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1、精选优质文档-倾情为你奉上锅炉热平衡综合实验一、实验目的锅炉热平衡试验的目的是测定锅炉的效率及各种热损失。在新锅炉安装结束后的移交验收鉴定试验中、锅炉使用单位对新投产锅炉按设计负荷试运转结束后的运行试验中、改造后的锅炉进行热工技术性能鉴定试验中、大修后的锅炉进行检修质量鉴定和校正设备运行特性的试验中以及运行锅炉由于燃料种类变化等原因进行的燃烧调整试验中，都必须进行热平衡试验。按热平衡试验进行的方式又可分为正平衡及反平衡试验。通过本实验，学生可以初步掌握锅炉热平衡实验的方法，获得一次较综合的实验技能训练，具体内容包括：1、了解热平衡实验系统的组成；2、掌握锅炉给水温度、压力、流量、排烟温度、灰渣
2、质量、灰渣中可燃物含量、烟气成分等的测量方法，通过分析误差原因，学习减小误差的方法；3、掌握锅炉各项热损失的计算方法；4、掌握锅炉正、反平衡实验的方法和步骤。二、实验对象热平衡综合实验在我校锅炉房进行，该锅炉为供热链条锅炉，其型号为SZL 4.2-0.7 /95/70-AII 2，锅炉的额定参数见表1。表1 SZL 4.2-0.7 /95/70-AII 2型锅炉额定参数项目单位数值额定功率MW4.2工作压力MPa0.7炉排有效面积m27.23本体受热面积m2157.3排烟温度190锅炉效率81.56出水温度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
3、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(kJ/kg)或100表示。锅炉热损失包括以下几项：(1) 排烟热损失(kJ/kg)或(%)；(2) 机械未完全燃烧热损失(kJ/kg)或(%)。链条炉包括：炉渣机械未完全燃烧热损失、，飞灰机械未完全燃烧热损失、与漏煤机械未完全燃烧热损失、等三项；(3) 化学未完全燃烧热损失(kJ/kg)或(%)；(4) 锅炉向环境散热热损失(kJ/kg)或(%)；(5) 灰渣物理热损失等其他热损失(k
4、J/kg)或(%)。国家标准GB/T25871981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。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占输入热量的百分数，用表示。它可由输入输出热量法或热损失法通过实验求得。输入输出热量法： （1）热损失法：100（） （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
5、为实验结果值，热损失法作参考。3、热量计算(1) 输入热量 kJ/kg （3）式中 燃料收到基低位发热量， kJ/kg 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。(2) 锅炉有效利用热量热水锅炉每小时有效吸热量按下式计算： kJ/h （4）式中 G热水锅炉每小时加热水量，kg/h； ，热水锅炉进水及出水的焓，kJ/kg。(3) 机械未完全燃烧热损失链条炉 kJ/kg （5） %式中 炉渣机械未完全燃烧热损失，kJ/kg； 飞灰机械未完全燃烧热损失，kJ/kg；沉降灰机械未完全燃烧热损失，kJ/kg；炉排漏煤机械未完全燃烧热损失，kJ/kg
6、。本实验中，只计炉渣机械未完全燃烧热损失和飞灰机械未完全燃烧热损失，其计算公式为： （6） （7）式中 、分别为炉渣和飞灰中可燃物含量百分数，； 、分别为炉渣、飞灰量占入炉煤总灰量的质量份额。(4) 排烟热损失排烟热损失按下式计算： kJ/kg （8） （9）式中 排烟的焓，kJ/kg，由烟气离开锅炉最后一个受热面处的烟气温度和该处的过量空气系数所决定， 值在热平衡实验中测定；排烟处的过量空气系数，热平衡实验时，值可由烟气分析测定气体成分，然后计算求得；每kg燃料完全燃烧时所需的理论空气量，m3；每干空气连同其带入的10g水蒸气在温度为时的焓；由于固体不完全燃烧热损失的存在，对1kg燃料所生成
7、的烟气容积需乘以的修正值。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，约为；不装省煤器时，往往高达以上。(5) 化学未完全燃烧热损失 kJ/kg（10）式中:取样点处干烟气容积，如下式： （11）、燃料收到基成分质量含量百分数，；、取样点处干烟气中可燃气体、的容积百分比，。 燃煤锅炉可认为 。(6) 散热损失 按照附录D计算。 (7) 灰渣物理热损失 kJ/kg （12） （13）式中:灰渣离开炉膛时的温度，当不直接测量时，链条炉600；为炉渣，（） 它们由下式计算 （） （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
8、、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
