锅炉热平衡综合实验Word文档格式.docx
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157.3
排烟温度
C
190
锅炉效率
%
81.56
出水温度
c
95
回水温度
70
三、实验原理
锅炉热效率测定实验的基本原理就是锅炉在稳定工况下进出热量的平衡
1、锅炉热平衡
锅炉工作是将燃料释放的热量最大限度的传递给汽水工质，剩余的没有被利用的热量以各种不同的方式损失掉了。
在稳定工况下，其进出热量必平衡，可表
示如下：
输入锅炉热量=锅炉利用热量+各种热损失
锅炉输入热量以Qr（kJ/kg）或100（%）表示。
锅炉热损失包括以下几项：
（1）排烟热损失Q2（kJ/kg）或q2（%）;
（2）机械未完全燃烧热损失Q（kJ/kg）或q4（%）。
链条炉包括：
炉渣机械未完
全燃烧热损失Qf、q4z,飞灰机械未完全燃烧热损失Q：
h、q;
与漏煤机械未完全燃烧热损失Q；
m、q4m等三项;
（3）化学未完全燃烧热损失Q3（kJ/kg）或q3（%）；
（4）锅炉向环境散热热损失Qs（kJ/kg）或qs（%）;
（5）灰渣物理热损失等其他热损失Q6（kJ/kg）或q6（%）。
国家标准GB/T—2587—1981规定：
热平衡基准温度建议为环境温度；
燃料发热量规定用收到基的低位发热量qDw。
根据锅炉热平衡概念，可画出锅炉热平衡图如图1所示。
图1锅炉热平衡图
2、锅炉热效率
锅炉热效率为锅炉利用热量Qi占输入热量Qr的百分数，用gi（%）表示。
它
可由输入-输出热量法或热损失法通过实验求得。
输入一输出热量法：
giQ1-100%
（1）
gQr
热损失法：
gi=100-（q2+q3+q4+qs+q6）%
（2）
工业锅炉的测量误差是在额定负荷下两次热效率实验之间的偏差，对于输入
-输出热量法不得大于4%,而对于热损失法不得大于6%。
锅炉热效率按两次实验的平均值计算。
同时用输入一输出热量法与热损失法时，两种方法所测得的热效率偏差不得大于5%,以输入-输出热量法所得效率值为实验结果值，热损失法作参考。
3、热量计算
（1）输入热量Qr
QrqDwQrxkJ/kg（3）
式中qDw——燃料收到基低位发热量，kJ/kg
Qrx——燃料物理显热，kJ/kg
本实验中，实验室的基准温度取环境温度，输入热量只计燃料收到基低位发热量QDw。
（2）锅炉有效利用热量Qgi
热水锅炉每小时有效吸热量Qgi按下式计算:
（4）
（5）
QgiGJJ）103kJ/h
式中G——热水锅炉每小时加热水量，kg/h;
irs,irs——热水锅炉进水及出水的始，kJ/kgO
（3）机械未完全燃烧热损失Q4
链条炉
Q4Q4zQ4fhQCjhQ4mkJ/kg
q4Q4100%
Qr
式中
Q4z——炉渣机械未完全燃烧热损失，kJ/kg;
Q4fh——飞灰机械未完全燃烧热损失，kJ/kg;
Q4jh——沉降灰机械未完全燃烧热损失,kJ/kg;
失Q；
h,其计算公式为:
alz、afh——分别为炉渣、飞灰量占入炉煤总灰量的质量份额。
（4）排烟热损失Q2
排烟热损失按下式计算:
和该处的过量空气系数apy所决定,py值在热平衡实验中测定；
apy——排烟处的过量空气系数，热平衡实验时，apy值可由烟气分析测定气体成分，然后计算求得；
Vk0——每kg燃料完全燃烧时所需的理论空气量,m3;
（ct）ik每Nm3干空气连同其带入的10g水蒸气在温度为t°
c时的始；
由于固体不完全燃烧热损失的存在，对1kg燃料所生成的烟气容积需乘以
（1区）的修正值。
100
通常排烟热损失是锅炉热损失中较大的一项，一般装有省煤器的水管锅炉，q2约为6%~12%;
不装省煤器时，往往高达20%以上。
（5）化学未完全燃烧热损失Q3
Q3Vav（126.36CO358.18CH4107.98H2590.79CmHn）（1-q4-）kJ/kg（10）100
Q3
q3—100%
式中：
Vgy——取样点处干烟气容积，如下式：
V1.866Cy0.375SyNm3/kg（11）
gyRO2CO
Cy、Sy——燃料收到基成分质量含量百分数，%;
CO、CH4、H2、CmHn——取样点处干烟气中可燃气体CO、CH4、H2、
CmHn的容积百分比，％。
燃煤锅炉可认为CH40,H20,CmHn0。
（6）散热损失
按照附录D计算。
（7）灰渣物理热损失Q6
q6Q6100%（13）
tlz——灰渣离开炉膛时的温度，当不直接测量时，链条炉tlz=600C；
Qz0.715.02104tlzkJ/（kgC）（14）
本实验中，只计算灰渣造成的热物理损失。
四、实验仪器
