Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях для студентов специальностей 100700 и 100800 Элек

Работа добавлена на сайт samzan.net:

Министерство образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

Саратовский государственный технический университет

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ТЕПЛОУТИЛИЗАТОРОВ

Методические указания

к лабораторным работам по курсу

«Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях»

для студентов специальностей 100700 и 100800

Электронное издание локального распространения

Одобрено редакционно-издательским советом Саратовского государственного технического университета

Саратов 2006

Все права на размножение и распространение в любой форме остаются за разработчиком.

Нелегальное копирование и использование данного продукта запрещено.

Составитель: Тонкошкур Алексей Григорьевич

Под редакцией А.Г. Тонкошкура

Рецензент В.Г. Прелатов

410054, Саратов, ул. Политехническая, 77

Научно-техническая библиотека СГТУ

тел. 52-63-81, 52-56-01

http://lib.sstu.ru

Регистрационный номер  060008э

 Саратовский государственный

технический университет, 2006

СОДЕРЖАНИЕ

Введение …………………… ………………………….4

Требования безопасности труда при выполнении

лабораторных работ……………………………………………………………4

Изучение работы рекуператора………………………………………………..6

Изучение работы водогрейного котла-утилизатора………...………………14

Изучение работы регенератора………………………………..……………..19

Литература…………………………………………………….………………24

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания предназначены для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях» для студентов специальностей 100700 «Промышленная теплоэнергетика» дневного обучения (3 курс, 6 семестр) и заочного обучения (4 курс 8 семестр) и 100800 «Энергетика теплотехнологий» (3 курс, 6 семестр).

Целью работ является ознакомление с конструкциями теплоутилизаторов, методикой составления теплового баланса, основами теплового расчета наиболее распространенных видов теплоутилизаторов, методами проведения экспериментов и овладение навыками экспериментальных исследований.

К теплоутилизаторам относится широкий набор теплотехнического оборудования как стандартного, так и индивидуального исполнения рекуперативного и регенеративного действия. Чаще всего в качестве теплоутилизаторов применяются рекуператоры, регенераторы и котлы - утилизаторы.

В данных методических указаниях приведены описания следующих лабораторных работ: «Изучение работы рекуператора», «Изучение работы регенератора» и «Изучение работы водогрейного котла-утилизатора».

ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА

ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1.  Общие требования безопасности

1.  Лабораторные работы выполняются на индивидуальных стендах, размещенных в лаборатории газопечной теплотехники (пристройка к корпусу котельной СГТУ).
2.  Опасными факторами в лаборатории являются: электропитание установок напряжением 380 и 220 В; подача природного газа низкого давления к стендам из сети; наличие нагретых поверхностей отдельных деталей установок; химический газоанализатор, заполненный растворами кислот и щелочей.
3.  Не приступайте к работе без инструктажа по технике безопасности. Инструктаж по технике безопасности проводит преподаватель с регистрацией инструктажа в контрольном листке установленной формы.
4.  Не работайте на неисправном оборудовании или с неисправными приборами и инструментами.
5.  Выполняйте только порученную Вам работу, соблюдайте правила внутреннего распорядка в лаборатории, не позволяйте себе посторонних дел и разговоров.
6.  При обнаружении неисправностей установок немедленно сообщить об этом преподавателю и действовать по его указаниям.
7.  При получении травмы немедленно обратитесь в здравпункт СГТУ и сообщите администрации кафедры.
8.  Окажите посильную помощь товарищу, пострадавшему на рабочем месте.
9.  За невыполнение данной инструкции виновные привлекаются к ответственности согласно правилам распорядка СГТУ.

2. Требования безопасности перед началом работ

1.  Изучите и полностью уясните методику проведения лабораторной работы.
2.  Проверьте путем осмотра наличие и надежность ограждения на воздуходувке, состояние заземления электрооборудования и стендов.
3.  Проверьте целостность и герметичность химического газоанализатора ГХП-ЗМ.

3. Требования безопасности во время работ

1.  Включить вытяжную вентиляцию.
2.  При зажигании горелок соблюдать правила безопасности. Если при зажигании, регулировании или работы установок происходит отрыв, проскок или затухание пламени, нужно немедленно закрыть кран на газопроводе, провентилировать рабочее пространство камер сгорания и вновь повторить процесс зажигания.
3.  При работе с газоанализатором ГХП-ЗМ необходимо соблюдать осторожность. При попадании на поверхность тела или слизистые оболочки растворов кислоты немедленно промыть 5% раствором соды, при попадании щелочи - 2% раствором борной кислоты.
4.  При работе с котлом-утилизатором запрещается розжиг горелки без устойчивого движения воды через трубную часть котла.
5.  Работы проводятся только под контролем преподавателя или лаборанта.
6.  Запрещается оставлять без присмотра работающую установку.

