МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

13 МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

Лабораторна робота №1

ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА КОРИСНОЇ ДІЇ ПАРОВОГО КОТЛА

Мета роботи: Визначити коефіцієнт корисної дії котла брутто методом прямого та зворотного балансу.

Коефіцієнт корисної дії котла брутто за прямим балансом є відно-шення корисної теплоти до наявної теплоти палива

\eta _к^{бр} = {{{Q_1}} \over {{Q_н}}},

де Q₁ – корисна теплота;

Q_н – наявна теплота.

Корисна теплота в котлі – теплота, яка витрачається на підігрівання води, пароутворення та перегрівання пари, кДж/кг або кДж/м³

{Q_1} = D \cdot \left( {{h_{пп}} - {h_{жв}}} \right) + D \cdot {p \over {100}} \cdot \left( {{h_{кв}} - {h_{жв}}} \right),

де D – паровидатність котла, кг/с;

В_р – розрахункова витрата палива, кг/с або м³/с;

h_пп, h_жв, h_кв – ентальпії перегрітої пари, живильної води, котлової води, кДж/кг;

р – величина безперервної продувки, враховується при р > 2%.

Експериментальні та розрахункові дані записуємо в таблицю 13.1.

Визначення енергоефективності котельного агрегату за повною нормативною методикою потребує багато часу та великої кількості дослідних параметрів.

Таблиця 13.1
№ досліду	Витрата палива, В_р, кг/с або м³/с	Продуктивність котла D, кг/с	Параметри пари			Параметри живильної води		Величина продувки, р, %	ККД котла, η_к^6б,%
№ досліду	Витрата палива, В_р, кг/с або м³/с	Продуктивність котла D, кг/с	Тиск, Р_пп, МПа	Температура, t_пп,^oС	Ентальпія, кДж/кг	Температура, t_жв, ^oС	Ентальпія кДж/кг	Величина продувки, р, %	ККД котла, η_к^6б,%

При спалюванні в котельних агрегатах рідкого та газоподібного палива значне зниження трудомісткості замірів і скорочення часу може бути досягнуто за рахунок використання для визначення складових частин теплового балансу спрощеної методики М.Б. Равича.

Згідно цієї методики ККД котла визначається за методом зворотного балансу

\eta _к^{бр} = 100 - \left( {{q_2} + {q_3} + {q_5}} \right),

де q2 – втрати теплоти з відхідними газами, %;

q₃ – втрати теплоти від хімічного недопалу, %;

q₅ – втрати теплоти через огородження котла, %;

Втрати теплоти з відхідними газами визначаються за формулою, %

{{\rm{q}}_{\rm{2}}}{\rm{ }} = {\rm{ 0}}{\rm{,01}} \cdot {\rm{(}}{{\rm{t}}_{{\rm{вг}}}}{\rm{ - }}{{\rm{t}}_{{\rm{хп}}}}{\rm{)}} \cdot {\rm{Z}},

де t_вг – температура продуктів згорання, _oС;

Z – розрахунковий параметр, який залежить від складу димових газів, їх температури Z = f(СО₂,СО, Н₂,СН₄, t_вг), і визначається за допомогою таблиці, наведеної в [2];

t_хп – температура холодного повітря, _oС.

Втрати теплоти від хімічного недопалу визначають за формулою, %

{{\rm{q}}_{\rm{3}}}{\rm{ }} = {{\left( {30 \cdot CO + 25,8 \cdot {H_2} + 85 \cdot C{H_4}} \right) \cdot h} \over p}{\rm{ }} \cdot 100,

де h – коефіцієнт розбавлення продуктів згорання, який характеризує зміну об'єму продуктів згоряння в порівнянні з теоретичним об'ємом, тобто таким об’ємом, коли вони не розбавлені повітрям (визначається за даними аналізу газів)

{\rm{h }} = {{{{\left( {C{O_2}} \right)}_{\max }}} \over {C{O_2}}},

де (СО₂)_mах – максимальний вихід СО₂, для природного газу (СО₂)_mах = 11,8%, для мазуту (СО₂)_mах = 16%;

СО₂, СО, Н₂, СН₄ – вміст складових газів за даними газоаналізатора, %;

р = 1000 ккал/м³ – теплота згоряння 1 м³ не розбавлених повітрям продуктів згорання, %

При повному згоранні СО→0, СН₄→0, Н₂→0, q₃→0.