9、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）测量项目序号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15分钟一次5出水温度热电偶测温器15分钟一次6出水压力压力表15分钟一次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实验前测定(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
10、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序号测定项目仪表测定时间备注1排烟温度热电偶测温器15分钟一次2排烟成分奥氏烟气分析仪3灰渣重量磅秤锅炉房提供4灰渣含炭量马弗炉、天平5飞灰重量磅秤锅炉房提供6飞灰含炭量马弗炉、天平7环境温度玻璃管温度计8煤的元素分析成分元素分析仪实验前测定（2）测量方法排烟温度：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：锅炉房提供灰渣、飞灰含炭量：取得灰渣样品，
11、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：其中： 为声束与液体流动方向的夹角 为声束在液体的直线传播次数 为管道内径 为声束在正方向上的传播时间为声束在逆方向上的传播时间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
12、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。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
13、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
14、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、化工；（7）食品和医药；（8）船体制造和维护行业；（9）节能监测、节水管理；（10）造纸和制浆行业；（11）泄漏检测；（12）流量巡检、流量跟踪和采集；（13）热量测量、热量平衡；（14）流量、热量化管理、监控网络系统。如需更详细的了解本仪器，请参阅XCT-2000型超声波流量计7.50版使用说明书。二、奥氏分析仪 1、仪器介绍奥氏分析仪用来进行烟气分析，测量烟气中各种气体成分的百分比。见图A.2。1量管，2水套，3水准瓶，4梳形管
15、，5三通旋塞，6、7吸收瓶，8旋塞图A.2 奥氏分析仪结构图该仪器由四个吸收器组成，这四个吸收器用来吸收RO2，O，CO，CmHn。仪器中，量管1用来量度所分析的气体和量度吸收后气体的体积。量管的容积为100ml，最小分度为0.2ml。为了避免温度的急剧波动，量管被放置在水套2中，量管下端由橡皮管与水准瓶3相连，利用水准瓶可将气体充满量管，或将气体自量管排出。水准瓶和量管中充满了封闭液，封闭液多半是10的硫酸溶液。量管上端与梳形管（活塞壁）4相连接，而梳形管靠橡皮管与吸收器1、2、3相通。每个吸收器由两个吸收瓶6和7组成。瓶6用来在吸收时承受气体。瓶6内盛有玻璃管，用来增大气体和吸收液的接触面
16、积。瓶7用来在瓶6充满气体时承受吸收液，在梳形管的末端有三通旋塞5，它可用来使分析器与气体来源相通，或与外界隔绝，或与大气相通。如果分析用的气体直接取自烟道，则与管8连接与仪器相通。管8内盛有物质用来清除气体中的尘埃，仪器所有部分应该都用结实的橡皮管对接起来，活塞上都涂抹凡士林。在分析之前，在水准瓶中注入200ml封闭液。在各吸收器中放入相应的溶液，在进行二氧化碳、氧、一氧化碳的分析时，吸收器中放入下列吸收液：在吸收器1中注入33的苛性钾溶液，在吸收器2中注入焦性没食子酸钾的碱溶液，在吸收器3中注入氯化亚铜的氨水溶液（氯化亚铜的氨水溶液应注入带有铜丝的吸收器中）。2、漏气检查在实验开始之前，将
17、空气（或气体）自仪器排出。首先使吸收液的液面到达瓶6管上部的位置。为此，将三通活塞5转到使仪器与大气相通的位置。升高水准瓶，将气体排到大气中，同时使封闭液到达量管上部的标线。然后将三通活塞转道使仪器与大气隔绝的位置。打开吸收器上的活塞，很慢的放下水准瓶，使吸收瓶中液体的液面上升。必须特别主意，要使吸收器中特别是支管中的液面慢慢上升，并且不使液体进入梳形管，如果液体进入梳形管，则须将仪器拆下，洗涤梳形管并使其干燥。当吸收液在所有的瓶6中都到达细管中时，须检查仪器的严密性。为此，用上述方法使封闭液到达量管上部的标线。此后使仪器与外界隔绝，并把水准瓶放在仪器的底板上。如果吸收瓶内和量管内的液面由于所
18、造成的减压而在开始时稍微下落，而随后即保持不变，这就表示仪器严密不漏气的。3、气体取样为了取得有代表性的烟气样品，取样点应安装在烟道无干扰的直管道上。如图A.3 所示取样管是一根25mm的一端封闭的金属管，在其半圆面积上钻有许多4mm的小孔，取样时横插入烟道内，并深入烟道的2/3处，有小孔的一面背向烟气气流，以免烟灰堵塞小孔。1、2取样瓶，3三通旋塞，4止水夹，5取样管图A.3 取样装置取样采用排水替换法。取样瓶为两个具有下口的玻璃瓶，用橡皮管相连。取样瓶内均盛有饱和食盐水。瓶1上部用橡皮管与取样管的一端相连。取样时先提高瓶2，把瓶1内的空气通过旋塞3排出，当瓶1被溶液充满时，即旋转三通旋塞3