1、元素分析仪：
测量燃料中C、H、O、N、S的质量百分比；
2、奥氏烟气分析仪：
测量烟气容积成分；
3、热电偶温度计：
测量烟气、给水、出水等温度；
4、玻璃管温度计：
测量环境温度；
5、弹簧管式压力表：
测量给水、出水的压力；
6、超声波流量计：
测量给水流量；
7、马弗炉、天平：
测量灰渣中的含碳量；
8、数显量热仪：
测量燃料的低位发热量。
五、实验方法
1、实验运行工况及测试时间
为了保证测试数据的正确性、真实性，热平衡实验应在锅炉运行稳定工况1
小时后进行。
根据我国国家标准规定，对于火床燃烧、火室燃烧、沸腾燃烧固体燃料的工业锅炉，试验测试时间应不小于4h。
但考虑到我校供热锅炉的运行特
点，实验分别安排在上午和下午热负荷稳定后进行，实验测试时间缩短为2小时。
2、正平衡法（输入-输出热量法）实验
（1）测量项目：
根据热平衡界限图，以及输入、输出热量计算有关公式，正平衡实验所需测量的项目列于表2。
表2正平衡法（输入-输出热量法）测量项目
厅P
测定项目
仪表
测定时间
备注
1
燃煤消耗量
磅秤
锅炉房提供
2
给水流量
超声波流量计
5分钟一次
3
给水温度
热电偶测温器
15分钟一次
4
给水压力
压力表
5
6
出水压力
7
煤的元素分析成分
元素分析仪
实验前测定
8
煤的低位发热量
数显量热仪
（2）测量方法
燃煤消耗量测量：
由锅炉房提供；
燃料发热量和元素分析成分测量：
由数显量热仪和元素分析仪测量；
给水流量：
通过超声波流量计测量；
压力测量：
弹簧管压力表测得；
温度测量：
热电偶测温器。
3、热损失法热效率实验
（1）测量项目
根据热平衡界限图1、图2及各项热损失的计算公式确定的测量项目见表3
表3反平衡实验需测数据
排烟成分
奥氏烟气分析仪
灰渣重量
灰渣含炭量
马弗炉、天平
飞灰重量
飞灰含炭量
环境温度
玻璃管温度计
排烟温度：
由热电偶测温器测得；
烟气成分：
从烟道尾部取得烟气样品，由奥氏烟气分析仪测得；
灰渣、飞灰重量：
灰渣、飞灰含炭量：
取得灰渣样品，用马弗炉灼烧，测得其含炭量。
六、实验报告
学生测量完所有数据后,分别用正平衡和反平衡方法计算锅炉热效率，并完成实验报告。
实验报告要求写出实验目的、所测量数据、实验结果及结果分析等。
附录A实验仪器简介
一、超声波流量计
1、工作原理
当超声波束在液体中传播时，液体的流动将使传播时间产生微小的变化,其传播时间的变化正比于液体的流速，其关系符合下面表达式：
MD
其中:
为声束与液体流动方向的夹角
M为声束在液体的直线传播次数
D为管道内径
Tup为声束在正方向上的传播时间
Tdown为声束在逆方向上的传播时间
TTupTdown
2、测量点选择
为了保证测量精度，选择测量点时要求选择流体流场布均匀的部分，一般应遵循下列原则：
（1）要选择充满流体的管段，入管路的垂直部分（流体最好向上流动）或充满流体的水平管段；
（2）测量点要选择距上游10倍直径，下游5倍直径以内均匀直管段，没有任何阀门、弯头、变径等干扰流场装置；
（3）要保证测量点处的温度在可工作范围以内。
（4）充分考虑管内结垢状况，尽量选择无结垢的管段进行测量。
实在不能满足时，需把结垢考虑为衬里以求较好的测量精度。
（5）选择管材均匀密致，易于超声波传输的管段。
测量点的选择请见图
A.1。
下游传或量i
圻点jCJs
图A.1超声波流量计测量点安装图
3、探头安装方式：
探头安装方式共有4种。
这四种方法分别是V法、Z法、N法和W法。
V法一般情况下是标准的安装方法，使用方便，测量准确；
V法测不到信号或信号
质量差时则选用Z法，即当管道很粗或由于液体中存在悬浮物、管内壁结垢太厚或衬里太厚，造成V法安装信号弱，机器不能正常工作时，要选用Z法安装。
N法和W法是较少使用方法，适合DN50mm以下细管道。
4、操作步骤：
仪器连接好探头，开机，然后需要进行参数设置。
主要需输入参数有：
所测量管道外周长、管道外径、管壁厚度、管道材质类型、流体种类、探头类型、探头安装方式等。
输入管道参数必须正确、与实际相符，否则流量计不能正常工作。
接着用足够多的耦合计把探头粘贴在管道壁上，一边查看主机显示的信号强度、信号质量值和信号传输时间比值，一边在安装点附近慢慢移动探头直到收到最强的信号、最大的信号质量值以及适当的信号传输时间比值。
这时，即可准确测量管道内流体的流速、流量值。
5、典型用途：
（1）水、污水、海水；
（2）给水和排水；
（3）发电厂（核电、火力和水力）；
（4）热力、供暖、供热；
（5）冶金、矿山；
（6）石油
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