АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ и СВЯЗИ
Кафедра промышленной теплоэнергетики
ЭКСПЛУАТАЦИЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО И
ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Методические указания к лабораторным работам
для студентов всех форм обучения специальности 050717
Алматы 2008
Составители: Стояк В. В. Поданев И.Е. Эксплуатация теплоэнергетического и теплотехнологического оборудования промышленных предприятий. Методические указания к лабораторным работам для студентов всех форм обучения специальности 050717– Теплоэнергетика. – Алматы: АИЭС, 2008.–43с.
Лабораторные работы разработаны на базе действующей лабораторной установки
«Автономная система отопления и горячего водоснабжения (ГВС) отдельно стоящих
строений объёмом 1000 
, расходом горячей воды 12 л/мин,
установленной в ауд. 10 АИЭС. Разработано 6 лабораторных работ.
Методические указания к лабораторным работам составлены в соответствии с требованиями квалификационной характеристики специалистов и Государственных стандартов. Они направляют студентов на самостоятельную активизацию учебного процесса, и включают в себя обоснование изучения темы, решение задач на заданную тему и способы их решения. Полученные расчетом параметры проверяются экспериментально на действующей установке.
1 Лабораторная работа № 1
Тема лабораторной работы: Изучение устройства и работы лабораторной установки «Автономная система отопления и горячего водоснабжения (ГВС) отдельно стоящих строений объемом 1000 м3, расходом горячей воды 12 (л/мин)»
Цель работы: изучение устройства и работы водогрейного котла КВб – 0,25 «Стояк», его систем жизнеобеспечения, сети отопления и горячего водоснабжения объекта, установленных в лаборатории № 10 института, с целью осознанного использования полученных знаний при проведении последующих лабораторных работ на базе рассматриваемой лабораторной установки.
Материалы и объекты для изучения и исследования
В качестве объекта для изучения использовать лабораторную установку, смонтированную в лаборатории № 10 института и описание установки, изложенное в методических материалах данной лабораторной работы.
1.1 Устройство и работа лабораторной установки
Лабораторная установка состоит из водогрейного котла КВб – 0,25 «Стояк» мощностью Ne = 25 КВт, сети отопления и горячего водоснабжения объекта, топливной системы котла, системы воздухообеспечения и выхлопа уходящих газов котла в атмосферу, системы диагностики параметров котла и сети; системы управления, автоматического регулирования и защиты от аварийных режимов.
Котел КВб – 0,25 «Стояк» предназначен для обогрева коттеджей, особняков и других отдельно стоящих строений объемом до 1000 м 3 и горячего водоснабжения с максимальным расходом горячей воды 12,(л/мин) (при tв=600С). Топливом для котла может быть природный, или сжиженный газ, а также дизельное, или печное топливо. Для котла лабораторной установки применено дизельное топливо. Переход на другой вид топлива осуществляется путем замены горелки. Возможна регулировка производительности котла в небольших пределах. Общий вид котла с указанием размеров и основных технических характеристик показан на чертеже рисунка 1. Принципиальная схема котла приведена на рисунке 2. Гидравлическая схема систем отопления, горячего водоснабжения и бойлера показана на рисунке 3.
Котел, (см. рисунок 2) представляет собой сварную конструкцию, выполненную из листовой стали Ст.3, состоит из камеры сгорания 1; водогрейных элементов 2; бойлера 3; содержащего трубчатый теплообменник 4; системы подачи в котел воздуха 5; системы подачи топлива 6; системы выхлопа газов 7 в атмосферу; штуцеров подвода-отвода воды системы отопления, бойлера и трубчатого теплообменника бойлера. Камера сгорания 1 котла находится в водяной рубашке котла, образованной водогрейными элементами 2, выполненными в виде цилиндрических барабанов с полостями для воды. Для увеличения площади теплосъема водогрейные элементы с газовой стороны имеют ребра из приваренных пластин ориентированных по направлению движения газового потока. Движение теплоносителей (воды и газов) в системе котла противоточное. Газы совершают три хода, вода два.
Бойлер вварен в остов котла и, наряду с основным назначением, выполняет роль силового элемента, обеспечивая жесткость остову котла. Бойлер имеет цилиндрическую часть в которой установлена камера сгорания и водогрейные элементы. Эта часть бойлера также омывается газами нагревающими воду в бойлере. Помимо этого внутри бойлера установлен теплообменник выполненный в виде трубчатого змеевика через который может пропускаться вода основного контура системы отопления для нагрева, или охлаждения воды в бойлере. Витки змеевика в нижней части имеют сверления и вварены в выходной (входной) патрубок. Такое конструктивное решение позволяет освободить змеевик от воды при остановке котла в зимнее время и предотвратить его размораживание.
Конструктивное решение камеры сгорания, водогрейных элементов и бойлера позволяет получить высокую тепловую напряженность топочного объема, уменьшить габариты котла и обеспечить дополнительный съем тепла топочных газов. Равномерный нагрев воды внутри котла обеспечивается направленным движением воды в теплообменнике. Эффективный процесс сжигания топлива и большая поверхность теплопередачи позволили получить высокий КПД котла и низкое содержание окислов азота и углерода в дымовых газах. Котел имеет искусственную циркуляцию теплоносителя. Между циркуляционными насосами системы отопления и системы горячего водоснабжения и котлом установлены компенсационно-расширительные сосуды. Для системы отопления в качестве теплоносителя можно использовать котловой антифриз. Это позволяет увеличить надежность работы котла и срок службы всей отопительной системы т.к. исключается отложение солей и увеличивается коррозионная стойкость.
Гидравлическая система отопления, горячего водоснабжения и трубчатого теплообменника бойлера (см. рисунок 3), состоит из основного контура
системы отопления, контура горячего водоснабжения, контура трубчатого теплообменника бойлера и контуров холодной сетевой воды.
Основной контур системы отопления содержит: замкнутую на котел
систему трубопроводов; теплообменник 
, имитирующий нагрузку тепловой сети, циркуляционный
насос
,
компенсационно-расширительный сосуд 
, контур сетевой воды для отвода тепла от
теплообменника-имитатора нагрузки тепловой сети со своим циркуляционным насосом
, измеритель
расхода 
,
измерители температуры, давления воды в контуре, ряд переключающих кранов и
продувочный кран 5.
Контур горячего водоснабжения содержит: замкнутую на бойлер систему
трубопроводов, теплообменник 
, имитирующий нагрузку тепловой сети,
циркуляционный насос 
,
компенсационно-расширительный сосуд 
, контур сетевой воды для отвода тепла от
теплообменника-имитатора нагрузки тепловой сети, измеритель расхода 
, продувочные краны 13,
19 и измерители температуры воды.
Контур трубчатого теплообменника бойлера может быть замкнут
на напорную магистраль основного контура или на его «обратку». Это делается при
помощи кранов 11 и 12. Контур содержит измеритель расхода 
, измерители температуры,
давления и ряд переключающих кранов.
