《建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)》 教案 8-3燃?xì)鉄崴仩t系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)

燃?xì)鉄崴仩t系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康蘑偻ㄟ^對(duì)燃?xì)鉄崴仩t機(jī)組及其系統(tǒng)變工況調(diào)節(jié)和實(shí)測(cè)，鍛煉對(duì)鍋爐系統(tǒng)操作、調(diào)節(jié)、測(cè)試的動(dòng)手實(shí)踐能力，掌握鍋爐機(jī)組、熱源系統(tǒng)性能測(cè)試的方法。②）通過燃?xì)鉄崴仩t機(jī)組不同供水溫度、水流量的工況測(cè)試和數(shù)據(jù)分析，建立理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系，深入了解冷燃?xì)鉄崴仩t機(jī)組及其系統(tǒng)運(yùn)行性能的因素及其影響機(jī)理。③通過實(shí)體實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)原理鍋爐供熱量是評(píng)價(jià)鍋爐系統(tǒng)是否滿足用戶使用需求的重要指標(biāo)，一般對(duì)一段時(shí)間的累積供熱量進(jìn)行測(cè)試。熱水鍋爐累計(jì)供熱量 Qr=c0t式中Qr——鍋爐累計(jì)供熱量，kJV——熱水平均小時(shí)流量，m3/s；tr1——熱水小時(shí)平均供水溫度，℃tr2——熱水小時(shí)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(cè)量反映鍋爐系統(tǒng)的能耗。在進(jìn)行鍋爐供熱量測(cè)試的同時(shí)，進(jìn)行鍋爐能耗測(cè)試。燃?xì)夂臍饬繎?yīng)連續(xù)累計(jì)計(jì)量。 Qi=G?Qcy （2）式中Qi——鍋爐累積能耗，kJ；Qcy——測(cè)試時(shí)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(jì)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(jì)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(duì)流換熱系數(shù)、管內(nèi)流體對(duì)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(duì)流換熱系數(shù)的重要因素。當(dāng)冷凍水溫度、流量變化時(shí)，將影響冷水機(jī)組蒸發(fā)器換熱量；當(dāng)冷卻水溫度、流量變化時(shí)，將影響冷水機(jī)組冷凝器換熱量；當(dāng)熱水溫度、流量變化時(shí)，將影響鍋爐省煤器換熱量。采暖鍋爐測(cè)試時(shí)間內(nèi)平均運(yùn)行效率，按下式計(jì)算： η1=（6）式中η1——Qr——測(cè)試時(shí)間內(nèi)采暖鍋爐的供入熱量，kJQi——測(cè)試時(shí)間內(nèi)采暖鍋爐的輸入熱量，kJ熱源系統(tǒng)測(cè)試時(shí)間內(nèi)平均能效比，按下式計(jì)算： η2=QrQ式中η1——Qr——測(cè)試時(shí)間內(nèi)采暖鍋爐的供入熱量，kJQi——測(cè)試時(shí)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(jìn)行水溫控制。板式換熱器兩側(cè)換熱量，是評(píng)估板式換熱器是否達(dá)到設(shè)計(jì)換熱量的指標(biāo)，其計(jì)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(jìn)、出口溫度，th1，th2——熱流體進(jìn)、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(shí)際系統(tǒng)波動(dòng)性、熱損失及測(cè)試誤差等因素，二者往往存在偏差，工程上以二者的相對(duì)誤差作為測(cè)試準(zhǔn)確性的判斷，熱平衡相對(duì)誤差不應(yīng)超過5%。 Δφ=?h-?式中Δφ——板式換熱器熱平衡相對(duì)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(cè)評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)工況下額定傳熱系數(shù)，在實(shí)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(shí)際換熱系數(shù)往往與產(chǎn)品額定傳熱系數(shù)不同，通過測(cè)試實(shí)際運(yùn)行工況傳熱系數(shù)，可判斷換熱器實(shí)際運(yùn)行換熱能力是否理想。 Kcxp=?h+ ?tm=?t式中Kcxp——測(cè)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(duì)數(shù)平均溫差，℃?t1——冷熱流體進(jìn)出口最大溫差，℃?t2——冷熱流體進(jìn)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(cè)試可作為判斷板式換熱器是否需要除垢清洗。通過測(cè)試流體進(jìn)、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(jìn)、出口壓力，Ph1，Ph2——熱流體側(cè)進(jìn)、出口壓力，3.實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及裝置實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)主要對(duì)熱源系統(tǒng)及其設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。熱源主機(jī)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(jìn)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(jìn)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(jìn)出口處設(shè)置有壓力表和溫度計(jì)，可實(shí)時(shí)測(cè)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(jìn)行溫度設(shè)定，通過閥門溫度傳感器監(jiān)測(cè)板式二次側(cè)熱水出水溫度自動(dòng)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(jìn)出口側(cè)均設(shè)置有溫度計(jì)和壓力表，可實(shí)時(shí)測(cè)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(cè)耗電量。燃?xì)夤苈吩O(shè)置有氣表監(jiān)測(cè)天然氣消耗累計(jì)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(jì)量功能的流量計(jì)，可記錄水流量累計(jì)值。燃?xì)鉄崴仩t系統(tǒng)性能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理圖如下：圖1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理圖4.實(shí)驗(yàn)步驟及方法本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。水系統(tǒng)測(cè)試方法詳見第5章測(cè)試內(nèi)容。