19、与烟气接通，同时下降瓶2，烟气就进入瓶1。因考虑到首次进入瓶1的烟气可能有残存于取样管和橡皮管内的空气，因此，应通过上述的方法把取样的气样排掉，然后再第二次吸入烟气。当吸入的烟气占瓶1的2/3的体积时，便可关闭旋塞，用止水夹封闭橡皮管，取下取样瓶即可。将盛有要分析的气体样品的取样瓶与仪器相连。旋转三通活塞，使量管与取样瓶相通而与大气隔绝。打开取样瓶上的活塞，慢慢放下水准瓶，气体就进入量管。因为在梳形管和支管中有空气，所以所取的气体被空气稀释。为了排除空气，用气体“洗涤”梳形管，即将气体充满量管的一部分（2025ml），然后将这部分气体经活塞5而自仪器排到大气中。洗涤23次，然后进行气体的取样。
20、在量管中吸入气体，其量稍大于100ml。升高水准瓶，将气体压缩，使量管中封闭液的液面达100ml刻度处，用手指按压时，必须使水准瓶移近量管，同时使量管中的液面与水准瓶中的液面处于同一高度，这样可使量管中的压力与大气压力相平衡。在气体取样以后，使仪器与气体来源隔绝。准确的取100ml的分析用气体，可使以后的计算大为方便。4、操作程序：在分析RO2时，将气体自量管移至吸收器1。为此，打开吸收器1上的活塞，慢慢的升高水准瓶。当气体迅速的自量管移至吸收器时，可能使气泡进入瓶7，这会使分析结果发生误差。不关闭吸收器1的活塞，放下水准瓶，使气体又移至量管（必须注意勿使吸收液进入梳形管）。这样重复34次，然
21、后使吸器中的液面到达吸收器上部的细管内，并量出所剩气体的体积，为此，把水准瓶移近量管，并把液面调节到同一高度上。记下量得的体积，如果两次所量得的体积相差小于0.2ml。则所量的体积可以认为是恒定的。用同样的方法在吸收器2和3中分别进行氧和一氧化碳的吸收。5、注意事项（1）吸收气体应按下列次序进行，即RO2，O，CO，CmHn，次序不可颠倒；（2）吸收剂有强烈的碱性，不能粘到手上；（3）分析器是玻璃制品，易于损坏，操作要小心、谨慎；（4）实验用药品不宜过早配制，以免失效。附录B 热平衡实验数据记录一、 实验燃煤特性（入炉燃煤取样分析）项目名称C yH yO yS yN yA yW yV y单位k
22、J/kg%数值二、 烟气分析烟气试样抽取点位置 。项目名称RO2(%)O2(%)CO(%)单位%数值三、 灰渣可燃物含量项目名称炉渣漏煤沉降灰飞灰符号C lzC lmC cj.hC fh单位%数值四、实验期间锅炉运行工况 项目名称记录时间给水温度（）给水压力（MPa）出水温度（MPa）出水压力（MPa）排烟温度（）给水流量（m3/h） 项目名称记录时间给水温度（）给水压力（MPa）出水温度（MPa）出水压力（MPa）排烟温度（）给水流量（m3/h）专心-专注-专业附录C 热平衡数据与计算汇总表序号名称符号单位计算公式或数据来源试验数据（一）燃料特性1收到基碳Car%化验数据2收到基氢Har%化
23、验数据3收到基氧Oar%化验数据4收到基硫Sar%化验数据5收到基氮Nar%化验数据6收到基灰分Aar%化验数据7收到基水分Mar%化验数据8干燥无灰基挥发分Vdaf%化验数据9收到基低位发热量Qnet,r,arkJ/kg化验数据（二）锅炉正平衡效率10热水锅炉循环水量Gkg/h试验数据11热水锅炉进水温度Tjs试验数据12热水锅炉出水温度Tcs试验数据13热水锅炉进水压力PjsMPa试验数据14热水锅炉出水压力pcsMPa试验数据15热水锅炉进水焓HjskJ/kg查水和水蒸气性质表16热水锅炉出水焓HcskJ/kg查水和水蒸气性质表17热水锅炉出力QMW18燃料消耗量Bkg/h试验数据19输
24、入热量QrkJ/kg近似取为收到基低位发热量20正平衡效率l% （三）锅炉反平衡效率21湿炉渣重量Glzs kg/h 试验数据22湿炉渣含水量Mls%化验数据23炉渣重量Glzkg/h24炉渣可燃物含量Clz%化验数据25飞灰可燃物含量Cfh%化验数据26炉渣含灰量占入炉煤总灰量的重量百分比lz%取经验值，0.827飞灰含灰量占入炉煤总灰量的重量百分比fh%28固体未完全燃烧热损失q4%29排烟处RO2RO2%试验数据30排烟处O2O2%试验数据31排烟处COCO%试验数据32修正系数Kq4%96排烟处过量空气系数pym3/kg97理论空气量V0m3/kg98RO2容积VRO2m3/kg99理
25、论氮气体积VN20m3/kg101理论水蒸气容积VH2O0m3/kg102排烟处水蒸汽体积VH2Om3/kg103排烟处干烟气体积Vgym3/kg104排烟处烟气体积Vpym3/kg105气体未完全燃烧热损失q3%106入炉冷空气温度tlk试验数据108排烟温度tpy试验数据109排烟处干烟气平均定压比热容cgykJ/(m3)、等按附录E查表110排烟处烟气焓HpykJ/kg (按附录E查表)111入炉冷空气焓HlkkJ/kg (按附录E查表）112排烟热损失q2%113散热损失qs按附录D114燃烧室排出炉渣温度tlz试验数据或经验数据600炉渣比热clzkJ/(kg)118炉渣焓(ct)lzkJ/kg122灰渣物理热损失q5%123热损失之和q%124反平衡效率2 %