1.2 Устройство и работа гидравлической системы отопления, горячего водоснабжения, трубчатого теплообменника бойлера и системы сетевой воды
Гидравлическая схема при работе котла на систему отопления и на систему
горячей воды для бытовых нужд показана на рисунке 3. Основной контур системы
отопления содержит: замкнутую на котёл, поз.К, в точках 
и 
,систему трубопроводов содержащую
теплообменник 
,
имитирующий нагрузку тепловой сети, циркуляционный насос 
, компенсационно-расширительный
сосуд 
,
счётчик тепла (поз. U
)
Pollu Com Ex, предназначенный для измерения и индикации потреблённого
или отданного количества тепла. Подающий трубопровод контура системы отопления
содержит измеритель температуры и давления воды на выходе из котла, предохранительный
клапан 
,
встроенную термопару II на выходе из котла и термопару
VIII
на входе в теплообменник , встроенный счётчик тепла
Uи термодатчик
сопротивления 
счетчика
тепла, перекрывной кран 1, продувочный кран 5, измеритель температуры воды на
входе в теплообменник 
Обратный
трубопровод контура системы отопления содержит: измеритель температуры на входе
в котёл Твх и на выходе из теплообменника Тв, встроенную термопару
I на
входе в котёл и термопару
VII на выходе из
теплообменника ,термодатчик
сопротивления 
счетчика
тепла, циркуляционный насос , компенсационно-расширительный сосуд . Заполнение водой
контура системы отопления и компенсация утечек производится из водяной сети
через фильтр 
при
открытии кранов 7 и 15. Параллельно контуру системы отопления подключен контур
трубчатого теплообменника 
посредством линий и кранов 2 или 3, 11
или 12. Этот контур содержит расходомер 
, измерители температуры и давления.
Посредством кранов 11 и 12 можно менять режим работы трубчатого теплообменника
бойлера. При закрытом кране 11 и открытом кране 12, как показано на рис.3,
теплообменник будет
подогревать воду в бойлере за счёт тепла воды контура системы отопления,
частично поступающей на вход при открытом кране 2 или 3, т.к. выход
теплообменника соединён
посредством крана 12 со всасывающей линией насоса . При открытом кране 11 и закрытом 12
поток воды в изменит
направление и в этом случае от воды бойлера будет отбираться тепло и
передаваться в систему отопления, что предотвращает закипание воды в бойлере. Контур
системы горячего водоснабжения содержит замкнутую на бойлер котла, в точках 
и 
, систему трубопроводов,
содержащую теплообменник , имитирующий нагрузку тепловой сети,
циркуляционный насос ,
компенсационно-расширительный сосуд , представляющий собой газогидравлический
аккумулятор, счётчик тепла (поз. 
) Pollu Com Ex. Обратный трубопровод контура системы горячего
водоснабжения содержит предохранительный клапан 
, встроенную термопару
VI на
входе в бойлер, встроенный счётчик тепла , термодатчик сопротивления 
счётчика тепла, измеритель
температуры воды на входе в бойлер 
. Подающий трубопровод контура системы
горячего водоснабжения содержит циркуляционный насос , компенсационно-расширительный
сосуд ,
встроенную термопару V, термодатчик сопротивления 
счётчика тепла ,
продувочные краны 13 и 19. Заполнение водой бойлера производится из
водопроводной системы через фильтр 
посредством кранов 7 и 14. Теплообменник , имитирующий нагрузку
системы отопления, задействован на водопроводную сеть посредством кранов 6 и 7.
В линии, соединяющей с
водопроводной сетью, стоит измеритель температуры. Выходная линия посредством крана 8
соединяется с канализационной системой. В этой линии установлен насос и расходомер 
.
Теплообменник посредством
подающего трубопровода и кранов 7, 9 соединён с водопроводной сетью, а
посредством обратного трубопровода и крана 10 с канализацией. В этой линии
установлен расходомер .
Топливная система котла состоит из емкости для топлива, объемного измерителя расхода топлива, электроприводного шестеренчатого топливного насоса и форсунки.
Система воздухообеспечения котла содержит электроприводной центробежный нагнетатель подающий воздух под давлением в камеру сгорания котла непосредственно из помещения лаборатории.
Система выхлопа уходящих газов котла в атмосферу содержит вытяжную дымовую трубу с электроприводным дымовым вентилятором.
Система диагностики параметров котла и сети содержит измерители расхода, температуры и давления воды в контурах. Часть этих измерителей цифровые, что позволяет автоматизировать процесс диагностики параметров и калибровку датчиков температуры, давления и расхода типа «Метран-300ПР».
Система автоматического регулирования и защиты от аварийных режимов предусматривает следующие меры безопасной эксплуатации: систему защиты от поражения электрическим током, предохранительный клапан на выходе из котла, термостат предельной температуры, прекращающий работу котла при достижении теплоносителем температуры 105 0С, электроконтактный манометр минимального и максимального давления в котле, отключающий горелки при достижении предельных значений параметров.
Автоматика безопасности горелки обеспечивает прекращение
работы котла при следующих ситуациях: отключения электроэнергии,
неисправность цепей защиты, погасание факела горелки, задымленность в топке выше допустимого предела. Горелка включается в работу автоматически при восстановлении электропитания. Циркуляционные насосы с мокрым ротором, которые установлены в контурах гидравлической системы, обладают надежностью в работе, низкой энергоемкостью, малыми габаритами и возможностью регулирования производительности. Котел отвечает всем требованиям европейских стандартов, нормам безопасности, экологическим требованиям. Управление работой котла осуществляется с пульта управления. Панель пульта управления показана на рисунке 4.
Рисунок 4 – Панель пульта управления работой котла
Запуск и останов котла осуществляется в автоматическом и ручном режимах. В ручном режиме поддерживается заданная температура котловой воды регулировочным термостатом, расположенном на панели управления котлом. Остановка котла в автоматическом режиме происходит при нарушении технологических режимов: при понижении или повышении допустимых уровней давления воды; при повышении температуры в котле выше 102¸105 0С; при аварийном отключении циркуляционного насоса основного контура. Информация о работе котла поступает на информационную ламповую панель пульта управления.
2 Лабораторная работа №2
Тема лабораторной работы: «Определение расхода воздуха и газа через газовоздушный тракт котла при установившемся режиме работы»
Цель работы: определение количества сухих продуктов сгорания и паров воды, уходящих в атмосферу через выхлопной тракт котла, с целью определения термического КПД котла.
Необходимые устройства, измерительные приборы и исходные данные для решения поставленной задачи:
1. Работающий котел КВб-0,25 «Стояк» в установившемся режиме.
2. Измеритель расхода топлива.
2.
Газоанализатор состава уходящих
газов по 
или 
.
3.
Элементарный состав топлива
(солярового масла) 
.
Элементарный состав
окислителя (воздух) по массе: 
, 
по объёму: 
Порядок проведения лабораторной работы:
1. Убедиться, что выполнены все требования для возможности включения котла в работу.
2. Включить в работу котёл и вывести его в установившийся режим.
3.
Замерить расход топлива, 
(по мернику) за определённый промежуток
времени 
(сек)
работы котла в установившемся режиме.
Если расход топлива
измеряется в
литрах (
), то
при плотности солярового масла
[кг/], расход топлива в килограммах будет 
Измеренные параметры,
и полученные расчетом, свести в таблицу 2. 1.
4.
Определить секундный расход топлива 
, 
.
5. При помощи
газоанализатора , в момент отсчёта времени установившегося режима работы котла,
определить процентный состав или в сухих продуктах сгорания.
По нижеизложенной методике произвести расчёт расхода воздуха 
и газа 
, через газовоздушный тракт котла с
использованием измеренных значений 
, ; %; %. .
Т а б л и ц а 2.1.
|
Пара- метры
|
Время. |
Расход топлива по мернику. |
Расход топлива
за время |
||||
|
Обозна- чение |
начало отсчёта. |
конец отсчёта. |
время отсчета работы |
в начале отсчёта |
в конце отсчёта
|
|
|
|
Размер- ность |
мин. |
мин. |
с. |
|
|
|
кг. |
|
Вели- чина пара- метра |
|
|
|
|
|
|
|
за врмя
2.1 Основы теории вопроса и методика расчёта количества воздуха поступающего в топку котла
2.1.1 Количество кислорода необходимого для полного сгорания всех горючих элементов единицы веса топлива, с учётом элементарного состава может быть определено из реакций полного окисления каждого горючего элемента топлива с указанием весовых количеств расходуемых веществ:
; 
; 
;
12+32=44; 4+32=36; 32+32=64.