Втрати теплоти q₅ визначаються за допомогою даних [2] або за формулою, %

{{\rm{q}}_{\rm{5}}}{\rm{ }} = {{{F_k}} \over {{B_p} \cdot Q_н^p}}\left( {{\alpha _к} \cdot \left( {{t_{ст}} - {t_{хп}}} \right) + {\alpha _в} \cdot \left( {{t_{ст}} - {t_{огор}}} \right)} \right) \cdot 100,

де F_к – площа поверхні обмурівки котла, м²;

α_к, α_в – коефіцієнти тепловіддачі від стінки обмурівки конвекцією та випромінюванням, можна прийняти, кВт/(м²К): α_к =7,3·10^-3, αв=6,7·10^-3;

t_ст, t_хп, t_огор – температура стінки обмурівки, повітря в котельні, огороджувальних конструкцій, ^oС.

Дані замірів і розрахунків заносимо в таблицю 13.2.

Таблиця 13.2
№ досліду	Температура продуктів згоряння, t_вг, ^oС	Температура холодного повітря, t_хп, ^oС	(СО₂)_max, %	CO₂	Величина Z	Втрати			η_к^6б,%
						q₂, %	q₃, %	q₅, %

Після проведення розрахунків ККД котла за прямим та зворотним балансами необхідно порівняти відхилення значень, та визначити похибку за формулою

{\varepsilon _{\eta _к^бр{}}}{\rm{ }} = {{\eta {{_к^{бр}}_{\left( {пр} \right)}} - \eta {{_к^{бр}}_{\left( {зв} \right)}}} \over {\eta {{_к^{бр}}_{\left( {пр} \right)}}}} \cdot 100.

Контрольні запитання

Поясніть як визначається ККД котла за прямим та зворотним балансом.
Поясніть різницю між ККД брутто і ККД нетто котла.
Поясніть поняття "наявна теплота", її складових і залежності для їх визначення.
Поясніть як визначаються втрати теплоти з відхідними газами, від хімічної і механічної теплоти згорання за методикою Равича.
Поясніть зміст коефіцієнту розбавлення продуктів згорання.
Яким чином визначаються втрати теплоти через огородження котла за методикою Равича?

Лабораторна робота №2
ДОСЛІДЖЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧІ В ЕКОНОМАЙЗЕРІ

Мета роботи: Експериментально визначити коефіцієнт теплопередачі в водяному економайзері.

Для визначення коефіцієнта теплопередачі водяного економайзера необхідно використати рівняння теплосприйняття економайзера, кДж/кг або кДж/м³

{Q_е}{\rm{ }} = {{k \cdot {H_e} \cdot \Delta t} \over {{B_p} \cdot {{10}^3}}},

де k – коефіцієнт теплопередачі, Вт/(м²·К);

Н_е – поверхня нагріву економайзера, м²;

Δt – середній температурний напір між грійним та нагрівним середовищем, ^oС;

В_р - розрахункова витрата палива, м³/с або кг/с.

Тоді коефіцієнт теплопередачі, Вт/(м²·К)

k{\rm{ }} = {{{B_p} \cdot {Q_e}} \over {{H_e} \cdot \Delta t \cdot {{10}^3}}}.

Середній температурний напір визначається за формулою

\Delta t = {{\Delta {t_б} - \Delta {t_м}} \over {\ln \left( {{{\Delta {t_б}} \over {\Delta {t_м}}}} \right)}},

де \Delta {t_б} = \vartheta ' - {t''_в}	– більша різниця температур середовищ, ^oС;
\Delta {t_б} = \vartheta '' - {t'_в}	– менша різниця температур середовищ, ^oС;
\vartheta ', \vartheta '', t'_в, t''_в	– температури продуктів згоряння та води до і після економайзера, які визначаються шляхом вимірювання.