4. Требования безопасности в аварийных ситуациях

4.1. При возникновении искрения, горения в непредусмотренных местах установки следует отключить электропитание, закрыть кран на газопроводе, доложить преподавателю о неисправности.

4.2. При поражении электрическим током освободите пострадавшего от действия электрического тока, при отсутствии дыхания и пульса - производите искусственное дыхание способом «рот в рот» и массаж сердца, вызовите скорую помощь и доложите администрации кафедры.

5. Требования безопасности по окончании работ

5.1. После выполнения всех пунктов опыта доложите преподавателю.

5.2. По завершении работ отключите подачу природного газа, выключите воздуходувки, отключите электропитание, приведите рабочее место в образцовое состояние и сдайте его преподавателю.

5.3. Доложить преподавателю обо всех недостатках, замеченных при проведении работ.

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ РЕКУПЕРАТОРА

Цель работы: ознакомиться с конструкцией лабораторного металлического рекуператора, методикой составления теплового баланса, составить тепловой баланс и определить тепловую мощности рекуператора.

Основные понятия

Нагревательные и термические печи являются одним из распространенных потребителей топлива в промышленности, причем их работа характеризуется низким коэффициентом полезного теплоиспользования, величина которого в производственных условиях не превышает 20...30%. Низкое значение коэффициента использования теплоты (КИТ) обусловлено, в основном, большими потерями теплоты с отходящими газами (продуктами сгорания).

Одним из методов повышения КИТ печей и экономии топлива является возврат в печь части теплоты отходящих газов путем подогрева воздуха, используемого на горение топлива. Подогрев воздуха продуктами сгорания осуществляется через разделяющую стенку в теплообменниках - рекуператорах.

В промышленности применяют керамические и металлические рекуператоры, причем последние получили наибольшее распространение.

Для рекуператоров составляется уравнение теплового баланса в следующем виде:

,                       (1)

где ,  - расход отходящих газов (дымовых газов) и нагреваемого воздуха, проходящих через рекуператор, м3/с;

,  - объемные средние удельные теплоемкости отходящих газов и воздуха, кДж/(м3·град);

,  - температура отходящих газов на входе и выходе рекуператора, 0С;

,  - температура воздуха на входе и выходе рекуператора, 0С;

-  коэффициент теплоиспользования рекуператора;

- тепловая мощность рекуператора по уравнению теплового баланса, кВт.

Эффективность работы рекуператора можно оценить коэффициентом рекуперации теплоты , то есть отношением энтальпии подогретого воздуха к энтальпии отходящих из печи газов

,                                            (2)

Тепловую мощность рекуператора можно определить из уравнения теплообмена [1,3]

,                                              (3)

где    - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·град);

- площадь поверхности нагрева рекуператора, м2;

 - средний температурный напор между отходящими газами и воздухом.

Для металлического рекуператора  определяется по следующей формуле [1]:

,                                              (4)

где ,  - коэффициенты теплоотдачи от дыма к стенке трубы рекуператора и от стенки к воздуху, Вт/(м2·град).

Теплоотдача от дымовых газов к стенке происходит как конвективным путем, так и путем излучения, однако в области относительно невысоких температур (менее 7000С) доля излучения снижается, и учитывать можно только конвекцию.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией для случая движения дымового газа внутри труб определяют по следующим формулам [1,3]:

•   турбулентный режим (Re > 10000)

,                                  (5)

•   переходный режим (2300 < Re <10000)

,                                         (6)

•   ламинарный режим (Re< 2300)

,                                      (7)

где   - коэффициент теплопроводности газа, Вт/(м·град);

- эквивалентный диаметр, м;

Re, Pr - критерии Рейнольдса и Прандтля;

- коэффициент кинематической вязкости газов, м2/с;

- действительная скорость газа, м/с;

, ,- поправочные коэффициенты.

Коэффициент теплоотдачи от коридорного пучка гладких труб к воздуху определяется по следующей формуле [1]:

,                                (8)

где - поправка на число рядов, остальные обозначения соответствуют вышеприведенным.

Средний температурный напор определяют как среднюю логарифмическую разность температур при противотоке [1,3]

.                                   (9)

Площадь поверхности нагрева рекуператора определяется, исходя из его конструкции.