Для каждой реакции, с учётом элементарного состава в долях, нужно составить пропорции, из которых определяется весовое количество продукта окисления и кислорода. Например, для реакции окисления углерода, можно написать:
12(С) - 44(),
G(С)=0,85 -
G().
Отсюда количество углекислоты при полном сгорании 1 кг топлива составит величину:
G()=
кг.
При
этом потребуется кислорода: 
кг.
Аналогично
определяется количество потребляемого кислорода для окисления водорода и серы,
т.е. 
и
. Затем определяется
суммарное количество кислорода необходимое для сгорания одного килограмма
топлива: 
,
килограмм. С учётом наличия кислорода в топливе 
=0,005 килограмма находим, потребляемое
из воздуха окружающей среды, количество кислорода, которое требуется для
сжигания одного килограмма топлива.
, 
.
Теоретический объёмный расход сухого кислорода при полном сгорании топлива можно также определить по формуле:
, 
.
Плотность
сухого кислорода 
,
.
Теоретический массовый расход кислорода будет 
,.
Сравнить
значения 
, полученные по двум
разным методикам.
2.1.2 Теоретический расход сухого воздуха для полного сгорания 1кг топлива, с учётом того, что в его составе содержится 23,2% кислорода (в долях 0,232), будет равен:
,
Обычно
для сгорания 1кг топлива подают большее количество воздуха
L,
чем требуется теоретически 
. Отношение 
, называется коэффициентом
избытка воздуха. При 
=1
весь кислород подаваемого в камеру сгорания котла воздуха, будет использован в
реакциях окисления. При этом будет получаться максимально возможная температура
газов в камере сгорания. При увеличении , температура газов будет уменьшаться, и в
продуктах сгорания будет присутствовать кислород, не вступивший в реакцию.
2.1.3 Определение коэффициентов избытка воздуха / 1 /.
При
использовании в качестве окислителя воздуха (состав по объёму 
) основные уравнения
горения принимают вид:
При
полном горении, 
.
При наличии в продуктах
сгорания СО: 
,
где 
.
По известной характеристике
и содержании кислорода
в сухих продуктах сгорания можно определить их состав. При использовании. в
качестве окислителя, воздуха: 
; 
.
Здесь: 
% - суммарное содержание сухих
трёхатомных газов в продуктах сгорания. В нашем случае это 
.
Максимальное содержание сухих
трёхатомных газов в продуктах сгорания, будет при 
и 
, т.е. 
.
Если измерено процентное
содержание кислорода в уходящих газах, то коэффициент
избытка воздуха определяется из выражения:
, здесь 
=79,1%.
При полном сгорании топлива
СО может отсутствовать, а величиной 
можно пренебречь, из-за малости по
сравнению с .
В этом случае можно принять 
, и тогда для можно написать 
.
Выражение для коэффициента избытка воздуха примет вид
.
Здесь, 
.
После преобразований, получим
- 
.
Окончательно, при измеренном
значении %,
получим выражение для расчёта коэффициента избытка воздуха:
.
При наличии в газах и СО формула для
расчёта коэффициента избытка воздуха примет вид
.
2.1.4 Реальный
расход воздуха для полного сгорания 1кг топлива определяется из выражения:
,.
2.1.5 Имея измеренный секундный расход топлива, , определим действительный расход воздуха
в единицу времени из пропорции
Откуда: 
,
.
2.1.6 Расход газов через тракт двигателя будет равен :
, .
Измеренные и полученные расчётом параметры свести в таблицу 2.2 и сделать выводы.
Т а б л и ц а 2. 2
|
Пара- метры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Размер- ность |
|
% |
|
|
_ |
_ |
|
|
|
|
Вели- чина |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лабораторная работа № 3
Тема лабораторной работы: «Определение тепловой энергии котла, идущей в систему отопления и горячей воды для бытовых нужд».
Цель работы: определение тепловой энергии котла, идущей в систему отопления и горячей воды для бытовых нужд, расчетным путем, с использованием результатов измерения расхода топлива Gт, температуры уходящих газов tг и результатов расхода воздуха Gвозд, и расхода газов Gг, полученных при выполнении лабораторной работы № 2. Сравнить полученные результаты с экспериментальными значениями по показаниям счетчиков тепла.
Необходимые расходные материалы и приборы в процессе проведения лабораторной работы:
1.Для работы котла необходимо топливо (соляровое масло);
2. Необходима электроэнергия для нормальной работы функциональных систем жизнеобеспечения котла;
3. Измеритель температуры уходящих газов;
4. Измеритель расхода топлива;
5. Приборы для измерения температуры и счетчики тепла поступающего в систему отопления и в систему горячей воды для бытовых нужд.
Показывающие
измерители температуры и давления воды, установленные в основном контуре на
выходе из котла, измерители температуры воды на входе и выходе из
теплообменника ТО1, измеритель температуры воды на входе в котел, а также
измеритель температуры воды на входе в бойпер, продублированы измерительной
системой «Метран» посредством термопар I,II,VI VII,VIII. Результаты измерения вынесены на табло пульта
управления диагностической системы «Метран». В трубопроводную систему отопления
и бойлера вмонтированы термодатчики сопротивления 
и включенные в схему счетчика тепла
UR1, 
и 
включенные в схему счетчика
тепла UR2.
Счетчик тепла Pollu Com Ex (Применение, устройство и работа, технические данные, измерительные возможности, правила пользования.) / 2 /
Счетчик тепла
Pollu Com Ex предназначен для измерения и индикации потребленного
или отданного количества тепла. Счетчик тепла представляет собой компактный
измерительный прибор (счетчик количества воды с тепловычислителем). К
тепловычислителю прибора поступают сигналы от термодатчиков сопротивления и
счетчика воды, которые математически обрабатываются и затем отображаются на
дисплее. Счетчик тепла вмонтирован в подающий трубопровод. В проточную часть
прибора вмонтировано лопастное колесо счетчика расхода воды через подающий
трубопровод. Измерение количества горячей воды осуществляется путем считывания
количества оборотов лопастного колеса посредством электронного считывающего
устройства. Термодатчики сопротивления вмонтированы в подающий и обратный
трубопроводы. Рабочий диапазон температур 5 ÷ 150 
. Прибор нормально работает при
перепадах температур в подающем и обратном трубопроводах от Δtmin=30C до Δtmax=1000C. Изображение
измеренных и архивных величин осуществляется на дисплее в 4-х уровнях:
¾ потребительский уровень;
¾ архивный уровень;
¾ сервисный уровень;
¾ параметризационный уровень.
В основном состоянии тепловычислитель находится в «спящем режиме» и дисплей выключен. Нажатием кнопки на 2 секунды активизируется первая изображаемая величина потребительского уровня (потребленное количество тепла нарастающим итогом в [МВт∙час]. Далее, кратковременным нажатием кнопки активизируются следующие 10 изображаемых величин. При выполнении лабораторных работ представляют интерес 1, 2 и с 6 по 10 изображаемая величина. Это:
1. Потребленное количество тепла, [МВт∙ч], нарастающим итогом;
2. Объем воды, протекший в контуре, [м3], нарастающим итогом;
6. Мгновенный расход, [м3/ч];
7. Мгновенная мощность, [КВт];
8. Температура на входе, [0С];
9. Температура на выходе, [0С];
10. Разница температур, Δt=tвх-tвых.
