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燃?xì)鉄崴仩t系統(tǒng)綜合實驗1.實驗?zāi)康蘑偻ㄟ^對燃?xì)鉄崴仩t機組及其系統(tǒng)變工況調(diào)節(jié)和實測,鍛煉對鍋爐系統(tǒng)操作、調(diào)節(jié)、測試的動手實踐能力,掌握鍋爐機組、熱源系統(tǒng)性能測試的方法。②)通過燃?xì)鉄崴仩t機組不同供水溫度、水流量的工況測試和數(shù)據(jù)分析,建立理論知識與實際應(yīng)用的聯(lián)系,深入了解冷燃?xì)鉄崴仩t機組及其系統(tǒng)運行性能的因素及其影響機理。③通過實體實驗學(xué)習(xí),鍛煉分析思考能力,小組協(xié)作能力,培養(yǎng)解決工程問題的能力。2.實驗原理鍋爐供熱量是評價鍋爐系統(tǒng)是否滿足用戶使用需求的重要指標(biāo),一般對一段時間的累積供熱量進行測試。熱水鍋爐累計供熱量 Qr=c0t式中Qr——鍋爐累計供熱量,kJV——熱水平均小時流量,m3/s;tr1——熱水小時平均供水溫度,℃tr2——熱水小時平均回水溫度,℃ρ——水平均密度,kg/m3;c——平均溫度下水的比熱容,kJ/(kg·℃)。采暖鍋爐的輸入測量反映鍋爐系統(tǒng)的能耗。在進行鍋爐供熱量測試的同時,進行鍋爐能耗測試。燃?xì)夂臍饬繎?yīng)連續(xù)累計計量。 Qi=G?Qcy (2)式中Qi——鍋爐累積能耗,kJ;Qcy——測試時間內(nèi)燃用氣的平均低位發(fā)熱值,kJ/Nm鍋爐的省煤器均屬于間壁式熱質(zhì)交換設(shè)備,其換熱量計算如下式所示: Q=K0A0?t=KiAi?tK0,Ki——換熱器管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)、換熱器管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),A0,Ai——換熱器管外表面面積、換熱器管內(nèi)表面面積,m?t——冷、熱流體總溫差。傳熱系數(shù)計算公式如下: K0=1d0 Ki=1d0式中d0,di——換熱器管的外徑、內(nèi)徑,λ——換熱器管壁導(dǎo)熱系數(shù),W/K·℃;h0,hi——換熱器管外流體對流換熱系數(shù)、管內(nèi)流體對流換熱系數(shù),根據(jù)傳熱學(xué),流體溫度和流速均勻是影響流體對流換熱系數(shù)的重要因素。當(dāng)冷凍水溫度、流量變化時,將影響冷水機組蒸發(fā)器換熱量;當(dāng)冷卻水溫度、流量變化時,將影響冷水機組冷凝器換熱量;當(dāng)熱水溫度、流量變化時,將影響鍋爐省煤器換熱量。采暖鍋爐測試時間內(nèi)平均運行效率,按下式計算: η1=(6)式中η1——Qr——測試時間內(nèi)采暖鍋爐的供入熱量,kJQi——測試時間內(nèi)采暖鍋爐的輸入熱量,kJ熱源系統(tǒng)測試時間內(nèi)平均能效比,按下式計算: η2=QrQ式中η1——Qr——測試時間內(nèi)采暖鍋爐的供入熱量,kJQi——測試時間內(nèi)采暖鍋爐的輸入熱量,kJW——熱源系統(tǒng)其他設(shè)備耗電量,kW·h。鍋爐高效供水溫度不一定與空調(diào)(供暖)末端設(shè)備適宜溫度相符,鍋爐熱水系統(tǒng)往往設(shè)置了換熱器進行水溫控制。