1）實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生提前學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)指示書，了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)操作方法，復(fù)習(xí)本實(shí)驗(yàn)所涉及的專業(yè)理論知識(shí)，并應(yīng)提前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)教材設(shè)備及系統(tǒng)性能測(cè)試的相關(guān)內(nèi)容，掌握實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法和原理。2）啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（1）檢查系統(tǒng)設(shè)備通電狀態(tài)是否正常，手動(dòng)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(dòng)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(yùn)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(jī)盤管、新風(fēng)機(jī)、空氣處理機(jī)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(shí)供水溫度宜25~35℃，墻面敷設(shè)時(shí)宜25~35℃，地面敷設(shè)時(shí)宜30~40℃。實(shí)驗(yàn)以鍋爐熱水供水溫度95℃，一次側(cè)熱水泵滿頻率運(yùn)行，二次側(cè)熱水供溫度設(shè)定為60℃為第一個(gè)實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(cè)試應(yīng)在采暖系統(tǒng)正常運(yùn)行120h后進(jìn)行，檢測(cè)持續(xù)時(shí)間不應(yīng)少于24h。本實(shí)驗(yàn)可結(jié)合系統(tǒng)實(shí)際情況酌情考慮，但應(yīng)在系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)試，以提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性，鍋爐累積供熱量按1h累積供熱量進(jìn)行測(cè)試。水溫、水流量達(dá)到設(shè)定工況，且無大幅波動(dòng)，水流量波動(dòng)不超±0.2%，熱水溫度波動(dòng)不超±0.7℃，認(rèn)為系統(tǒng)穩(wěn)定。測(cè)量開始后不允許對(duì)機(jī)組和系統(tǒng)做任何調(diào)節(jié)。4）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試①在開始實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)束時(shí)，再次記錄其電功率表結(jié)束時(shí)刻讀數(shù)。②在開始實(shí)驗(yàn)時(shí)，記錄鍋爐燃?xì)庀到y(tǒng)燃?xì)庥?jì)量表初始讀數(shù)，待實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)束時(shí)，再次記錄燃?xì)庥?jì)量表結(jié)束時(shí)刻讀數(shù)。③在開始實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過一次側(cè)熱水和二次側(cè)熱水回水干管流量計(jì)讀取流量計(jì)初始讀數(shù)，待實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)束時(shí)，再次記錄流量計(jì)結(jié)束時(shí)刻讀數(shù)。④同時(shí)，通過鍋爐機(jī)組出口、進(jìn)口處溫度計(jì)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(jì)讀取換熱器兩側(cè)冷熱流量進(jìn)出口溫度，每隔10min讀1次數(shù)，連續(xù)測(cè)量60min，取每次讀數(shù)的平均值作為測(cè)試的測(cè)定值。⑤在系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，記錄板式換熱器兩側(cè)進(jìn)出口壓力表讀數(shù)。⑥系統(tǒng)電功率測(cè)試、水流量和水溫測(cè)試應(yīng)在相同的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行，以保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。5）熱平衡校驗(yàn)實(shí)驗(yàn)通過板式換熱器兩側(cè)熱平衡校驗(yàn)實(shí)驗(yàn)測(cè)試的準(zhǔn)確性。熱平衡相對(duì)誤差不超過5%，則可進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)，如熱平衡率Δ超過5%，則需檢查測(cè)試儀器是否存在問題，測(cè)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)。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(jìn)行設(shè)置，本實(shí)驗(yàn)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(jìn)行調(diào)節(jié)。在進(jìn)行水泵變流量調(diào)節(jié)時(shí)，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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)。7）關(guān)閉系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)測(cè)試時(shí)間。5.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表1鍋爐機(jī)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(shí)驗(yàn)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(jìn)水th1/板式換熱器一次側(cè)出水th2/板式換熱器二次側(cè)進(jìn)水tc1/板式換熱器二次側(cè)出水tc2/板式換熱器一次側(cè)進(jìn)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(jìn)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(jì)初始值/m3一次側(cè)循環(huán)水流量計(jì)結(jié)束值/m3二次側(cè)循環(huán)水流量計(jì)初始值/m3二次側(cè)循環(huán)水流量計(jì)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(cè)試時(shí)間h其他工況實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表同表3。6.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析1）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理表4標(biāo)準(zhǔn)工況實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算表參數(shù)123456平均值鍋爐供熱量Qr/鍋爐能耗Qi