Переход изображения из потребительского уровня в другие уровни осуществляется следующим способом:
¾ быстрым двукратным нажатием кнопки в архивный уровень;
¾ при изображении «тест дисплея» (4-я изображаемая величина) нажатием кнопки на 3 секунды осуществляется переход в сервисный уровень;
¾ при изображении «протекший объем воды» (2-я изображаемая величина) нажатием кнопки на 5 секунд осуществляется переход в параметризационный уровень.
При переходе в архивный уровень, сразу отображается дата последней архивной записи. Для просмотра значений архивных записей выбранной даты необходимо произвести однократное кратковременное нажатие кнопки. Для перехода назад в режим выбора архивной даты, нажать кнопку на 2 секунды. Покинуть архивный уровень можно двукратным последовательном нажатии кнопки. Архивный уровень будет покинут и в случае, если в течении 5 минут не произойдет нажатие кнопки. Работоспособность дисплея счетчика контролируется по изображениям мгновенных температур в прямом и обратном трубопроводах, мгновенных значений расхода и мощности.
3.1 Порядок проведения лабораторной работы
3.1.1 Убедиться, что все требования выполнены для безопасного включения котла в работу. Собрать схему гидравлической системы для работы котла на систему отопления и систему горячей воды для бытовых нужд, согласно гидравлической схемы, показанной на рисунке 5. На схеме открытые краны обозначены стрелкой , а закрытые –звёздочкой.
3.1.2 Установить
температуру воды в котле 
и в системах, уровень топлива в мернике,
температуру воздуха в помещении лаборатории перед включением котла в работу,
считая её равной температуре воды в котле до включения его в работу. Зафиксировать
уровень топлива 
в мернике.
По теплосчётчикам определить количество тепловой энергии фиксируемой
нарастающим итогом. Это 
и 
в
размерности 
.
Разделив показания приборов на 3,6 получим значения в размерности
. Занести эти параметры в таблицы 3.1, 3.2, или 3.3.
3.1.3 Включить систему электропитания функциональных систем жизнеобеспечения котла, системы диагностики и управления.
3.1.4 Включить
котел в работу, зафиксировать время 
включения
котла в работу, и вывести его на режим, когда температура воды на выходе из
котла 60 0С (70 0С, 80 0С, 90 0С).
Т а б л и ц а 3.1.
|
Пара- метры
|
Время |
Расход топлива по мернику |
Расход топлива
за время |
||||
|
Обозна- чение |
начало отсчёта |
конец отсчёта |
время отсчета работы |
в начале отсчёта |
в конце отсчёта
|
|
|
|
Размер- ность |
мин. |
мин. |
с. |
|
|
|
кг. |
|
Вели- чина пара- метра |
|
|
|
|
|
|
|
3.1.5 В установившемся режиме установить датчик газоанализатора в гнездо газохода и измерить температуру газов в газоходе, а также процентное содержание в газах СО2. Значения параметров записать на бумажный носитель. Выключить газоанализатор из работы.
3.1.6 По приборам
определить температуру воды в бойлере 
. Зафиксировать уровень оставшегося
топлива в мернике 
и
время выключения котла из работы 
.
По счетчикам тепла UR1 и UR2 определить количество
тепловой энергии, поступившей в систему отопления и в систему горячей воды, на
момент выключения котла из работы. Это 
и 
. Все замеренные и фиксируемые параметры
занести в таблицы 3.1, 3.2 или 3.3.
Т а б л и ц а 3.2.
|
Пара- метры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
QII |
|
Размер- ность |
|
|
|
кДж/кг. |
кДж/кг. |
Кг/с. |
Кг/с. |
Кг/с. |
кВт |
кВт |
|
Вели- чина |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 3.3.
|
Пара- метры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Размер- ность |
МВт. ч. |
МВт. ч. |
МВт. ч.
|
МВт. ч. |
МВт. ч. |
МВт. ч. |
кВт |
кВт |
кВт |
|
Вели- чина |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.1.7. По нижеизложенной методике определить количество тепловой энергии идущей в систему отопления и горячей воды для бытовых нужд с учетом потерь. Сравнить расчетное значение тепловой энергии с замеренным. Сделать выводы.
3.2 Методика расчета тепловой энергии уходящей в атмосферу с газами и тепловой энергии поступающей в систему обогрева и производства горячей воды для бытовых нужд
3.2.1 В лабораторной работе № 2 определено теоретически
необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива,
L0, 
и коэффициент избытка воздуха a. Используя эти данные определяем расход топлива, приходящийся на
единицу расхода воздуха,по формуле gт
= 
, 
. Величину
gт можно также определить так ,
. Расход
топлива Gт
, в
секунду определяем
из выражения ,
. Расход
воздуха Gвозд ,
определен в лабораторной
работе № 2.
3.2.2 При
температуре воздуха, подаваемого вентилятором в камеру сгорания котла, равном Тввх
[0К] при известном значении gт,
по номограмме (приложение 1) / 3 / находим среднюю
температуру газов в камере сгорания котла. Например, при Тввх
= 300 [0К], gт
= 0,02,
по
номограмме находим температуру газов в камере сгорания котла, Тг =
1040, 0К.
3.2.3 Расход газов, выходящих из котла в атмосферу, определяем
из выражения Gг
= (Gвозд +
Gт), .
3.2.4 Потери тепла с выходящими газами в атмосферу составляет величину
QII = Ср × Gг (Тгвых - Тн).
Здесь: Тгвых ,[0К] – температура газов на выходе из котла. Определяется посредством встроенной термопары системы диагностики. Тн, [0К] – температура окружающей среды, принять Тн = Тввх , т.е. равной температуре
воздуха в лаборатории. Ср,
- истинная
теплоемкость газов, выходящих из котла, определяется по номограмме (приложние
2) / 3 /, в зависимости от Тгвых и
a. Например, при Тгвых = 127, 0С (400 0К)
и a = 3,34. Ср = 1,034 , .
3.2.5 Количество тепла подводимого с топливом в единицу времени.
Qнр
×
Gт,
КВт. Здесь
Qнр, - удельная теплота сгорания конкретного
топлива. Для топлива, с известным составом, удельная теплота сгорания может
быть определена по формуле Менделеева.
Qнр = 4,187× [81×Cр+300Нр-26
(Ор-S|p)-6 (9Hp+Wp)], .
В нашем случае, для солярового масла
.
При известном расходе топлива Ст , и удельной теплоты
сгорания Qнр , 
, определяем количество тепла подводимого
с топливом в единицу времени. Qнр
×
Gт , 
, [КВт].
3.2.6 Количество
тепловой энергии, которая может быть использована в системе отопления и горячей
воды для бытовых нужд, составит величину.
NкS = (Qнр
×
Gт
- QII ),
, или NкS = 0,238846
× (Qнр
×
Gт
- QII ), 
, или
NкS = 0,238846
×24
×3600×10-6
× (Qнр
×
Gт
- QII ) , 
.
3.2.7 Полученный результат сравнить с количеством тепла поступившим в систему отопления и горячей воды (по показаниями счетчиков тепла), а так же затраченной на нагрев воды в бойлере.
3.2.8 Имеем в виду, что в нашем случае вода из бойлера не потребляется и
специально тепло через теплообменник не отводится. За время работы котла 
,[сек], вода в бойлере
нагрелась до температуры 
- определяем по измерителю температуры,
или по показаниям каналов термопар V и
VI. Перед пуском
котла в работу температура воды в бойлере была 
. Значения теплосодержания воды 
, 
и 
, взять из справочных таблиц при
температурах и
, при
давлении близком к атмосферному Р=0,102 МПа / 4 /. Объём нагретой воды в
системе бойлера принять равной 
=145 л, или 
=145 кг.