板式換熱器兩側(cè)換熱量,是評估板式換熱器是否達(dá)到設(shè)計換熱量的指標(biāo),其計算公式如下: ?c=qmcc ?h=qmhc式中?c,?h——冷、熱流體熱流量,qmc,qmh——冷、熱流體質(zhì)量流量,cpc,cph——冷、熱流體的定壓比熱容,kJ/(tc1,tc2——冷流體進、出口溫度,th1,th2——熱流體進、出口溫度,由能量守恒定律,理論上板式換熱器兩側(cè)換熱量應(yīng)該相等,即冷、熱流體熱流量數(shù)值一致,但由于實際系統(tǒng)波動性、熱損失及測試誤差等因素,二者往往存在偏差,工程上以二者的相對誤差作為測試準(zhǔn)確性的判斷,熱平衡相對誤差不應(yīng)超過5%。 Δφ=?h-?式中Δφ——板式換熱器熱平衡相對誤差;?h——熱流體熱流量,kW?c——冷流體熱流量,kW傳熱系數(shù)是反映換熱器傳熱效果的重要指標(biāo)。每款換熱器產(chǎn)品均具有出廠經(jīng)過檢測評估的標(biāo)準(zhǔn)工況下額定傳熱系數(shù),在實際使用中,由于冷、熱流體參數(shù)變化、年久設(shè)備結(jié)垢老化等因素,實際換熱系數(shù)往往與產(chǎn)品額定傳熱系數(shù)不同,通過測試實際運行工況傳熱系數(shù),可判斷換熱器實際運行換熱能力是否理想。 Kcxp=?h+ ?tm=?t式中Kcxp——測試總傳熱系數(shù);W/(㎡·K?c、?h——冷、熱流體熱流量,A——板式換熱器換熱面積,由產(chǎn)品資料提供;?tm——對數(shù)平均溫差,℃?t1——冷熱流體進出口最大溫差,℃?t2——冷熱流體進出口最小溫差,℃板式換熱器阻力是影響輸配系統(tǒng)能耗的重要因素。通過阻力測試可作為判斷板式換熱器是否需要除垢清洗。通過測試流體進、出板式換熱量的壓力之差可得板式換熱量的阻力 ?Pc=Pc1 ?Ph=Ph1式中?Pc,?Ph——板式換熱量冷、熱流體側(cè)的阻力,Pc1,Pc2——冷流體側(cè)進、出口壓力,Ph1,Ph2——熱流體側(cè)進、出口壓力,3.實驗系統(tǒng)及裝置實驗系統(tǒng)由熱源系統(tǒng)和末端空調(diào)(供暖)系統(tǒng)組成,本次實驗主要對熱源系統(tǒng)及其設(shè)備進行測試。熱源主機為燃?xì)鉄崴仩t,鍋爐通過燃燒天然氣生成熱水,熱水經(jīng)過板式換熱器一次側(cè)將熱量傳遞給二次側(cè)水系統(tǒng),降溫后由一次側(cè)熱水泵送回至鍋爐,如此反復(fù)循環(huán)制熱。板式換熱器二次側(cè)吸收一次側(cè)熱量后由分水器送至末端系統(tǒng)進行供暖,降溫后由二次側(cè)熱水泵送至板式換熱器二次側(cè)進行換熱升溫,如此循環(huán)供熱。系統(tǒng)中熱水鍋爐控制面板可設(shè)置鍋爐熱水供水溫度,鍋爐熱水進出口處設(shè)置有壓力表和溫度計,可實時測試水壓和水溫。板式換熱量一次側(cè)熱水回水干管上安裝有恒溫控制閥閥體,恒溫閥溫度傳感器安裝在板式換熱器二次側(cè)供水干管上??刂崎y可進行溫度設(shè)定,通過閥門溫度傳感器監(jiān)測板式二次側(cè)熱水出水溫度自動調(diào)節(jié)閥門開度,控制一次側(cè)水流量,維持二次側(cè)供水溫度穩(wěn)定。板式換熱器兩側(cè)流體進出口側(cè)均設(shè)置有溫度計和壓力表,可實時測試流體溫度和壓力。一次側(cè)熱水泵為變頻泵,可通過變頻器調(diào)節(jié)水泵流量,二次側(cè)水泵為定流量水泵,一次側(cè)和二次側(cè)熱水泵均設(shè)置有電功率表檢測耗電量。燃?xì)夤苈吩O(shè)置有氣表監(jiān)測天然氣消耗累計量。熱水一次側(cè)和二次側(cè)回水干管上設(shè)置了具有累積計量功能的流量計,可記錄水流量累計值。燃?xì)鉄崴仩t系統(tǒng)性能實驗系統(tǒng)原理圖如下:圖1實驗系統(tǒng)原理圖4.實驗步驟及方法本實驗可開展燃?xì)鉄崴仩t變供水溫度、變水流量的單因素或多因素變工況實驗。水系統(tǒng)測試方法詳見第5章測試內(nèi)容。