1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodami badań cieplnych kotłów, wykonanie pomiarów oraz przeprowadzenie obliczeń bilansowych.

2. Przebieg ćwiczenia.

Uruchomienia kotła dokonuje dyżurny laborant. Pomiary mogą być rozpoczęte po osiągnięciu przez stanowisko równowagi cieplnej, co charakteryzuje się ustaleniem się temperatur wody na wejściu i wyjściu z kotła, na wejściu i wyjściu z wymiennika ciepła oraz temperatury spalin.

W okresie pomiarowym określamy:

• sekundowe zużycie gazu

• sekundowe zużycie wody zasilającej kocioł

• strumień wody zasilającej wymiennik ciepła

• strumień wody ogrzewanej w wymienniku ciepła

W stałych odstępach czasu mierzymy temperatury, ºC:

• temperaturę wody na wejściu i wyjściu z kotła

• różnicę temperatur wody na wyjściu i wejściu kotła

• temperaturę wody gorącej

• temperaturę wody zimnej na wejściu i wyjściu wymiennika

• temperaturę spali

• temperaturę otoczenia

3. Zestawienie aparatury pomiarowej

Kocioł Eurotemp I ET - 15.2 w wersji ST:

Znamionowa moc cieplna 13-15 kW

Pojemność wodna ok.. 6 dm³

Masa 131 kg

Opory przepływu 0,27 kPa

Sprawność 0.88

4. Schemat stanowiska pomiarowego.

Tabela pomiarowa - nr 1 (zużycie gazu i wody)

	Stan licznika gazu G[m^3]	Stan licznika wody na wejściu do kotła D[m^3]	Stan licznika wody - wymiennik ciepła
						woda grzewacza Dg [m^3]	woda ogrzewana Dp [m^3]
			początek pomiaru	15,6100	112,1197			79,4071	36,7775
po 5 minutach	15,6158	112,32718	79,4524	36,7925
koniec pomiaru	15,6216	112,3332	79,5978	36,8066

Tabela pomiarowa - nr 2 (wskazania parametrów gazu i wody)

l.p.	Temperatura i nadciśnienie gazu		Temperatury wody na wejściu i wyjściu z kotła		Temperatury wody na wejściu i wyjściu wymiennika ciepła				Temperatura spalin
										Woda gorąca		woda ogrzewana
		tg [ºC]	pg [mmH2O]	t1 [ºC]	t2 [ºC]	t3 [ºC]	t4 [ºC]	t5 [şC]	t6 [şC]	ts [şC]
0	20,0	313,0	60,0	79,0	78,0	51,0	12,0	77,5	174,0
2	20,0	310,0	61,0	80,0	78,2	52,0	12,0	78,0	177,0
4	20,0	312,0	62,0	80,0	79,0	52,0	12,0	79,0	179,0
6	20,0	313,0	62,0	80,0	79,5	52,0	12,0	79,2	180,0
8	20,0	311,0	63,0	80,0	80,0	53,0	12,1	79,8	181,0
10	20,0	313,0	63,0	81,0	80,2	53,0	12,1	80,0	182,0
Śr	20,0	312,0	61,8	80,0	79,2	52,2	12,0	78,9	178,8

Tabela pomiarowa - nr 3 (wskazania parametrów z "przeliczników")

