Визначення характеристик водогрійного котла при спалюванні альтернативних газових палив. Звіт до лабораторної роботи з Фізика. Робота № 532014

Перехід до торгівельного партнера Binance

Визначення характеристик водогрійного котла при спалюванні альтернативних газових палив

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний технічний університет України Київський політехнічний інститут

Інститут:

Не вказано

Факультет:

Не вказано

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 2 Мета ознайомлення з методикою випробувань котельної установки відповідно до вимог нормативної документації. Завдання До завдання роботи входить: - ознайомлення з об'єктом випробувань – водогрійним котлом; - ознайомлення з функциональною схемою стенду; - набуття навиків роботи з контрольно-вимірювальною апаратурою, яка використовується під час проведення випробувань; - засвоєння методики проведення випробувань та їх проведення згідно з розробленою програмою; - обробка експериментальних даних та аналіз результатів випробувань. Теоретичні відомості Експлуатація енергетичного обладнання вимагає від працівників глибоких знань основних процесів горіння та теплопередачі. Ці знання є ключовими для раціонального використання палива, підвищення ефективності роботи обладнання, а також для зменшення негативного впливу на навколишнє середовище. Процеси горіння та теплопередачі підпорядковуються законам термодинаміки, газодинаміки, теплообміну та хімічної кінетики, що визначає їх високу складність і необхідність експериментальної перевірки. Сучасні тенденції в енергетиці спрямовані на використання альтернативних видів палива як заміни коштовному природному газу. Такий підхід сприяє зменшенню витрат і зниженню залежності від традиційних джерел енергії. Теплотехнічні характеристики котлів Водогрійні котли функціонують завдяки спалюванню органічного палива, теплоту якого використовують для нагрівання води. Ефективність роботи котла визначається коефіцієнтом корисної дії (ККД), що відображає, яка частина тепла палива спрямовується на нагрівання води. Розрахунок ККД може здійснюватися за рівняннями: Прямий баланс: / Зворотний баланс: / де q2, q3, q5 — відносні втрати тепла з продуктами згоряння, хімічною неповнотою згоряння та втратами через поверхню котла відповідно. Лабораторна установка 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. 1. Лабораторний 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. Вихідні дані за варіантом (ВАРІАНТ 2) № п.п Позначення Одиниця № випробування 2 Результати вимірювань 1 Рб Па 99200 2 tпов 0С 14,2 3 tгліч 0С 18,0 4 tгвих 0С 158 5 tвдвх 0С 63,0 6 tвдвих 0С 78,5 7 Рпал Па -5,0 8 Рвих Па -10,0 9 Ргліч Па 1810 10 Ргпал Па 740 11 ΔVгліч м3 0,024 12 τгліч с 65,3 13 ΔVвд м3 0,010 14 τвд с 58,6 15 О2′ % 11,7 16 Н2′ % 0,027 17 СО′ % 0,035 Визначення коефіцієнту корисної дії за прямим балансом 18 Gвд кг/с 19 Qвд кВт 20 Vг м3/с 21 Vгн нм3/с 22 Nп кВт 23 ηп % Визначення коефіцієнту корисної дії за зворотнім балансом 24 tстпер 0С 23 25 αстпер Вт/м2К 26 tстлев 0С 23 27 αстлев Вт/м2К 28 tстзад 0С 41 29 αстзад Вт/м2К 30 tстпр 0С 23 31 αстпр Вт/м2К 32 tдн 0С 48 33 αдн Вт/м2К 34 tверх 0С 33 35 αверх Вт/м2К 36 q5 % 37 αг.а - 38 h - 39 q3 % 40 q2 % 41 ηзв % 42 Δη = ηп- ηзв Хід роботи 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. 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. № п.п Позначення Одиниця № випробування 2 Результати вимірювань 1 Рб Па 99200 2 tпов 0С 14,2 3 tгліч 0С 18 4 tгвих 0С 158 5 tвдвх 0С 63 6 tвдвих 0С 78,5 7 Рпал Па -5 8 Рвих Па -10 9 Ргліч Па 1810 10 Ргпал Па 740 11 ΔVгліч м3 0,024 12 τгліч с 65,3 13 ΔVвд м3 0,01 14 τвд с 58,6 15 О2′ % 11,7 16 Н2′ % 0,027 17 СО′ % 0,035 Визначення коефіцієнту корисної дії за прямим балансом 18 Gвд кг/с 0,170648464 19 Qвд кВт 11,08276451 20 Vг м3/с 0,000367534 21 Vгн нм3/с 0,000343728 22 Nп кВт 12,5031223 23 ηп % 88,63997521 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 / = 100 – ( q2 +q3 +q5) , (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 повіт¬¬¬ря 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 . 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 (Коефіцієнт тепловіддачі α і для кожної поверхні визначають з графіку та середньої температури елементу поверхні котла і заносять в табл..4. / 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. Визначення коефіцієнту корисної дії за зворотнім балансом 24 tстпер 0С 23 25 αстпер Вт/м2К 8,3 26 tстлев 0С 23 27 αстлев Вт/м2К 8,3 28 tстзад 0С 41 29 αстзад Вт/м2К 9,7 30 tстпр 0С 23 31 αстпр Вт/м2К 8,3 32 tдн 0С 48 33 αдн Вт/м2К 9,8 34 tверх 0С 33 35 αверх Вт/м2К 8,8 36 q5 % 9,791355545 37 αг.а - 2,250562641 38 h - 2,389514045 39 q3 % 0,417352523 40 q2 % 13,61022231 41 ηзв % 76,18106962 42 Δη = ηп- ηзв 12,45890559 Висновок: У ході виконання лабораторного заняття було досліджено механізм функціонування теплонасосного обладнання та проведено розрахунок основних параметрів системи, зокрема коефіцієнта теплової трансформації (COP) та характеристик ґрунтового теплообмінника. Було детально проаналізовано переваги застосування сонячної енергії для забезпечення теплопостачання, її екологічну значущість та енергоефективність у сучасних умовах.

Звіт до лабораторної роботи Фізика

03.01.2026 11:01-

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