Методика эксперимента. Описание лабораторной установки

Лабораторная установка, схема которой представлена на рис.1, состоит из камеры сгорания 1, металлического рекуператора 2, воздуходувки 3, ротационного счетчика РГ-40 4, барабанного счетчика ГСБ-400 5, газоанализатора ГХП-ЗМ 6, потенциометра КСП-4 7 с термопарами ТХА, шибера 8 для регулирования расхода воздуха, крана на газопроводе 9, горелочного устройства 10, крана у горелочного устройства 11. Камера сгорания с верхним выводом продуктов горения выложена из огнеупорного кирпича, для осуществления процесса зажигания снабжена заслонкой. Непосредственно к камере сгорания примыкает дутьевое горелочное устройство 11. Дымовые газы выходят из камеры сгорания и проходят через трубную часть рекуператора (внутри труб). Поверхность нагрева рекуператора выполнена из 25 труб 252,5 мм, длиной 1 м.

Нагреваемый воздух проходит противотоком по межтрубному пространству рекуператора. Снаружи рекуператор покрыт слоем теплоизоляции. Подача воздуха производится воздуходувкой, измерение расхода воздуха осуществляется счетчиком РГ-40. Часть воздуха после рекуператора подается в горелочное устройство, расход воздуха на горение регулируется шибером 8.

Рис. 1. Схема рекуператора: 1-камера сгорания, 2-рекуператор, 3-воздуходувка, 4-счетчик воздуха, 5-счетчик газа, 6-газоанализатор, 7-потенциометр, 8-шибер, 9-кран на газопроводе, 10-газовая горелка, 11-кран у горелки

В качестве топлива в горелочное устройство подается природный газ низкого давления из сетевого газопровода. Измерение расхода подаваемого газа осуществляется газовым счетчиком ГСБ-400, регулирование краном 11.

Измерение температуры дымовых газов и воздуха на входе в рекуператор и на выходе из него производится с помощью термопар ТХА и потенциометра КСП-4. Прибор КСП-4 автоматически фиксирует и записывает значения температур на диаграммной бумаге.

Состав дымовых газов для последующего определения коэффициента избытка воздуха  измеряется газоанализатором ГХП-ЗМ.

Экспериментальное изучение работы рекуператора

Изучение работы рекуператора основано на определении объемных расходов воздуха, дымового газа (продуктов сгорания) и измерения температур этих потоков. Измерения проводятся в стационарном режиме, то есть когда значения температур потоков не изменяются с течением времени.

Измерения проводятся с определенной точностью. Источником систематической погрешности является погрешность средств измерения.

Температура потоков воздуха и дымовых газов измеряется термопарами ТХА с потенциометром КСП-4 с диапазоном измерения 0…1100°С и классом точности 0,5.

Расход воздуха  определяется по разности показаний счетчика РГ-40 за определенный период времени , диапазон измерения счетчика составляет 4...40 м3/ч, погрешность измерения +3%.

Расход природного газа (топлива) В определяется по разности показаний счетчика ГСБ-400, диапазон измерения которого 0,02...0,6 м3/ч, класс точности - 1,0.

Состав продуктов сгорания (О2, СО2, N2) определяется с помощью газоанализатора ГХП-ЗМ, диапазон измерения которого 0...100% объемных, абсолютная точность составляет 0,2% объемных.

Расход продуктов сгорания (дымового газа) определяется косвенным путем следующим образом.

Расчетным путем на основе заданного состава природного газа определяются количества воздуха, необходимого для горения  и дымового газа  по формулам (10-14) [4].

,                       (10)

,                                        (11)

,                                                                 (12)

,         (13)

,                                               (14)

где - коэффициент расхода воздуха, определяемый по составу продуктов сгорания топлива

,                                               (15)

, , ,  - содержание компонентов в природном газе, % объемные.

Расход дымовых газов определяется с учетом расхода топлива

,                                                       (16)

Порядок выполнения работы

1.  Проверить готовность установки к работе: присоединение шлангов, КСП-4 и воздуходувки к электрической сети, включение вытяжного вентилятора.
2.  Включить КСП-4, включить перемещение диаграммной ленты.
3.  Открыть кран 9 на газопроводе, зажечь запальное устройство, открыть кран 11 и произвести зажигание природного газа в камере сгорания.
4.  При полностью открытом шибере включить воздуходувку.
5.  Плавно закрывая шибер 8, установить необходимый расход воздуха на горение. Контроль пламени осуществляется визуально через открытую заслонку.
6.  Произвести разогрев установки до достижения стационарного режима, для чего измерять температуру потока воздуха (, ) и дымового газа (, ) через I...2 мин. Показания записывать в протокол 1.

7. При достижении стационарного режима начать отсчет времени, одновременно записать начальные показания счетчиков 4 и 5 в протокол 1.

8. В течение определенного периода времени  (15...20 мин) записывать значения температур потоков t1, t2, t3, t4 произвести анализ дымовых газов газоанализатором 6, результаты анализа записать в протокол 1.