,l.p	Paraetry pracy kotła MI					Paraetry wody gorącej dla wymiennika - MII					Parametry wody ogrzewanej w wymienniku - MII
		tk1	tk2	∆tk	Vk	Qk	t3g	t4g	∆tg	Vg	Qg	t5p	t6p	∆tp	Vp	Qp
		[ºC]	[ºC]	[ºC]	[l/h]	[kW]	[ºC]	[ºC]	[ºC]	[l/h]	[kW]	[ºC]	[ºC]	[ºC]	[l/h]	[kW]
0	78,78	61,4	17,41	750	15,1	77,98	56,71	21,65	545	13,8	77,13	11,9	65,23	181	13,6
2	79,56	62,1	17,46	750	15,2	78,7	57,01	21,75	545	13,9	77,13	11,9	65,23	181	13,6
4	80,07	62,51	17,58	720	14,7	79,37	57,52	21,85	545	14	78,26	12,02	66,24	180	13,8
6	80,55	62,96	17,59	720	14,7	79,92	57,9	22,02	545	14	78,26	12,02	66,24	180	13,8
8	80,83	63,2	17,63	720	14,7	80,23	58,21	22,02	545	14	79,08	12,07	67,01	181	14
10	81,05	63,49	17,69	750	15,4	80,41	58,42	22,16	545	14,1	79,08	12,12	67,51	181	14,1
Śr	80,14	62,6	17,56	735	14,97	79,44	57,63	21,91	545	13,97	78,16	12,01	66,24	180,7	13,82

5. Obliczenia

Obliczam strumień ciepła doprowadzonego do kotła.

Gdzie:
- strumień masy spalanego paliwa,
- wartość opałowa paliwa w stanie roboczym.

Przeliczam metry rzeczywiste na normalne: p_N=312 mmH₂O=312*9,81=3060 [Pa]

p_rz= p_b+p_N =105000 + 3060=108060 [Pa]

[m³] ρ=2,019[kg/m³]

G = (0,11[m³]*2,019[kg/m³]):600[s] = 39,03*10^-5[kg/s]

Odczytałem z tablic:
=
:2,019[kg/m³]=46347,2[kJ/kg]

Więc:

Obliczam strumień ciepła przekazanego czynnikowi roboczemu.

Gdzie:
- średnie ciepło właściwe wody
, D - strumień masy wody przepływającej przez kocioł [kg/s], t₁, t₂ - odpowiednio temperatury wody na wejściu
i wyjściu z kotła [^oC].

=

D = 735

= ∆t_k=18,2[^oC]

Obliczam cieplną sprawność:

Obliczam stratę wylotową:

Gdzie: G - strumień masy spalanego paliwa, c = 0,818 masowy udział węgla w paliwie,
h = 0,182 masowy udział wodoru w paliwie; [CO₂], [O₂], [CO] - odpowiednio objętościowy udział dwutlenku węgla, tlenu i tlenku węgla w spalinach suchych wg analizy aparatem Orsata, ρ - gęstości ;

Mam dane: [CO₂] = 8,2% i [O₂] = 8,5%

Z wykresu Ostwalda odczytaliśmu

[CO_2max] = 13,76%

[CO] = 0.55%

[N₂]=100-[CO₂]-[CO]-[O₂]

[N₂]=100-8,2-0,55-8,5=82,75[%]

Obliczam poszczególne gęstości:

- średnie ciepło właściwe obliczamy z wzoru:

t_s = 178 ⁰C = 451 K - temperatura spalin (średnia temperatur)

t₀ = 23 ⁰C = 296 K - temperatura otoczenia

- wartość ciepła właściwego odczytujemy z zależności ciepła właściwego składników spalin od temperatury (zakres wykresu 0 ⁰C < t < 300 ⁰C)

- średnie ciepło właściwe dla dwutlenku węgla

- średnie ciepło właściwe dla tlenku węgla

- średnie ciepło właściwe dla tlenu

- średnie ciepło właściwe dla azotu

- średnie ciepło właściwe dla wody

Obliczamy strumień masy spalonego paliwa:

V = 0,116 m³ - objętość spalonego paliwa

T = 10 min = 600 s - czas trwania pomiaru

Obliczenie straty wylotowej:

Stratę kominową można określić jako:

Obliczam stratę niezupełną spalania:

, gdzie:
=10132kJ/kg

[kJ/s]

Strata niezupełnego spalania w procentach energii doprowadzonej do kotła wyraża się zależnością:

Reszta strat:

Zestawienie:

	QG	QD	Qk	QCO	QR
[kJ/s]=[kW]	18,09	15,55	1,1	0,23	1,61
[%]	100	86	6	1,2	8,8

η = 0,86

---