1)實驗前的準(zhǔn)備實驗前,學(xué)生提前學(xué)習(xí)實驗指示書,了解實驗內(nèi)容,實驗系統(tǒng)操作方法,復(fù)習(xí)本實驗所涉及的專業(yè)理論知識,并應(yīng)提前預(yù)習(xí)實驗教材設(shè)備及系統(tǒng)性能測試的相關(guān)內(nèi)容,掌握實驗測試方法和原理。2)啟動實驗系統(tǒng)(1)檢查系統(tǒng)設(shè)備通電狀態(tài)是否正常,手動閥門開閉狀態(tài)是否正常。(2)打開總電源開關(guān)。(3)按順序啟動設(shè)備(末端設(shè)備——二次側(cè)熱水泵——一次側(cè)熱水泵——鍋爐)。3)調(diào)試系統(tǒng)鍋爐熱水供水溫度的設(shè)定應(yīng)根據(jù)鍋爐的高效運行范圍確定,一般鍋爐的額定供水溫度為95℃。板式換熱器二次側(cè)熱水出水溫度設(shè)定應(yīng)結(jié)合末端空調(diào)或功能設(shè)備的適宜的供水溫度范圍確定。風(fēng)機盤管、新風(fēng)機、空氣處理機組冬季供暖供水溫度一般為45~60℃。散熱器系統(tǒng)熱水供水溫度宜75℃,不宜超過85℃。熱水地面輻射供暖系統(tǒng)的熱水供水溫度宜35~45℃,不應(yīng)大于60℃。毛細(xì)管網(wǎng)輻射系統(tǒng)頂棚敷設(shè)時供水溫度宜25~35℃,墻面敷設(shè)時宜25~35℃,地面敷設(shè)時宜30~40℃。實驗以鍋爐熱水供水溫度95℃,一次側(cè)熱水泵滿頻率運行,二次側(cè)熱水供溫度設(shè)定為60℃為第一個實驗工況。(1)水泵流量調(diào)節(jié)通過一次側(cè)水泵變頻器,調(diào)節(jié)鍋爐循環(huán)水(板式換熱器一次側(cè)流體)流量,將變頻器頻率調(diào)節(jié)為100%。(2)鍋爐供水溫度調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)鍋爐控制面板上進行熱水供水溫度調(diào)節(jié),將熱水供水溫度調(diào)節(jié)為95℃。(3)二次側(cè)熱水溫度調(diào)節(jié)通過板式換熱器恒溫控制閥設(shè)置穩(wěn)定,控制二次側(cè)熱水溫度,將設(shè)定溫度調(diào)節(jié)為75℃。(4)等待系統(tǒng)穩(wěn)定在工程中,采暖鍋爐供熱量測試應(yīng)在采暖系統(tǒng)正常運行120h后進行,檢測持續(xù)時間不應(yīng)少于24h。本實驗可結(jié)合系統(tǒng)實際情況酌情考慮,但應(yīng)在系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)下進行測試,以提高實驗準(zhǔn)確性,鍋爐累積供熱量按1h累積供熱量進行測試。水溫、水流量達(dá)到設(shè)定工況,且無大幅波動,水流量波動不超±0.2%,熱水溫度波動不超±0.7℃,認(rèn)為系統(tǒng)穩(wěn)定。測量開始后不允許對機組和系統(tǒng)做任何調(diào)節(jié)。4)進行實驗測試①在開始實驗時,記錄一次側(cè)熱水泵、二次側(cè)熱水泵電功率表初始讀數(shù),待實驗測試結(jié)束時,再次記錄其電功率表結(jié)束時刻讀數(shù)。②在開始實驗時,記錄鍋爐燃?xì)庀到y(tǒng)燃?xì)庥嬃勘沓跏甲x數(shù),待實驗測試結(jié)束時,再次記錄燃?xì)庥嬃勘斫Y(jié)束時刻讀數(shù)。③在開始實驗時,通過一次側(cè)熱水和二次側(cè)熱水回水干管流量計讀取流量計初始讀數(shù),待實驗測試結(jié)束時,再次記錄流量計結(jié)束時刻讀數(shù)。