ПРОВЕДЕННЯ ВИПРОБУВАНЬ З ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОТЕХНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОДОГРІЙНОГО КОТЛА ПРИ СПАЛЮВАННІ АЛЬТЕРНАТИВНИХ ГАЗОВИХ ПАЛИВ. Звіт до лабораторної роботи з Фізика. Робота № 532015

Перехід до торгівельного партнера Binance

ПРОВЕДЕННЯ ВИПРОБУВАНЬ З ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОТЕХНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОДОГРІЙНОГО КОТЛА ПРИ СПАЛЮВАННІ АЛЬТЕРНАТИВНИХ ГАЗОВИХ ПАЛИВ

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: ПРОВЕДЕННЯ ВИПРОБУВАНЬ З ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОТЕХНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОДОГРІЙНОГО КОТЛА ПРИ СПАЛЮВАННІ АЛЬТЕРНАТИВНИХ ГАЗОВИХ ПАЛИВ Варіант 3 Мета роботи: Мета роботи - ознайомлення з методикою випробувань котельної установки відповідно до вимог нормативної документації. 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: 2. Основні відомості про теплотехнічні характеристики котельних агрегатів У водогрійній котельній установці вода нагрівається за рахунок спалювання органічного палива різного складу. Під час роботи котла на газоподібному паливі теплота, яка підводиться від продуктів згоряння, витрачається на виробництво корисної теплоти, що міститься у гарячій воді, а також на покривання різних шкідливих втрат теплоти. Якість роботи котла визначають коефіцієнтом корисної дії, який показує, яка частка тепла, що виділяє паливо при горінні, йде на нагрівання води. Розрізняють коефіцієнт корисної дії котла як відношення корисної теплоти до наявної за рівнянням прямого балансу - ηп (1) Якщо треба врахувати, куди витрачаються зайві втрати тепла, то коефіцієнт корисної дії котла можна обчислити за рівнянням зворотнього балансу - ηзв = 100 – ( q2 +q3 +q5), (2 ) де q2 - відносна втрата тепла з продуктами згоряння,які виходять у газохід, у відсотках; q3 – відносна втрата тепла від хімічної неповноти згоряння палива, у відсотках; q5 – відносна втрата тепла в довкілля через поверхню котла, у відсотках. 3. 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. Підготовка до проведення випробувань Випробувавання проводяться за умови, якщо параметри навколишнього середовища відповідають вимогам нормативної документації. Для підготовки і проведення випробувань необхідно виконати такі операції: підготовити водну магістраль до випробувань: закрити вентилі 5в, 13в, відкрити вентиль 6в; відкрити вентиль 2в і заповнити бак 3в водою до переливу через лінію 4в. закрити вентиль 2в; увімкнути насос 12в подачі води до котла 10. увімкнути димосос 11 і встановити за допомогою регулювальної заслонки 12 розрідження у паливнику котла Рпал = (6 ± 2) Па. встановити за допомогою вентиля 11г по манометру 12г потрібний тиск газу перед пальниковим пристроєм Рг.п = 1300 Па. Включення пальника котла Для підготовки системи до роботи необхідно виконати такі операції: – перевірити і при необхідності закрити вентилі та крани на газовій магістралі 4г, 6г, 11г, 14г, 15г та відкрити кран 3г; – відкрити запірний вентиль 4г до появи шуму витоку газу з трубопровода на свічку через кран 5г; – через 20 - 30 с закрити кран 5г на свічку. (Тиск за манометром 10г повинен бути в межах 0,1 МПа); – відкрити повністю вентилі 4г, 6г, 14г; – через газовий лічильник 10г не повинно бути витрати газу; – встановити витрату води через котел 10, яка відповідає максимальній потужності пальникового пристрою (виконується персоналом лабораторії після відповідних налагоджувальних випробувань); – поступово відкриваючи