鍋爐熱平衡實驗臺研究與設計

趙雪峰　孫石

摘 要：本文以燃氣鍋爐為模擬鍋爐，并加以改造，加裝燃料量測量裝置、給水流量測量裝置、溫度測量裝置等，研制了一臺能通過正平衡和反平衡確定鍋爐效率的鍋爐熱平衡實驗臺。鍋爐熱平衡實驗臺已經應用熱能與動力工程專業獨立性綜合實驗，該裝置提高專業教學質量，學生容易掌握鍋爐原理、結構以及鍋爐運行、維護、保養等方面知識，實驗效果良好。

關鍵詞：鍋爐熱平衡實驗臺；研究；設計

中圖分類號：TK229 文獻標識碼：A

鍋爐熱平衡實驗是判斷鍋爐設計和運行情況，提高鍋爐經濟性有效的途徑，查明影響鍋爐效率的主要因素，作為改進鍋爐的依據。通過本課程的學習，使學生掌握電廠鍋爐的基本結構、測試原理、鍋爐調節和運行等方面的知識；掌握解決工程實際問題的計算技能和鍋爐熱平衡測試技術；為學生從事火力發電廠有關的運行、檢修、安裝工作奠定基礎。

以燃氣鍋爐為模擬電廠鍋爐，并加以改造，研制了一臺能通過正平衡和反平衡確定鍋爐效率的實驗裝置。鍋爐熱平衡實驗臺建成能夠更好的為熱能動力工程專業提供教學條件，使教師講課對鍋爐及其設備更加方便、靈活、透徹，學生更容易聽得懂，更容易接受。

1 裝置設計方案

1.1 設計原理

（3）散熱損失q5的計算

燃氣鍋爐在額定負荷下運行時，可通過查閱相關圖標得出散熱損失q5的值。目前，一些設計較好的小型燃氣鍋爐，散熱損失q5在額定工況下可以達到1%以下。

1.2 設計方案

（1）實驗臺柜體：實驗臺柜體材料：08AL，表面做防腐處理，配有腳輪，臺體移動方便。規格：1500× 2350×600，實驗臺柜體形狀詳見圖紙。

（2）實驗臺中安裝流量計位置區段應設計規范、合理，以滿足不同型式流量儀表更換、安裝方便。

（3）水路連接的管路采用PPR管材，能承受的壓力為1MPa。氣路連接的管路采用鋼骨架聚乙烯塑料復合管材，具有防爆特點。

（4）管路尤其是氣路必須做水密性試驗，無泄漏情況。

（5）實驗臺應具有當一個測量裝置出現故障時不影響其他參數測量的功能。

（6）渦輪流量計：其特點是精確度較高（±0.5%），測量范圍寬（6∶1～20∶1），重復性好，安裝維修方便，便于遠距離傳送數據，抗干擾能力強，無零點漂移等。

渦輪流量計被測流體溫度：-20℃～ 120℃，相對濕度：5%～95%，供電方式：+24VDC三線制（常標），型式：傳感器采用軸流葉輪式。

（7）渦街流量計：其特點是精確度較高（±1%～±2%），測量范圍寬（10∶1或20∶1），可靠性高，壓損小，安裝維護方便，輸出為脈沖頻率，無零點漂移等。

渦街流量計測量介質：燃氣，螺紋連接，DN25，測量精度：1.5級，被測介質溫度：-20℃～100℃，材質：不銹鋼，電源：DC24V，防爆標志：EXdⅡBTC。

（8）壓力變送器

壓力變送器測量介質：燃氣，測量精度：0.1級，防爆要求：普通型，測量范圍：0.01MPa～1MPa，零點溫度漂移：0.02%FS/℃（>100kPa），滿度溫度漂移：0.02%FS/℃（>100kPa），供電電壓：12～36VDC。

（9）微差壓變送器

微差壓變送器測量介質：煙氣，材質：316不銹鋼，31/2LED數字顯示器，供電電壓：24VDC，精度：調校量程±0.2%，包括線性、變性和重復性綜合誤差。

（10）溫度變送器

溫度變送器分辨率：0.1℃，4位紅色顯示，材質：不銹鋼，輸出恒流信號（4～20Ma），抗干擾能力強，變送器可帶就地LCD顯示，信號轉換器與溫度傳感器可以安裝，也可以分開安裝，方便用戶使用。

（11）燃氣鍋爐

燃氣鍋爐數碼恒溫智能控制，保證出水溫度恒定，進口高精度燃氣比例閥，實現三段火力控制，強鼓密閉燃燒室結構，高純度無氧銅水箱，不銹鋼拉絲銀色表面，流量：16L/min。微電腦智能化控制，對水路、氣路、電路進行全程監控，不同工況時燃氣量與空氣量的合適配比，過量空氣系數的控制，點火方式：全自動連續脈沖放電點火，適用水壓：0.02MPa～0.8MPa，額定熱負荷：36kW，額定電壓：AC220，額定燃氣壓力：2800Pa。

（12）非接觸式紅外線測溫儀紅外線測溫儀

測溫范圍：-22℃～110℃，顯示：0.1℃，精度：±1℃，測溫時間：1秒，測量距離：0.05m～0.5m。

2 鍋爐熱平衡實驗臺結構（圖1）

3 使用效果

鍋爐熱平衡實驗臺已經應用熱能與動力工程專業動力0641～動力0645班的獨立性綜合實驗，使用效果良好。該實驗臺便于掌握鍋爐正平衡和反平衡求效率的基本原理和方法，為學生將來從事此項工作打下良好的基礎。

結語

該實驗臺適用于熱動專業、建環專業本科教學。鍋爐熱平衡實驗臺針對大中專院校鍋爐類課程的專業進行開發，改善教學環境，提高教學質量。本裝置已獲得國家發明專利（ZL201010291141.5），本裝置為培養學生動手能力和工程應用型人才重要意義的需要，可以作為教學儀器推廣，對校外培訓，與其他院校交流，必將帶來良好的社會效益。

參考文獻

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