9. Через 15...20 мин окончить отсчет времени, одновременно записать конечные показания счетчиков в протокол 1, записать значение периода времени .

10. Доложить результаты эксперимента преподавателю, при правильном проведении опыта выключить установку в следующем порядке: прекращается подача природного газа краном 11, несколько минут вентилируется камера сгорания, после чего выключается воздуходувка 3, закрывается кран 9.

Обработка результатов опыта

Для составления теплового баланса рекуператора необходимо определить расходы воздуха и дымового газа. Секундный расход воздуха VВ определяется как отношение разности конечного и начального показаний счетчика 4 к периоду времени . Рассчитывается коэффициент расхода воздуха , и затем по формулам (10-14) производится расчет горения топлива с определением . Рассчитывается расход природного газа В как отношение разности конечного и начального показаний счетчика 5 к периоду времени . По формуле (16) определяется расход дымового газа VД.

Находятся средние температуры потоков (, , , ) за стационарный период времени по формуле

,                                                  (17)

где n - число измерений за период времени.

По средним температурам потоков по справочной литературе [4,5] определяются средние объемные удельные теплоемкости воздуха и дымовых газов и составляется уравнение теплового баланса (1) и из него определяется тепловая мощность и коэффициент теплоиспользования рекуператора. Затем вычисляется значение коэффициента рекуперации по формуле (2).

Для сопоставления определяется тепловая мощность рекуператора  по уравнению теплообмена (3).

На основании конструктивных характеристик определяются живые сечения для прохода воздуха и дымовых газов (соответственно  и ).

Находятся средние скорости потоков wВ и wД

,                                          (18)

,                                        (19)

где ,  - средние, за стационарный период времени, температуры воздуха и дыма на входе и выходе рекуператора.

По средним температурам потоков определяются теплофизические характеристики , , Pr для воздуха и дымовых газов по литературе [1,5].

Для расчета коэффициента теплоотдачи от дыма к стенке рекуператора предварительно определяется значение критерия Рейнольдса

,                                              (20)

где dВН - внутренний диаметр труб рекуператора, м.

Вычисляется значение  по одной из формул (5-7) в зависимости от режима движения и значение  по формуле (8). Далее рассчитывается значение коэффициента теплопередачи по формуле (4).

Вычисляется значение тепловой мощности рекуператора по уравнению теплообмена  и сравнивается со значением .

Результаты вычислений записываются в протокол 2.

Содержание и оформление отчета по работе

Отчет по работе представляется оформленным в тетради по лабораторным работам и должен содержать:

1.  Название лабораторной работы.
2.  Формулировку цели работы.
3.  Краткий конспект теоретических сведений.
4.  Схему установки с указанием основных элементов.
5.  Расчет тепловой мощности, коэффициентов теплоиспользования и рекуперации, протоколы 1,2.

Выводы по работе.

Список использованной литературы. 

Протокол 1

Температура потоков, 0C	Показания счетчиков	Время, с	Состав дымовых газов, % об.
t1	t2	t3	t4	РГ, м3	ГСБ, л		СО2	О2	N2
				нач.	кон.	нач.	кон.

Протокол 2

Расход, м3/с	Коэффициент расхода воздуха,	Расход дымовых газов, VД, м3/с	Мощность рекуператора
воздуха VВ	топлива В			, кВт	, кВт

Вопросы для самопроверки

1.  Написать уравнение теплового баланса рекуператора.
2.  Что называется коэффициентом регенерации?
3.  Как зависит коэффициент регенерации от температуры отходящих из печи газов?
4.  Как определяется тепловая мощность рекуператора?
5.  Дайте характеристику используемых в работе приборов.

6. Какие факторы влияют на точность измерения температуры? Как производится измерение расхода воздуха и дымовых газов?

Время, отведенное на лабораторную работу

Подготовка к работе                    1 акад. час

Выполнение работы                    2 акад. часа

Обработка результатов опыта

и оформление отчета                   1 акад. час

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ВОДОГРЕЙНОГО КОТЛА-УТИЛИЗАТОРА

Цель работы: ознакомиться с конструкцией лабораторного водогрейного котла-утилизатора, методикой составления теплового баланса, составить тепловой баланс и определить тепловую мощность котла-утилизатора.

Основные понятия

Котлы-утилизаторы (КУ) в настоящее время широко применяются во всех отраслях промышленности для выработки пара или горячей воды за счет использования теплоты отходящих от технологических установок газов. Котлы-утилизаторы относятся к чисто утилизационным установкам, без которых основной технологический процесс может протекать без изменений [2].