3.2.9 Количество
тепловой энергии перешедшей в воду бойлера определяем из выражения 
.
3.2.10
Количество тепловой энергии перешедшей в систему отопления и систему горячей
воды определяем из выражения 
, кВт. Выполнить расчёт, результаты
занести в таблицы. Сделать выводы.
4 Лабораторная работа №4
Тема лабораторной работы: «Эксплуатация котла при его работе в установившемся режиме на систему отопления и на систему горячей воды для бытовых нужд».
Цель работы: определение тепловой энергии котла, идущей в систему отопления и в систему горячей воды для бытовых нужд расчётным и экспериментальным методами. Составить тепловой баланс тепловой энергии, полученной теплоносителем бойлера за счёт тепла газового потока; и за счёт тепла горячей воды системы отопления, идущей в контур трубчатого теплообменника бойлера, за время проведения опыта в установившемся режиме работы котла.
Задействованные системы, необходимые расходные материалы и приборы в процесс проведения лабораторной работы:
1. Работающий котёл с его функциональными системами жизнеобеспечения (система подачи топлива, система подачи воздуха, система выхлопа отработавших газов, системы управления, автоматического регулирования и защиты от аварийных режимов).
2. Гидравлическая система отопления и её система диагностики.
3. Гидравлическая система горячего водоснабжения и её система диагностики.
4. Гидравлическая система трубчатого теплообменника бойлера и его система диагностики.
5. Гидравлическая система холодной сетевой воды и канализации с системой диагностики.
6. Газоанализатор состава выхлопных газов и измеритель их температуры.
7. Для работы котла необходимо топливо (соляровое масло).
8. Необходима электроэнергия для нормальной работы функциональных систем жизнеобеспечения котла.
9. Измеритель расхода топлива.
10.Холодная сетевая вода со сбросом в канализацию.
4.1 Порядок проведения лабораторной работы
4.1.1 Убедиться, что все требования выполнены для безопасного включения котла в работу. Собрать схему гидравлической системы для работы котла на систему отопления и систему горячей воды для бытовых нужд, согласно гидравлической схемы, показанной на рисунке 3. На схеме открытые краны обозначены стрелкой, а закрытые –звёздочкой.
4.1.2 Включить систему электропитания функциональных систем жизнеобеспечения котла, системы диагностики и управления.
4.1.3 Включить котел в работу и вывести его на установившийся режим. Момент установившегося режима считать при температуре воды на выходе из котла 60 0С (70 0С, 80 0С, 90 0С), причём гидравлическая система должна быть так отрегулирована, чтобы температура воды на выходе из котла оставалась постоянной.
4.1.4 Добавить в
мерник топливо до определённого уровня. Зафиксировать этот уровень и зафиксировать время установления этого
уровня, считая это время началом выхода на установившийся режим. По приборам
определить расход воды в контуре отопления, 
контуре горячей воды и в контуре
трубчатого теплообменника бойлера, 
температуру 
и давление воды в контурах. По
счетчикам тепла определить количество тепловой энергии, 
и 
, поступившей в систему отопления и в
систему горячей воды, на момент начала отсчёта времени работы котла в
установившемся режиме. Все замеренные и фиксируемые параметры занести в таблицы
4.1, 4.2, 4.3, 4.4.
Т а б л и ц а 4.1.
|
Пара- метры
|
Время |
Расход топлива по мернику |
Расход топлива
за время |
||||
|
Обозна- чение |
начало отсчёта |
конец отсчёта |
время отсчета работы |
в начале отсчёта |
в конце отсчёта
|
|
|
|
Размер- ность |
мин. |
мин. |
с. |
|
|
|
кг. |
|
Вели- чина пара- метра |
|
|
|
|
|
|
|
Расход топлива в еденицу времени находим из выражения , .
Т а б л и ц а 4.2.
|
Пара- метры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
QII |
|
Размер- ность |
|
|
|
кДж/кг. |
кДж/кг. |
Кг/с. |
Кг/с. |
Кг/с. |
кВт |
кВт |
|
Вели- чина |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 4.3.
|
Пара- метр. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Размер- ность. |
МВт. ч. |
МВт. ч. |
МВт. ч.
|
МВт. ч. |
МВт. ч. |
МВт. ч. |
кВт |
кВт |
кВт |
|
Вели- чина. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 4.4.
|
Пара- метр. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Размер- ность. |
|
|
|
|
|
|
кВт |
кВт |
кВт |
кВт |
|
|
|
Вели- чина. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.1.5 По нижеизложенной методике определить количество тепловой энергии идущей в систему отопления и горячей воды для бытовых нужд с учетом потерь. Сравнить расчетное значение тепловой энергии с замеренным.
Составить тепловой баланс тепловой энергии, полученной теплоносителем бойлера за счёт тепла газового потока; и за счёт тепла горячей воды системы отопления, идущей в контур трубчатого
теплообменника бойлера, за время проведения опыта в установившемся режиме работы котла.
4.2 Результаты измеренных и полученных расчётом параметров необходимых для решения поставленных задач в лабораторной работе и решение этих задач
4.2.1 Измерение параметров и расчёты проводим для установившегося режима.
4.2.2 Количество тепловой энергии, которая может быть использована в
системе отопления и горячей воды для бытовых нужд за время работы котла в
установившемся режиме 
, составит величину.
NкS = (Qнр
×
Gт
- QII ), ,
или NкS = 0,238846
× (Qнр
×
Gт
- QII ),
.
Здесь Gт – расход топлива за
время работы котла в установившемся
режиме.
Значение Qнр , определено по формуле Менделеева в
лабораторной работе №3. Потери тепла с выходящими газами в атмосферу определены
по формуле QII = Ср
×
Gг (Тгвых - Тн) в
работе №3.
4.2.3 Количество тепловой энергии идущей в систему отопления определяем из
выражения 
.
. 
,- по показаниям прибора
U.
-
по показаниям прибора 
. В расчёт
поставить среднее значение показаний прибора 
и
.
Имеем ввиду, что показания мгновенного расхода прибора U в 
, а показания расходомера
, и
нарастающим
итогом в 
(до
тысячных долей). Во втором случае за время
определить расход воды идущей в теплообменник бойлера в 
, с учётом плотности воды при
измеренной температуре, по формуле 
В первом случае надо привести показания
рибора к требуемой размерности с учётом
плотности воды при температуре на входе в
измеритель.. Значения температур 
и 
определить по показаниям
прибора U, сравнить с показаниями показывающих измерителей
температур, и измеренных с помощью термопар
I, II ,III,
IV. Теплоёмкость
воды 
, взять из справочных
таблиц. Прибор Uпоказывает суммарный расход воды идущий
через теплообменник ТО1 и теплообменник бойлера 
.
4.2.4 Количество тепловой энергии, переданное воде бойлера из контура
системы отопления посредством теплообменника , определим из выражения 
.
=
,, 
=
,- определить по приборам. Значение 
,
- взять из справочных таблиц.
Давление воды в контурах по показаниям
приборов.
По прибору 
и
по показанию термопары V определяем конечную температуру воды в бойлере 
. Аналогично в конце
работы котла, перед его остановкой, определить и записать в таблицы следующие
параметры: 
,
, 
, , , 
, 
,
,
, 
, 
.
4.2.5 Количество тепловой энергии перешедшей в воду бойлера определяем
из выражения 
кВт.