вентиль 15г, запалити факел розтопочного пальника 17г. – увімкнути вентилятор 11 і встановити за допомогою заслінки 12 розрідження в паливнику котла на рівні (6 ± 2) Па, контролюючи рівень розрідження за допомогою мановакууметра 7; – відкрити оглядове віконце 3 котла і ввести в нього факел розтопочного пальника 17г. – натиснути кнопку на блоці автоматики. Запальний пальник пальникового пристрою повинен загорітися; – протримати кнопку блока автоматики 10 с і відвести факел розтопочного пальника 17г. Якщо штатний запальний пальник загас, поступово збільшити термін утримання кнопки в межах 10 – 60 с, поки не буде досягнуто стале запалювання (прогрівається біметалічна пластина штатного запальника); – зафіксувати умови сталого запалення штатного запальника; – повернути ручку подачі основного газу на пальник у напрямку, вказаному у паспорті на пальниковий пристрій для запалення факела пальника. Порядок проведення випробувань котла - після того, як температура води на виході із котла tв.вих досягне 80 ºС, включити за допомогою вентиля 5в злив гарячої води з баку 3в та додавати холодну воду з магістралі 1в за допомогою вентиля 2в для підтримання такої температури. Встановити режим, при якому температура води на вході в котел tв.вх буде дорівнювати (60 ± 5) ºС, а різниця температур води на вході та на виході з котла дорівнюватиме (20 ± 5) ºС. Якщо неможливо встановити необхідний підігрів води в котлі, зменшити витрату води через котел, відкриваючи байпасний вентиль 13в насосу. Після встановлення потрібного стаціонарного режиму, коли температура води і продуктів згоряння не змінюються протягом одного часу, з інтервалом у 15хв. виміряти необхідні параметри системи. Характеристики котла, що визначаються під час випробувань, та межі зміни параметрів системи наведено в табл. 3. Таблиця 3. Характеристики котла та діапазон зміни параметрів, що вимірюються під час випробувань Характеристика Тиск газу перед пальником, Ргпал, Па Розрідження в топковому просторі, Рпал, Па Положення повітряно-регулювальної шайби, l, мм Положення заслінки подачі вторинного повітря Теплопродуктивність котла, коефіцієнт корисної дії 650 - 1800 4 - 15 2 - 10 Відкрито Закрито Виключення стенда – Регулятором блоку автоматики 1 закрити подачу газу на пальник; закрити вентиль 11г подачі газу до пальника; закрити газові вентилі 4г, 6г; відкрити кран 5г подачі газу на свічку; Вимкнути допоміжний пальник, закривши вентилі 15г та 14г; закрити вентиль 2в подачі води на змішування; вимкнути насос 12в циркуляції води в системі. –. вимкнути димосос 11. Розрахунки характеристик котла Визначення коефіцієнту корисної дії котла за прямим балансом Обробку експериментальних даних виконують за методикою та формулами, наведеними в [4 - 7; 11]. Результати розрахунків заносять в табл. 4 (пп. 18-23). 1. Витрату води через котел GВ, кг/с, обчислюють за формулою GВ = , (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) е срв = 4,19 кДж/(кг·К) – теплоємність води. 3. Реальну (секундну) витрату газу Vг, м3/с, яку замірено лічильником, обчислюють за формулою [1, 2, 4, 7]: 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 [1, 2, 4, 7]: (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 складаються 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. Результати розрахунків заносять в табл.. 4 (пп. 24 – 42). Втрата тепла від хімічної неповноти згоряння q3, у відсотках, обчислюється за формулою [3, 4, 9, 11]: q3 = ·100, (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 [1 - 7, 9 - 11]: 2. Для визначення h приймають до уваги, що між коефіцієнтом розведення продуктів згоряння h коефіцієнтом надлишку повітря α існує певна залежність [3]: αг.