Выработка тепловой энергии в виде горячей воды или пара в КУ обеспечивает экономию топлива в замещаемой котельной, то есть котельной, от которой осуществлялось теплоснабжение без учета утилизации.

Годовая экономия топлива (т у.т./год) определяется по выражению [2]

,                                           (21)

где  - коэффициент теплоиспользования котельной;

- годовая выработка тепловой энергии котлом-утилизатором, ГДж/год

,                                              (22)

где  - число часов использования установленной мощности котла - утилизатора, ч/год.

Водогрейные котлы-утилизаторы производят горячую воду для нужд промышленной теплофикации предприятий, теплоснабжения и других целей.

Для водогрейных КУ составляется уравнение теплового баланса в следующем виде [2]

,                      (23)

- тепловая мощность КУ, кВт;

VД - расход отходящих дымовых газов, м3/с;

,  - объемная средняя удельная теплоемкость газов соответственно на входе и выходе из КУ, кДж/(м3·град);

,  - температура газов соответственно на входе и выходе из КУ, °С;

- коэффициент, учитывающий потери теплоты в окружающую среду;

D  - количество нагреваемой воды, кг/с;

,   - энтальпия воды на входе и выходе КУ, кДж/кг.

Методика эксперимента. Описание лабораторной установки

Лабораторная установка, схема которой показана на рис. 2, состоит из корпуса-ограждения 1, горелочного устройства 2, трубной части котла-утилизатора 3, крана на водопроводе 4, ротаметра РС-3 5, термометров 6 и 7, мерного сосуда 8, газоанализатора ГХП-3М 9, потенциометра КСП-4 10, крана у горелочного устройства 11, барабанного счетчика ГСБ-400 12, крана на газопроводе 13.

Корпус котла-утилизатора, выполненный из огнеупорного кирпича, одновременно является теплоизолирующим ограждением. В нижней части корпуса расположено инжекционное горелочное устройство 2. Продукты горения за счет естественной тяги перемещаются вверх, при этом омывают трубную часть КУ, нагревая находящуюся внутри трубок воду. Трубная часть (поверхность нагрева) выполнена из 20 трубок диаметром 10 мм и толщиной стенки 1 мм. Подача воды осуществляется из водопровода, измерение количества нагретой воды производится мерным сосудом 8, текущий контроль ротаметром 5. Измерение температуры воды на входе и выходе производится термометрами 6 и 7.

В качестве топлива в инжекционную горелку подается природный газ низкого давления из сетевого газопровода. Измерение количества природного газа производится барабанным счетчиком 12, регулирование краном 11. Измерение температуры продуктов горения осуществляется термопарами ТХА в комплекте с потенциометром КСП-4. Прибор KCI1-4 автоматически фиксирует значение измеряемых температур на диаграммной бумаге. Состав продуктов горения определяется газоанализатором типа ГХП-ЗМ.

Экспериментальное изучение работы котла-утилизатора

Изучение работы КУ основано на определении расходов проходящих потоков продуктов горения и воды и измерении температур этих потоков.

Измерения необходимо производить в стационарном режиме. Температура воды измеряется стеклянными ртутными термометрами с диапазоном измерения на входе воды 0...400С, на выходе - 0…1000С, ценой деления на входе 0,5 , на выходе - 1,0°С.

Рис.2. Схема котла-утилизатора: 1 - корпус-ограждение, 2 - газовая горелка, 3 - трубная часть котла, 4 - кран на водопроводе, 5 - ротаметр 6,7 – термометр, 8 - мерный цилиндр, 9 – газоанализатор, 10 – потенциометр, 11 - кран у горелки, 12 - счетчик газа, 13 - кран на газопроводе

Температура продуктов горения измеряется термопарами ТХА с прибором КСП-4 с диапазоном измерения 0…11000С, класс точности 0,5. Количество природного газа (топлива) В определяется по разности показаний счетчика ГСБ за определенный период времени . Диапазон измерения счетчика 0,02...0,6 м3/ч, класс точности 1,0.

Состав продуктов горения определяется газоанализатором ГХП-ЗМ, диапазон измерения которого 0…100% объемных, абсолютная точность составляет 0,2%. Расход продуктов горения (дымовых газов) VД определяется расчетно-опытным путем аналогично предыдущей работе

где В - расход топлива (природного газа), м3/с;

- удельное количество продуктов горения, определяемое из расчета процесса горения по формулам (10-15).

Количество нагретой воды определяется мерным сосудом с ценой деления 20 мл.