Имеем в виду, что в нашем случае вода из бойлера не потребляется и специально
тепло через теплообменник не отводится. За время работы котла [сек], вода в бойлере
нагрелась до температуры - определяем по измерителю температуры, или
по показаниям каналов термопар V и
VI. В начале работы котла в установившемся режиме температура
воды в бойлере была .
Значения теплосодержания воды , и , взять из справочных
таблиц
при температурах и
, при
давлении близком к атмосферному Р=0,102 МПа. Объём нагретой воды в системе
бойлера принять равной =145 л, или =145 кг.
4.2.6 Тепловая энергия, поглощаемая в теплообменнике , определяется из выражения. 
кВт. (Сравнить со
значением мгновенной тепловой энергии 
кВт, замеренной по прибору).
- по прибору (перевести в
размерность ,
т.к. показания прибора мгновенного расхода в размерности 
), ,,- по прибору «Метран»
,- из таблиц.
4.2.7 Тепловая энергия воды бойлера, полученная от газового потока:
4.2.8 Суммарная тепловая энергия котла, перешедшая в систему отопления
и систему горячей воды для бытовых нужд, за время работы в рабочем режиме определяется
из выражения 
, кВт. Сравнить со значением
, кВт. Сделать
выводы.
5. Лабораторная работа №5
Тема лабораторной работы: «Эксплуатация котла при работе только на систему отопления».
Цель работы и постановка задачи: определение тепловой энергии котла, идущей в систему отопления, получаемую от газов водогрейными элементами, образующими камеру сгорания; и от воды бойлера, посредством трубчатого теплообменника.
Решение поставленной задачи выполнить расчетным путем, используя параметры, полученные экспериментально посредством приборов системы диагностики. Сравнить полученные результаты с экспериментальными значениями по показаниям счетчика тепла UR1.
Системы, приборы и расходные материалы, задействованные в процессе проведения лабораторной работы
1. Работающий котел и системы его жизнеобеспечения (топливная система с расходомером топлива, система подачи воздуха, система отсоса и выброса газов в атмосферу, система управления и защиты от аварийных режимов).
2. Газоанализатор и измеритель температуры выхлопных газов.
3. Гидравлическая система отопления и, её система диагностики.
4. Гидравлическая система теплообменника бойлера и ее система диагностики.
5. Гидравлическая система водопровода и канализации.
6. Система диагностики параметров воды бойлера.
7. Счетчик тепла UR1, поступающего в систему отопления.
8.
Измеритель 
расхода
воды ,уходящей в канализацию, от теплообменника системы отопления.
9. Для работы котла необходимо топливо (соляровое масла).
10. Необходима электроэнергия для нормальной работы функциональных систем жизнеобеспечения котла.
5.1 Устройство и работа гидравлической системы отопления и ее системы диагностики
Гидравлическая схема системы отопления показана на рисунке 6 (выделена
жирными линиями). На гидравлической схеме присоединение системы отопления к котлу
показано точками и
. Патрубки
присоединения системы к водогрейным элементам котла показаны на принципиальной
схеме (см. рисунок 2, л.р. №1, патрубки 
, 
). Система отопления состоит из
трубопроводов замкнутых на котел «К» и на теплообменник ТО1 имитирующий
нагрузку. Теплообменник ТО1 дополнительно включен на систему водоснабжения и
канализации. Трубопроводная система отопления содержит циркуляционный насос
Н1, счетчик тепла UR1 (Pollu Com Ex),
предохранительный клапан 
, измеритель температуры и давления воды
в контуре на выходе из котла, измерители температуры воды на входе и
выходе из теплообменника ТО1, измеритель температуры воды на входе в котел. Измерение этих температур продублировано измерительной системой «Метран» посредством термопар I,II,III,VII,VIII. Результаты измерения вынесены на табло пульта управления диагностической системы «Метран». Заполнение и подпитка водой контура системы отопления производиться из водопроводной сети по линии через фильтр Ф2 при открытых кранах 7 и 15.
5.2 Устройство и работа гидравлической системы теплообменника бойлера и ее системы диагностики
Гидравлическая схема системы теплообменника бойлера
показана на рисунке. 6 (выделена двойными линиями). На гидравлической схеме
присоединение системы теплообменника бойлера к трубчатому теплообменнику
показано точками 
и
. Патрубки
присоединения трубчатого теплообменника к линейной части гидравлической системы
показаны на принципиальной схеме (см. рисунок 2, л.р.№1, патрубки 
).
Гидравлическая система трубчатого теплообменника состоит из трубопроводов,
замкнутых на теплообменник и на систему отопления посредством кранов
2, 3, 11, 12, и содержит измеритель расхода воды и измерители температуры на
входе и выходе из теплообменника (стрелочные приборы и термопары
III,
IV).
В рассматриваемом режиме работы котла при открытом кране 11 и закрытом 12 часть
воды контура системы отопления из обратного трубопровода, посоле насоса Н1,
поступает на вход трубчатого теплообменника 
,
где происходит переход тепла от воды бойлера, полученного за счёт тепла
газового потока, к воде проходящей через теплообменник. С выхода
теплообменника вода через расходомер и открытый
кран 2 трубопровода возвращается в подающий трубопровод контура системы
отопления. Таким образом, все тепло полученное в котле за счёт сжигания
топлива, за исключением тепла уходящего с газами в атмосферу, поступает в
систему отопления. Температура воды на входе и выходе из теплообменника бойлера
может быть измерена встроенными стрелочными термометрами 
и 
.
5.3 Порядок проведения лабораторной работы
1. Убедиться, что все требования выполнены для безопасного включения котла в работу.
2. Включить систему электропитания функциональных систем котла, системы диагностики и управления.
3. До включения котла в работу заполнить топливом мерник топлива .
зафиксировать
уровень топлива в мернике, 
. и занести
в таблицу.
4. Включить в работу дымосос (дымосос должен, до включения котла в работу, отработать 5 ÷ 7 мин).
5. На начальном этапе проведения работы нужно как можно быстрее разогреть воду
в системе отопления и в бойлере до температуры 60—70 .
С этой целью перекрытием кранов 6. 7. 8 отключаем контур холодной воды, а чтобы быстрее разогреть воду в бойлере, контур трубчатого теплообменника ставим в режим подогрева воды бойлера за счёт тепла воды контура системы отопления. Для этого открываем краны 2, 12, а кран 11 закрываем.
6. Включаем в работу котел и циркуляционный насос Н 1.
7. Когда температура воды в бойлере достигнет величины 60—70 
, открываем краны 7, 8
линии водоснабжения и канализации, включаем в работу циркуляционный насос Н2.
Контур трубчатого теплообменника бойлера ставим в режим подогрева воды
контура системы отопления , за счёт тепла воды бойлера. Для этого закрываем
кран 12 и открываем кран 11, кран 2 оставляем открытым. Краном 6 отрегулировать
установившийся режим работы, когда температура воды в подающем контуре системы
отопления установиться постоянной и равной 65 -- 800С.
8. Добавить в мерник
топливо до определённого уровня. Зафиксировать этот уровень 
и зафиксировать время установления этого
уровня, считая это время началом выхода на установившийся режим. По приборам
UR1, определить расход воды в контуре
отопления, 
и в контуре
трубчатого теплообменника бойлера, 
, температуру воды в бойлере по прибору 
. По счетчику тепла
определить количество тепловой энергии, МДжч , поступившей в систему отопления на
момент начала отсчёта времени работы котла в установившемся режиме. Все
замеренные и фиксируемые параметры занести в таблицы 5.1;
5.2; 5.3; 5.4.
Т а б л и ц а 5.1.
|
Пара- метры
|
Время. |
Расход топлива по мернику. |
Расход топлива
за время |
||||
|
Обозна- чение |
начало отсчёта. |
конец отсчёта. |
время отсчета работы |
в начале отсчёта |
в конце отсчёта
|
|
|
|
Размер- ность |
мин. |
мин. |
с. |
|
|
|
кг. |
|
Вели- чина пара- метра |
|
|
|
|
|
|
|
9. Расход топлива в еденицу времени находим из выражения , .
Т а б л и ц а 5.2.
|
Пара- метры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
QII |
|
Размер- Ность |
|
|
|
кДж/кг. |
кДж/кг. |
Кг/с. |
Кг/с. |
Кг/с. |
кВт |
кВт |
|
Вели- чина |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 5.3.
|
Пара- метры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Размер- ность |
МВт. ч. |
МВт. ч. |
МВт. ч.
|
кВт.с. |
кВт |
кВт |
кВт |
кВт |
|
Вели- чина |
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 5.4.
|
Пара- метры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Размер- ность |
|
|
|
|
|
|
кВт |
кВт |
кВт |
|
|
|
Вели- чина |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10. Перед завершением опыта по приборам определить и занести в таблицы
следующие параметры: , , , , ,
,
, , . Здесь ,
кВт–мгновенная тепловая мощность потребляемая в системе отопления (по прибору
UR1).
11. Снять показания приборов температуры, указанных в таблицах, а также измерителей температур V, VI системы «Метран». Значения параметров занести в таблицу.
12. Выключить из работы котел. Зафиксировать время 
момента выключения котла.
Перекрыть краны 6,7,8. Выключить из работы насосы Н1, Н2. Дымосос должен
работать после выключения котла еще 10 ÷ 15 минут.
13. По мернику определить количество оставшегося топлива
и записать в таблицу 5.1. По истечении 10 минут после выключения из
работы котла, выключить дымосос, измерительную систему «Метран» и выключить
систему электропитания установки.
14. По нижеизложенной методике расчетным путем, используя полученные экспериментально параметры, определить тепловую энергию котла ушедшую в систему отопления, получаемую от газов и от воды бойлера посредством трубчатого теплообменника. Полученные результаты сравнить с измеренными прибором UR1.
15. Определить количество тепловой энергии воды бойлера и суммарную тепловую энергию системы отопления и бойлера.
16. Определить количество тепловой энергии, полученной от сжигания топлива, перешедшей в воду системы отопления и бойлера.
5.4 Методика решения поставленных задач
1.
Количество тепловой энергии, идущей в систему отопления, определяем из
выражения . 
.
Здесь:
[кг/с] – мгновенный расход воды через контур системы
отопления, который определяем по показаниям прибора
UR1. Имеем ввиду, что показания прибора 
и
в размерности
. С
учетом плотности воды при измеренной температуре на входе в ТО1 (
; 
; 
; 
; 
), находим 
. В расчёт взять среднее
значение 
. Теплоемкость воды принять равной 
. Температуру воды на
входе в теплообменник ТО1 
, и
на выходе 
определить по показаниям встроенных стрелочных
приборов и прибора UR1 . Полученную
расчетом тепловую мощность сравнить с показанием прибора 
, это 
кВт,-- мгновенная тепловая
мощность. Тепловую мощность, поступающую в систему отопления можно определить
из выражения. 
,
кВт. Сравнить все три варианта и сделать выводы.
2. Количество тепловой энергии перешедшей в воду бойлера определяем из выражения.
.
В нашем случае вода из бойлера не потребляется и специально тепло через
теплообменник ТО2 не отводиться. В конце испытания котла, т. е.
через промежуток времени 
, вода в бойлере нагрелась до температуры 
-- определяем по
измерителю температуры, или по показаниям каналов термопар
V и
VI.
В начале работы котла в установившемся режиме температура воды в бойлере была
. Значения
теплосодержания воды ,
и 
, 
взять из справочных таблиц при
температурах и
, при
давлении близком к атмосферному Р=0,102МПа. Обьем нагретой воды в системе
бойлера принять равной 
, или 
. Значения плотности воды указаны
выше, 
-
время работы котла.
3. Суммарная тепловая мощность котла: 
.
4. Количество тепловой энергии идущей в систему отопления и бойлера в результате сжигания топлива в котле.
.
Сделать выводы.
6 Лабораторная работа № 6
Тема лабораторной работы: Эксплуатация котла только на систему горячей воды для бытовых нужд.
Цель работы и постановка задачи: определение тепловой энергии котла, идущей в систему горячей воды для бытовых нужд; получаемую от газов водогрейными элементами, образующими камеру сгорания и, передаваемую воде бойлера посредствам трубчатого теплообменника бойлера; а так же тепловой энергии, передаваемой воде бойлера газовым потоком через поверхности нагрева бойлера.
Системы, приборы и расходные материалы, задействованные в процессе проведения лабораторной работы
1. Работающий котел и системы его жизнеобеспечения (топливная система с расходомером топлива, система подачи воздуха, система отсоса и выброса газов в атмосферу, система управления и защиты от аварийных режимов).
2 Гидравлическая система теплообменника бойлера и система диагностики.
3. Система диагностики параметров воды бойлера.
4. Счетчик тепла контура системы отопления передающейся, посредством трубчатого теплообменника, воде бойлера.
5. Измеритель расхода воды через теплообменник бойлера.
6. Система горячей воды для бытовых нужд и её система диагностики;
7. Для работы котла необходимо топливо (соляровое масло).
8. Необходима электроэнергия для нормальной работы функциональных систем жизнеобеспечения котла.
Устройство и работа гидравлических систем отопления и теплообменника бойлера
рассмотрены в предыдущей лабораторной работе №5. Гидравлическая
схема системы показана на рисунке 7. На этой схеме перекрывной кран 1 в
системе отопления закрыт, кран 2 контура теплообменника бойлера закрыт, а кран
3 открыт, кран 12 открыт, а кран 11 закрыт. Таким образом, система отопления
отключается, а поток горячей воды системы, через теплоизмеритель 
и расходомер , поступает
в теплообменник ,
нагревая воду бойлера для горячего водоснабжения .
6.1 Порядок проведения лабораторной работы:
1. Убедиться, что все требования выполнены для безопасного включения котла в работу.
2. Включить систему электропитания функциональных систем жизнеобеспечения котла и системы диагностики и управления.
3. До включения котла в работу заполнить топливом мерник топлива и
зафиксировать уровень топлива в мернике, . Занести в
таблицу 6.1.
Т а б л и ц а 6.1.
|
Пара- метры
|
Время |
Расход топлива по мернику |
Расход топлива
за время |
||||
|
Обозна- чение |
начало отсчёта |
конец отсчёта |
время отсчета работы |
в начале отсчёта |
в конце отсчёта
|
|
|
|
Размер- ность |
мин. |
мин. |
с. |
|
|
|
кг. |
|
Вели- чина пара- метра |
|
|
|
|
|
|
|
4. Включить в работу дымосос (дымосос должен до включения котла в работу отработать 5÷7 мин).
5. Снять показания расходомеров в контурах теплообменника бойлера и системы
отопления (по приборам UR1 и ). Это , 
и ,
Записать эти параметры в таблицу 6.4.
6. Зафиксировать показания термометра температуры воды в бойлере, 
, а по прибору
UR1
количество потребленной тепловой энергии в системе отопления за все предыдущее
время работы котла, 
,
МВт.ч.
Т а б л и ц а 6.2.
|
Пара- метры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
QII |
|
Размер- ность |
|
|
|
кДж/кг. |
кДж/кг. |
Кг/с. |
Кг/с. |
Кг/с. |
кВт |
кВт |
|
Вели- чина |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 6.3.
|
Пара- метры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Размер- ность |
МВт. ч. |
МВт. ч. |
МВт. ч.
|
кВт.с. |
кВт |
кВт |
кВт |
кВт |
|
кВт |
|
Вели- чина |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 6.4.
|
Пара- метры |
|
|
|
|
|
|
|
III |
IV |
|
|
|
|
Размер- ность |
|
|
|
|
|
|
кВт |
|
|
|
|
|
|
Вели- чина |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7. Включить в работу котел и циркуляционные насосы Н1 и Н3.
8. Включить в работу газоанализатор для калибровки.
9. Зафиксировать время
включения в работу форсунки ,
.
10. В режиме, когда температура воды в бойлере станет равной 60—70 
установить датчик
газоанализатора в гнездо газохода и измерить температуру воздуха в лаборатории
и газов в газоходе, а также процентное содержание в газах СО2.
Значения параметров записать на бумажный носитель. Выключить газоанализатор из
работы.
11. Снять показания
параметров прибора UR1, значения температуры во всех точках контуров
системы горячего водоснабжения и теплообменника бойлера, где стоят измерители
температуры. Снять показания расходомера 
и показания измерителей температур
I,
II,
III,
IV,
V,
VI
системы «Метран». Значения параметров , , , , ,
, 
,
, , . занести в таблицы.
12. Выключить из работы котел.
13. Зафиксировать время
момента выключения котла, 
.
14. Выключить из работы насосы Н1 и Н3.
15. По мернику
определить количество оставшегося топлива и записать
в таблицу 6.1.
16. Датчик газоанализатора извлечь из гнезда газохода, а гнездо закрыть заглушкой.
17. По истечения времени 10 минут после выключения из работы котла, включить дымосос, измерительную систему «Метран» и выключить систему электропитания установки.
18. По нижеизложенной методике расчетным путем, используя полученные экспериментально параметры, определить тепловую энергию котла , получаемую от газов водогрейными элементами системы отопления и передаваемую воде бойлера, посредством трубчатого теплообменника бойлера, а также тепловую энергию передаваемую воде бойлера газовым потоком через поверхности нагрева бойлера.
6.2 Методика решения поставленных задач.
1. Количество тепловой
энергии, переданное воде бойлера из системы отопления, посредством
теплообменника бойлера. 
Здесь 
- расход воды через контур
теплообменника бойлера (определяется по показаниям прибора
UR1 и
показаниям расходомера ). Имеем ввиду, что показания прибора 
. С учетом плотности
воды при измеренной температуре , 
; ; ; 
; 
находим
секундный
расход воды в контуре теплообменника бойлера , 
. Показания прибора в м3 , нарастающим
итогом. Для определения расхода воды используем выражение. 
.
Сравнить значения этого параметра полученных по разным двум
методикам.
Разность температур 
определяется по
показаниям прибора UR1, или показаниям стрелочных приборов температуры, или
I,
II системы «Метран». Теплоемкость воды принять равной 
.
2. Количество тепловой энергии, содержащейся в воде бойлера в конце
эксперимента, определяем из выражения. 
.
В нашем случае вода из
бойлера не потребляется и специально тепло через теплообменник ТО2
не отводиться. За время работы котла , вода в бойлере нагрелась до температуры 
- определяем по
измерителю температуры, или по показаниям каналов термопар
V и
VI.
Пред пуском котла в работу
температура воды в бойлере была . Значения теплосодержания воды 
и 
взять из справочных таблиц при
температурах и
, при
давлении близком к атмосферному Р=0,102 МПа. Объем нагретой воды в системе
бойлера принять равной VВБ=0,145м3,
или 
. -- время работы котла.
3. Тепловая мощность,
поглощаемая в теплообменнике ТО2 , определяется из выражения, 
. Здесь: 
, где
, -- мгновенный расход воды в системе
горячего водоснабжения. Определяем по прибору
UR2, 
. Результаты
сравнить с показаниями UR2. по мгновенной тепловой мощности 
кВт.
4. Количество тепловой энергии, полученной водой бойлера от газового потока через поверхности нагрева бойлера, определяем из выражения:
.
5. Количество тепловой
энергии, которая может быть использована в системе горячей воды для бытовых
нужд, составит величину: NкS = (Qнр
×
Gт
- QII ),. Здесь , . – расход топлива за время работы котла, 
. Сравнить этот
результат с полученным значением, 
. Сделать выводы.
Приложение 1
Зависимость
теплоёмкости газа СР и расхода топлива на 1 кг воздуха 
от
температуры входа 
и
выхода 
из
камеры сгорания, или топки .
|
Истинная теплоемкость газов , Ср, 
.
Список литературы
1. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент. Справочник. Под общей редакцией В.А. Григорьева и В.М. Зорина. Книга. 2- - М: Энергоиздат, 1988.–560 с.
2. Паспорт. Счётчик тепла PolluCom E.
3. Газодинамический расчёт авиационных газотурбинных двигателей. Под редакцией доц. С. С. Русакова. – Киев: КИИГА, 1975.
4. Ривкин С. Л. , Александров А. А. Термодинамические свойства воды и водяного пара. 2 изд. – М: Энергоиздат, 1984.
Содержание
1 Лабораторная работа № 1. Изучение устройства и работы лабораторной установки «Автономная система отопления и горячего водоснабжения (ГВС) отдельно стоящих строений объемом 1000 м3, расходом горячей воды 12 л/мин………………………………………...............................................................3
1.1 Устройство и работа лабораторной установки………………………………3
1.2 Устройство и работа гидравлической системы отопления, горячего водоснабжения, трубчатого теплообменника бойлера и системы сетевой воды…………………………………………………………………………………..8
2 Лабораторная работа №2. Определение расхода воздуха и газа через газовоздушный тракт котла при установившемся режиме работы………......11
2.1 Основы теории вопроса и методика расчёта количества воздуха поступающего в топку котла…………..12
3 Лабораторная работа № 3. Определение тепловой энергии котла, идущей в систему отопления и горячей воды для бытовых нужд……………………...15
Счетчик тепла Pollu Com. Ex Применение, устройство и работа, технические данные, измерительные возможности, правила пользования………………...16
3.1 Порядок проведения лабораторной работы……………………………...…17
3.2. Методика расчета тепловой энергии уходящей в атмосферу с газами и тепловой энергии поступающей в систему обогрева и производства горячей воды для бытовых нужд …………..20
4 Лабораторная работа №4 Эксплуатация котла при его работе в установившемся режиме на систему отопления и на систему горячей воды для бытовых нужд……………...22
4.1.Порядок проведения лабораторной работы. ……………………………... .23
4.2 Результаты измеренных и полученных расчётом параметров необходимых для решения поставленных задач в лабораторной работе и решение этих задач………………..25
5 Лабораторная работа №5. Эксплуатация котла при работе только на систему отопления. ….27
5.1 Устройство и работа гидравлической системы отопления и её системы диагностики……….27
5.2 Устройство и работа гидравлической системы теплообменника бойлера и ее системы диагностики….....29
5.3 Порядок проведения лабораторной работы………………………………..29
5.4 Методика решения поставленных задач………………………………….32
6 Лабораторная работа №6. Эксплуатация котла только на систему горячей воды для бытовых нужд……..33
6.1 Порядок проведения лабораторной работы………………………………..35
6.2 Методика решения поставленных задач…………………………………...37