На практиці, як правило, встановлені термометри для замірів температури води на вході в економайзер та на виході з нього, і термометри для замірів температури газів після економайзеру.

Для визначення невідомих значень температури використовують рівняння теплового балансу економайзеру

\phi \cdot \left( {{{І'}_г} - {{І''}_г}} \right){\rm{ }} = {{{G_{жв}}} \over {{B_p}}}\left( {{{h''}_в} - {{h''}_в}} \right),

де І'_г, І''_г – ентальпії продуктів згорання на вході і виході з економайзера, кДж/кг або кДж/м³;

h'_в, h''_в – ентальпії води на вході і виході з економайзера, кДж/кг;

G_жв = D·(1 + р/100) – витрата живильної води, кг/с.

Експериментальні та розрахункові дані заносимо в таблицю 13.3.

Таблиця 13.3
№ досліду	Витрата палива, В_р, кг/с або м³/с	Температура продуктів згорання		Температура води		Поверхня нагріву економайзера, Н_е, м²	Коефіцієнт теплопередачі, k, Вт/(м²К)
		до економайзера, \vartheta ', ^oС	після економайзера, \vartheta ', ^oС	до економайзера, t'_в, ^oС	після економайзера, t'_в, ^oС

Контрольні запитання

Поясніть як визначається теплосприйняття економайзера.
Поясніть тепловий баланс економайзера.
Поясніть, яким чином визначається температура продуктів згорання на вході в економайзер?
Поясніть метод визначення середньотемпературного напору.
Наведіть можливі діапазони коефіцієнтів теплопередачі чавунних і сталевих економайзерів.

Лабораторна робота №3
ВИЗНАЧЕННЯ ВЕЛИЧИНИ БЕЗПЕРЕРВНОЇ ПРОДУВКИ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТУ

Мета роботи: Визначити величину безперервної продувки, порівняти її із значенням в режимній карті, дати оцінку впливу безперервної продувки на економічність роботи котла.

Фактична величина безперервної продувки визначається з солевого балансу котла за формулою, %

{p_ф{\rm{}}}{\rm{ }} = {{{Щ_{жв}}} \over {{Щ_{кв}} - {Щ_{жв}}}} \cdot 100,

де Щ_жв, Щ_кв – лужність живильної та котлової води, яка визначається за даними хімічної лабораторії, мг-екв./л.

Надлишкова безперервна продувка, %

\Delta p{\rm{ }} = {p_{{\rm{pк}}}} - {p_ф{\rm{}}},

де р_рк – величина продувки, наведена у режимній карті котла, %.

Перевитрата палива, пов’язана із надлишковою продувкою, кг/с, м³/с

\Delta {B_p} = {{D \cdot {{\Delta p} \over {100}} \cdot \left( {{h_{кв}} - {h_{жв}}} \right)} \over {{Q_н} \cdot \eta _к^{бр}}},

де D – паровидатність котла, кг/с;

h_кв, h_жв – ентальпії котлової та живильної води, кДж/кг.

Експериментальні та розрахункові дані заносимо в таблицю 13.4.

Таблиця 13.4.
№ досліду	Лужність води, мг-екв./л		Паровидатність котла, D, кг/с	Ентальпія води, кДж/кг		Фактична величина продувки, р_ф, %	Величина продувки за режимною картою, р_рк, %	Надлишкова безперервна продувка, Δр, %	Перевитрата палива, ΔВ_р, кг/с або м³/c
№ досліду	котлова вода, Щ_кв	живильна вода, Щ_жв	Паровидатність котла, D, кг/с	живильної, h_жв	котлової, h_кв	Фактична величина продувки, р_ф, %	Величина продувки за режимною картою, р_рк, %	Надлишкова безперервна продувка, Δр, %	Перевитрата палива, ΔВ_р, кг/с або м³/c

Контрольні запитання

Що включає організація водного режиму котла? По яких показниках нормується якість води і пари?
Поясніть як і для чого складають солевий баланс котла?
Поясніть із чим пов’язана перевитрата палива?
Поясніть як впливає величина безперервної продувки на економічність роботи котла?