Порядок выполнения работы

1.  Проверить готовность установки к работе: присоединение шлангов, КСП-4 к электрической сети, включить вытяжной вентилятор.
2.  Включить КСП-4, включить перемещение диаграммной ленты.
3.  Открыть кран 4 на водопроводе и по ротаметру 6 установить определенную скорость движения воды (поплавок ротаметра должен находиться в равновесии в средней части измерительной трубки).
4.  Открыть кран 13 на газопроводе, зажечь запальное устройство, открыть кран 11 у горелки и произвести зажигание. Убедиться в устойчивости горения.
5.  Произвести разогрев установки до достижения стационарного режима, для чего измерять температуру потока продуктов горения ,  и воды   через 1…2 мин., показания записывать в протокол 1.
6.  При увеличении температуры воды на выходе более 700С уменьшить расход природного газа краном 11.
7.  При достижении стационарного режима начать отсчет времени, одновременно записать начальное показания счетчика 12 и положение уровня воды в мерном сосуде в протокол 1.

8. В течение определенного периода времени (15...20 мин.) записывать значения температур потоков , , , , произвести анализ продуктов горения газоанализатором, результат анализа записать в протокол 1.

9. Через 15...20 минут окончить отсчет времени, одновременно записать в протокол 1 конечное показание счетчика 12, конечное положение уровня воды в мерном сосуде 8, период времени .

10. Доложить результаты эксперимента преподавателю, при правильном проведении опыта выключить установку в следующем порядке: прекращается подача природного газа краном 11, несколько минут охлаждается трубная часть котла за счет протекания холодной воды, после чего закрывается кран на водопроводе 4.

Обработка результатов опыта

Секундный расход природного газа определяется как отношение разности конечного и начального показаний счетчика 12 к периоду времени .

Секундный расход воды определяется отношением количества нагретой воды за стационарный период (в кг) к времени стационарного периода . Значения В и D записать в протокол 2.

Рассчитывается коэффициент расхода воздуха  по формуле (15) затем количество продуктов горения по формулам (10-14).

Находятся средние температуры потоков воды и продуктов горения по формуле

,                                                (24)

где  - соответствующая температура потока (, , , );

n - число измерений за период времени .

Составляется уравнение теплового баланса, находится тепловая мощность КУ и коэффициент теплоиспользования .

Тепловая мощность КУ определяется по выражению

,                                   (25)

Коэффициент полезного теплоиспользования

,                  (26)

Значения величин , , , , , , D, ,  записываются в протокол 2.

Содержание и оформление отчета по работе

Отчет по лабораторной работе представляется оформленным в тетради по лабораторным работам и должен содержать:

1.  Название лабораторной работы.
2.  Формулировку цели работы.
3.  Краткий конспект теоретических сведений.
4.  Схему установки с указанием основных элементов.
5.  Расчет процесса горения топлива, определение тепловой мощности и коэффициента теплоиспользования КУ.
6.  Протоколы 1 и 2.
7.  Выводы по работе.
8.  Список использованной литературы.

Протокол 1

Температура потоков, 0С	Количество воды в мерном сосуде, мл	Показания счетчика ГСБ, л	Время, с	Состав дымовых газов, % об.
				начал.	конеч.	начал.	конеч.		СО2	О2	N2

Протокол 2

Количество, м3/м3	Расход, м3/с	Коэффициент расхода воздуха,	Тепловая мощность, кВт	Коэффициент теплоиспользования,
					воды кг/с D

Вопросы для самопроверки

1.  Написать уравнение теплового баланса КУ.
2.  Как определяется расход топлива и дымовых газов?
3.  Для чего и как определяется коэффициент расхода воздуха?
4.  Дайте характеристику используемых в работе приборов.
5.  Какие факторы влияют на точность измерения?

Время, отведенное на лабораторную работу

Подготовка к работе                                    1 акад. час

Выполнение работы                                    2 акад. часа

Обработка результатов эксперимента

и оформление отчета                                   1 акад. час

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ РЕГЕНЕРАТОРА

Цель работы: ознакомиться с методами теоретического и экспериментального определения тепловых характеристик регенератора, определить тепловую мощность регенератора, составить уравнение теплового баланса.

Основные понятия

В регенераторе-воздухоподогревателе передача теплоты от дымовых газов (продуктов горения) к воздуху осуществляется посредством неподвижной или перемещающейся насадки. Поверхность насадки попеременно воспринимает и отдает определенное количество теплоты. В течение периода нагрева и охлаждения температура насадки изменяется с течением времени, то есть происходит процесс нестационарного теплообмена. Соответственно изменяются температуры потоков на выходе из регенератора. Достаточно строгое решение задач нестационарного теплообмена затруднено, поэтому в данной лабораторной работе процессы теплообмена рассмотрены с упрощением. В работе изучается процесс теплообмена в режиме только охлаждения насадки воздухом, иначе, в режиме нагрева воздуха за счет нагретой насадки. Режим нагрева насадки не регламентируется.