④同時,通過鍋爐機組出口、進口處溫度計讀取鍋爐熱水供回水溫度。通過板式換熱器一次側(cè)和二次側(cè)溫度計讀取換熱器兩側(cè)冷熱流量進出口溫度,每隔10min讀1次數(shù),連續(xù)測量60min,取每次讀數(shù)的平均值作為測試的測定值。⑤在系統(tǒng)穩(wěn)定時,記錄板式換熱器兩側(cè)進出口壓力表讀數(shù)。⑥系統(tǒng)電功率測試、水流量和水溫測試應(yīng)在相同的時間段內(nèi)進行,以保證實驗的準(zhǔn)確性。5)熱平衡校驗實驗通過板式換熱器兩側(cè)熱平衡校驗實驗測試的準(zhǔn)確性。熱平衡相對誤差不超過5%,則可進行后續(xù)實驗,如熱平衡率Δ超過5%,則需檢查測試儀器是否存在問題,測試過程是否不規(guī)范,或者系統(tǒng)是否尚未穩(wěn)定,排除問題后,再重新進行實驗。6)變工況調(diào)節(jié)(1)供水溫度調(diào)節(jié)鍋爐熱水供水溫度通過鍋爐控制面板進行設(shè)置,本實驗供水溫度調(diào)節(jié)范圍宜取95~75℃之間。(2)熱水流量調(diào)節(jié)熱水流量通過一次側(cè)水泵變頻器進行調(diào)節(jié)。在進行水泵變流量調(diào)節(jié)時,應(yīng)保證水泵流量不得低于鍋爐允許的最低水流量。(3)根據(jù)實驗設(shè)計內(nèi)容,完成單一因素調(diào)節(jié)或多因素組合調(diào)節(jié)后,按步驟(3)、(4)、(5)進行實驗。7)關(guān)閉系統(tǒng)實驗結(jié)束后,按順序關(guān)閉設(shè)備:(鍋爐——一次側(cè)熱水泵——二次側(cè)熱水泵——末端設(shè)備)。記錄鍋爐、板式換熱器銘牌參數(shù)及實驗測試時間。5.實驗數(shù)據(jù)記錄表1鍋爐機組銘牌參數(shù)參數(shù)數(shù)值額定制熱量/kW額定供回水溫度/℃額定循環(huán)水流量/(m3·h-1)額定冷天然氣耗量/(Nm3·h-1)鍋爐效率表2板式換熱器銘牌參數(shù)參數(shù)數(shù)值額定換熱量/kW額定熱流水溫/℃額定冷流水溫/℃額定流量/(m3·h-1)水阻力/Pa換熱面積/m2表3標(biāo)準(zhǔn)工況實驗數(shù)據(jù)記錄表參數(shù)123456平均值鍋爐熱水供水tr1/鍋爐熱水回水tr2/板式換熱器一次側(cè)進水th1/板式換熱器一次側(cè)出水th2/板式換熱器二次側(cè)進水tc1/板式換熱器二次側(cè)出水tc2/板式換熱器一次側(cè)進水壓力Ph1/板式換熱器一次側(cè)出水壓力Ph板式換熱器二次側(cè)進水壓力Pc1/板式換熱器二次側(cè)出水壓力Pc2/一次側(cè)循環(huán)水流量計初始值/m3一次側(cè)循環(huán)水流量計結(jié)束值/m3二次側(cè)循環(huán)水流量計初始值/m3二次側(cè)循環(huán)水流量計初始值/m3一次側(cè)熱水泵功率表初始值/(W·h-1)一次側(cè)熱水泵功率表結(jié)束值/(W·h-1)二次側(cè)熱水泵功率表初始值/(W·h-1)二次側(cè)熱水泵功率表初始值/(W·h-1)燃?xì)獗沓跏贾礕1/Nm3燃?xì)獗斫Y(jié)束值G2/Nm3系統(tǒng)測試時間h其他工況實驗數(shù)據(jù)記錄表同表3。6.實驗數(shù)據(jù)處理及分析1)實驗數(shù)據(jù)處理表4標(biāo)準(zhǔn)工況實驗數(shù)據(jù)計算表參數(shù)123456平均值鍋爐供熱量Qr/鍋爐能耗Qi
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