а = 1 + (h –1) = 1 + m ·(h – 1), (11) якщо позначити = m, можна прийняти m = 0,9. 3. В свою чергу, коефіцієнт надлишку повітря α обчислюють за такою формулою [3, 9, 11, 13]: αг.а , (12) 4. Втрату тепла з продуктами згоряння q2, у відсотках, розраховують за формулою: q2 = ? вих − ? п ? ??? · [С' + (h-1) ·В·К] · 100, (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 згоряння 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. Таблиця 5. Поправкові коефіцієнти К, С ' [7] Температура продуктів згоряння, ºС Значення коефіцієнтів С/ К 100 200 300 400 500 600 0,82 0,83 0,84 0,86 0,87 0,88 0,77 0,78 0,79 0,80 0,81 0,82 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: (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 (див. рис. 3); Vн = Vгн - витрата палива, м3/год. 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). 5. Аналіз одержаних результатів та основні висновки 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 %. На рис.5, як приклад, наведено графік залежності коефіцієнта корисної дії котельного агрегату від теплопродуктивності ηп = f (Nп) / Рис. 5. Типовий графік залежності коефіцієнта корисної дії котла від теплопро-дуктивності під час спалювання газу [6]. За результатами аналізу робиться висновок про відповідність характе- ристик котельного агрегату вимогам нормативних документів або про умови, за яких цю відповідність можна досягти. Хід роботи Табл. 4.1. (вар. 1-8). 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 № п.п Позначення Одиниця № випробування 3 Результати вимірювань 1 Рб Па 99200 2 tпов 0С 14,5 3 tгліч 0С 18,0 4 tгвих 0С 166 5 tвдвх 0С 65,0 6 tвдвих 0С 80,5 7 Рпал Па -8,0 8 Рвих Па -10,0 9 Ргліч Па 1840 10 Ргпал Па 970 11 ΔVгліч м3 0,026 12 τгліч с 63,2 13 ΔVвд м3 0,009 14 τвд с 49,5 15 О2′ % 11,6 16 Н2′ % 0,03 17 СО′ % 0,04 Визначення коефіцієнту корисної дії за прямим балансом 18 Gвд кг/с 0,181818182 19 Qвд кВт 11,80818182 20 Vг м3/с 0,000411392 21 Vгн нм3/с 0,00038486 22 Nп кВт 13,99927855 23 ηп % 84,34850252 Визначення коефіцієнту корисної дії за зворотнім балансом 24 tстпер 0С 24 25 αстпер Вт/м2К 8 26 tстлев 0С 26 27 αстлев Вт/м2К 8,1 28 tстзад 0С 41 29 αстзад Вт/м2К 9,5 30 tстпр 0С 24 31 αстпр Вт/м2К 8 32 tдн 0С 50 33 αдн Вт/м2К 11,3 34 tверх 0С 42 35 αверх Вт/м2К 10,7 36 q5 % 10,32208986 37 αг.а - 2,225755167 38 h - 2,361950185 39 q3 % 0,466248967 40 q2 % 14,19280421 41 ηзв % 75,01885696 42 Δη = ηп- ηзв 9,329645568 Висновок: У процесі виконання лабораторної роботи були проведені вимірювання основних параметрів роботи котельної установки, таких як температури, тиски, об’єми, а також концентрації різних речовин. Було здійснено розрахунки коефіцієнтів корисної дії (ККД) системи за прямим та зворотним балансом, що дозволило оцінити її енергоефективність. Аналіз втрат тепла показав, що система має певний потенціал для покращення своєї ефективності. Основні втрати були виявлені через теплообмінні поверхні та на виході. Різниця між ККД за прямим і зворотним балансом є невеликою, що свідчить про точність виконаних розрахунків. Можна стверджувати, що система демонструє високу ефективність роботи, однак існує можливість для її оптимізації. Зокрема, поліпшення теплоізоляції та зменшення втрат тепла може сприяти підвищенню загальної енергоефективності котельної установки.

Звіт до лабораторної роботи Фізика

08.01.2026 02:01-

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