Количество теплоты, воспринятое воздухом за период (цикл) охлаждения насадки, определяется по формуле

,                                       (27)

где  - расход воздуха, м3/с;

- объемная средняя удельная теплоемкость воздуха, кДж/(м3/гр);

- температура воздуха на входе в регенератор, °С;

- средняя за период нагрела температура воздуха на выходе из регенератора, °С;

- время нагрева воздуха (охлаждения насадки), с.

Количество теплоты, воспринятое воздухом по уравнению теплообмена, определяется по формуле [3,6]

,                              (28)

где  - коэффициент теплоотдачи от насадки к нагреваемому воздуху, Вт/(м2·гр);

, - средние, за период нагрева, температуры поверхности насадки и воздуха, °С;

- площадь поверхности нагрева насадки, м2;

- период нагрева воздуха, с.

При относительно невысоких температурах насадки в период охлаждения (200...400°С) теплообмен осуществляется в основном конвекцией, поэтому рассчитывается конвективный теплообмен.

Для расчета  можно воспользоваться критериальной зависимостью, связывающей критерии Re и Nu. [3]

,                                             (29)

где Nu - критерий Нуссельта, ,

d - определяющий размер, м;

- коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/(м·гр);

Re - критерий Рейнольдса, ;

 - скорость воздуха, отнесенная к полному сечению регенератора, м/с;

- коэффициент кинематической вязкости воздуха, м2/с.

Определяющий размер для плотного слоя насадки вычисляется по формуле

,                                                      (30)

где m - порозность слоя насадки, м3/м3;

S - удельная поверхность насадки, м2/м3.

Методика эксперимента. Описание лабораторной установки

Лабораторная установка, схема которой показана на рис. 3, состоит из воздуходувки 1, регулирующего вентиля 2, ротаметра РС-3 3, цилиндрической камеры регенератора 4 с насадкой из керамических колец 5, термопар 6, расположенных в нижней и верхней частях регенератора, потенциометра KCП-4 7, шибера 8, крана 9, газовой горелки 10.

Рис. 3. Схема регенератора: 1 - воздуходувка, 2 - регулирующий вентиль, 3 – ротаметр, 4 - корпус регенератора, 5 – насадка, 6 – термопара, 7 – потенциометр, 8 – шибер, 9 - кран на газопроводе, 10 - газовая горелка.

Нагрев насадки до необходимой температуры (400...600°С) осуществляется сжиганием природного сетевого газа в инжекционной горелке и направлением продуктов сгорания на поверхность насадки. Нагрев насадки осуществляется при полностью открытом шибере 6.

В режиме охлаждения насадки потоком воздуха, подача воздуха осуществляется воздуходувкой 1, регулирование расхода вентилем для воздуха 2. Расход воздуха определяется с помощью ротаметра 3 и расходного графика, связывающего уровень подъема поплавка ротаметра с расходом воздуха в л/с.

Корпус регенератора выполнен в виде цилиндра диаметром 100 мм, высотой 300 мм. Регенератор заполнен керамическими кольцами Рашига размером 15×15×3 мм, с удельной поверхностью S = 350 м2/м3, порозностью m = 0,68 м3/м3.

Подача воздуха осуществляется после режима нагрева насадки и выключении подачи топлива краном 9, при этом шибер 8 перемещается в положение «закрыто».

Порядок выполнения работы

1.  Проверить готовность установки к работе: присоединение шлангов, КСП-4 и воздуходувки к электрической сети, включение вытяжного вентилятора.
2.  Включить КСП-4, включить перемещение диаграммной ленты.
3.  При полностью открытом шибере 8 зажечь запальное устройство, открыть кран у горелки 9, произвести зажигание и краном 9 произвести регулирование пламени горелки.
4.  Записывать значения температур газового потока и насадки в протокол 1.
5.  При разогреве насадки до средней (между низом и верхом) температуры около 350...400°С закрыть кран 9, прекратить горение.
6.  Закрыть шибер 8, включить воздуходувку 1 и одновременно зафиксировать время. Вентилем 2 с помощью ротаметра 3 установить необходимый расход воздуха.
7.  Производить запись значений температур воздуха и насадки в протокол 1, записать значение температуры наружного воздуха.
8.  При достижении средней температуры насадки 150...200°С считать процесс охлаждения насадки завершенным, выключить воздуходувку, зафиксировать время.
9.  Доложить результаты опыта преподавателю, при правильном проведении выключить установку, приступить к обработке результатов.

