надлишку повітря α існує певна залежність : /(11) якщо позначити / = m, можна прийняти m = 0,9. 3. В свою чергу, коефіцієнт надлишку повітря α обчислюють за такою формулою : /(12) для котлів такого типу, недогорівший метан в продуктах згоряння відсутній, тобто СН'4 = 0 %. 4. Втрату тепла з продуктами згоряння q2, у відсотках, розраховують за формулою: / (13) де tвих - температура продуктів згоряння на виході з котла, ºС; tп – температура повітря в приміщенні, де виконують випробування, ºС; tmax – жаропродуктивність газу, яка дорівнює 2010 ºС; К, С' – поправочні коефіцієнти, які є функцією температури продуктів зго¬¬¬ряння за котлом, визначаються за таблицею 5; В - коефіцієнт співвідношення об'ємів сухих та вологих продуктів згоряння (В = 0,81); h - коефіцієнт розбавлення сухих продуктів згоряння надлишковим повітрям. Коефіцієнт розбавлення продуктів згоряння надлишковим повітрям h розраховують за формулою (11). 5. Втрату теплоти у довкілля через поверхні котла q5, у відсотках, визначають за формулою: формулу нижче я теж поміняв, але при збереженні вона поломалась і стала малюнком :С ? 5 = ? і ⋅ ? і ⋅ ? ПОВ і − ? П ? Н ⋅ ? Н Р ∙1000 ⋅100, (14) де αі - коефіцієнт тепловіддачі від елемента поверхні котла у довкілля, Вт/(м2· ºС); Fі – площа елемента поверхні котла, якою тепло передається у довкілля шляхом вільної конвекції та випромінюванням, м2; tпові - температура елемента зовнішньої поверхні котла, ºС; Vн = Vгн - витрата палива, м3/с приведена до нормальних умов. В залежності від розміщення елемента поверхні котла у просторі (рис. 3) Коефіцієнт тепловіддачі αі для кожної поверхні визначають з графіку на рис. 4. [7] та середньої температури елементу поверхні котла і заносять в табл.4. (п.п. 24 – 35). / Рис. 3. Схема розміщення поверхонь котла для виміру температур зовнішніх поверхонь і визначення коефіцієнту тепловіддачі: Fдн – нижня поверхня; Fстлев – ліва стінка; Fстзад – задня стінка; Fверх – верхня стінка; Fстпр. – права стінка; Fстпер – передня стінка / Рис. 4. Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням і вільною конвекцією на горизонтальних (αг ) та вертикальних (αв) зовнішніх поверхнях котла при температурі довкілля 20 ºС залежно від середньої температури зовнішньої поверхні котла tз.пов (п.п. 24, 26, 28, 30, 32, 34, табл.. 4). За результатами проведених випробувань отримують відповідні характеристики котла та графік їх залежності від режимних параметрів: залежність коефіцієнта корисної дії котла від потужності пальникового пристрою, коефіцієнта надлишку повітря, розрідження в пальнику. Котел вважають таким, що витримав випробування, якщо: Коефіцієнти корисної дії за прямим балансом ηп, розрахований за формулою (1), та корисної дії за зворотним ηзв, розрахований за формулою (2), повинні відрізнятися абсолютним значенням не більше, ніж на ηп - ηзв = 4 %. Отже, отримуємо такі результати обрахунків: № п.п Позначення Одиниця № Випробування 17 Результати вимірювань 1 Рб Па 97000 2 tпов 0С 26 3 tгліч 0С 20 4 tгвих 0С 161 5 tвдвх 0С 61,6 6 tвдвих 0С 85,6 7 Рпал Па -5 8 Рвих Па -12 9 Ргліч Па 1740 10 Ргпал Па 1280 11 ΔVгліч м3 0,044 12 τгліч с 59 13 ΔVвд м3 0,013 14 τвд с 63,1 15 О2′ % 11,2 16 Н2′ % 0,03 17 СО′ % 0,4 Визначення ККД за прямим балансом 18 Gвд кг/с 0,206022187 19 Qвд кВт 20,71759113 20 Vг м3/с 0,000745763 21 Vгн м3/с 0,00067713 22 Nп кВт 24,63061206 23 ηп % 84,11318028 Визначення ККД за зворотнім балансом 24 tстпер 0С 56 25 αстпер Вт/м2К 10,25 26 tстлев 0С 34 27 αстлев Вт/м2К 8,99 28 tстзад 0С 46 29 αстзад Вт/м2К 9,55 30 tстпр 0С 34 31 αстпр Вт/м2К 8,99 32 tдн 0С 42 33 αдн Вт/м2К 10,75 34 tверх 0С 38 35 αверх Вт/м2К 10,5 36 q5 % 1,440707877 37 αг.а - 0,112446789 38 h - 0,013829765 39 q3 % 10,46693185 40 q2 % 1,389879709 41 ηзв % 86,70248056 42 Δη = ηп- ηзв % -2,589300285 Висновок: В результаті виконання лабораторної роботи було ознайомлено з методикою випробувань водогрійної котельної установки відповідно до вимог нормативної документації. Було виконано всі завдання, включаючи ознайомлення з об'єктом випробувань - водогрійним котлом КС-ТГ-25, і детальне вивчення функціональної схеми лабораторного стенда, що включає газову, водяну системи та систему відведення продуктів згоряння. Зібрані дані дозволили розрахувати теплову потужність котла, витрати води та газу, а також коефіцієнти корисної дії (ККД) за прямим і зворотним балансами. Оскільки ККД за прямим балансом становить 84,11%, за зворотним – 86,7%, а різниця між цими значеннями дорівнює за модулем 2,59%, то котел вважають таким, що витримав випробування, оскільки абсолютне значення є не більше, ніж ηп - ηзв = 4 %.

Звіт до лабораторної роботи Фізика

28.02.2025 18:02-

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

Маєш корисні навчальні матеріали, які припадають пилом на твоєму комп'ютері? Розрахункові, лабораторні, практичні чи контрольні роботи — завантажуй їх прямо зараз і одразу отримуй бали на свій рахунок! Заархівуй всі файли в один .zip (до 100 МБ) або завантажуй кожен файл окремо. Внесок у спільноту – це легкий спосіб допомогти іншим та отримати додаткові можливості на сайті. Твої старі роботи можуть приносити тобі нові нагороди!

поділитись