Обработка результатов эксперимента

Тепловой баланс и уравнение теплообмена составляется для режима охлаждения насадки (нагрева воздуха). Определяется значение средней температуры воздуха на выходе из регенератора за период нагрева. Рассчитывается количество теплоты, воспринятое воздухом от насадки, по уравнению теплового баланса (формула 27) . Далее определяется количество теплоты, воспринятое воздухом, исходя из уравнения теплообмена в следующей последовательности: определяется средняя температура насадки между средней за период охлаждения температурой в верхней части и средней за период охлаждения в нижней части регенератора ; определяется средняя между входом и выходом за период охлаждения насадки температура воздуха ; по расходу воздуха и известным конструктивным характеристикам регенератора определяется скорость воздуха , значения критериев Re и Nu , затем значение коэффициента теплоотдачи ; определяется площадь поверхности теплообмена насадки па формуле

,                                               (31)

где - объем корпуса регенератора, м3.

Количество теплоты определяется по формуле 20.

Результаты вычислений записать в протокол 2, на основании сопоставления значений величин  и  делаются выводы по работе.

Содержание и оформление отчета по работе

1.  Название лабораторной работы.
2.  Формулировка цели работы.
3.  Краткий конспект теоретических сведений.

4. Схема установки с указанием основных элементов.

5. Расчет теплового баланса и теплообмена для режима охлаждения насадки (нагрева воздуха).

1.  Протоколы 1 и 2.
2.  Выводы по работе.
3.  Список использованной литературы. 

Протокол 1

Температура, 0С	Показания ротаметра (число делений)	Время охлаждения, с
газового потока (дым или воздух)	насадки	Воздух на входе
низ	верх	низ	верх

Протокол 2

Температура средняя 0С	Расход воздуха, м3/с	Площадь поверхности, м2	Коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2·гр)	Количество теплоты, кДж
воздуха	насадки

Вопросы для самопроверки

1.  Чем отличается нагрев воздуха в регенераторе и рекуператоре?
2.  Какие насадки применяются в регенераторах?
3.  Как изменяется температура воздуха и насадки в период охлаждения насадки?
4.  Где будет выше температура в конце периода охлаждения насадки, в центре или на поверхности?

5. Дайте характеристику используемых в работе приборов.

6. Какие факторы влияют на точность измерений?

Время, отведенное на лабораторную работу

Подготовка к работе                                      1 акад. час

Выполнение работы                                       2 акад. часа

Обработка результатов эксперимента и

оформление отчета                                         1 акад. час

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1.  Тебеньков Б.П. Рекуператоры для промышленных печей /Б.П. Тебеньков. М.: Металлургия, 1976. 296 с.
2.  Котлы-утилизаторы и энерготехнологические агрегаты /под ред.

Л. Н. Сидельковского. М.: Энергоатомиздат, 1989. 272 с.

1.  Теория теплообмена /под ред. А.И. Леонтьева. М.: Высшая школа, 1979. 265 с.

Дополнительная

4. Васильев Ю.А. Теплотехнические расчеты промышленных печей: учеб. пособие /Ю.А. Васильев. Саратов: Сарат. политехн. ин-т, I980.

5. Казанцев Е.И. Промышленные печи /Е.И. Казанцев. М.: Металлургия, 1976. 368 с.

6. Исаченко В.Л. Теплопередача /В.Л. Исаченко, В.А. Осипова,        А.С. Сукомел. М.: Энергоиздат, 1981. 270 с.

4

9

5

11

10

1

8

2

3

7

6

6

1. Контрольная работа по курсу
2. Особенности мелкой моторики старших дошкольников с аутизмом и задержкой психического развития
3. Экономическая и военная безопасность России
4. Реферат- Кризис Арала
5. СанктПетербургский государственный лесотехнический университет имени С
6. Про ветеринарну медицину
7. РЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата політичних наук4
8. Ребячья республика в конце смены
9. Западного Кавказа.html
10. тонким страницам пухлой книги
11. Тема- Коммуникации в системе управления организацией По общему признанию коммуникации имеют огромное зн.html
12. Актуальные проблемы права и управления глазами молодежи
13. Мотивация персонала
14. ВР сприяти захисту прав свобод та представляти законні інтереси громадян України іноземних гром
15. Лучший предпринимательский проект учащейся и студенческой молодёжи города Москвы Дата подачи заявки-
16. . Жалпы зат есімді с~зді белгіле~із ~аратау B А~с~йек C Жетісу D ~асым E Бала 2
17. за общения с людьми то я читаю или Библию или Вашу книгу
18. Сбыт и маркетинг в электроэнергетике
19. АСПАП ЖАСАУ ТЕХНОЛОГИЯСЫ
20. обработка Sergeyl

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе