燃气热值的测定

燃气热值的测定

（实验序号：03030035）

一、实验目的

1． 测量燃气的高位热值和低位热值，了解水流式热量计的工作原理。 2． 掌握水流式热量计的正确操作方法，学会分析影响测量精度的因素。 二、基本原理

燃气的热值是指1（Nm 3

）的燃气完全燃烧所放出的全部热量。分为高位热值和低位热值。燃气的高位热值是指每标准立方米（0℃，101.325kPa ）干燃气完全燃烧后，其燃烧产物与周围环境恢复到燃烧前的温度，烟气中的水蒸气凝结成同温度的水后所放出的全部热量。燃气的低位热值则是指在上述条件下，烟气中的水蒸气仍以蒸气状态存在时，所获得的全部热量。水流式热量计是利用水流吸热法来测定燃气的热值的，燃气在一衡定压力下进入本生灯燃烧，释放出热量，在热量计内与连续恒温水流进行充分的热交换使水流温度升高，热平衡方程式可近似写成：

V ·H h =cm t ? (1)

式中：H h —燃气的高发热值（kJ/Nm 3

）

V —单次实验中，在热量计内燃烧的燃气体积（Nm 3

） m —在同一次实验中，流过热量计的水量（kg ） Δt —热量计进、出水的温差（℃）

c —水的定压容积比热[4.1868kJ/（kg ·℃）] 由式（1）可得：

V

t

cm H h ?=

（2） 燃气的高位热值减去烟气中水蒸气凝结时放出的热量q ，就可得出燃气的低位热值，即：

q V

t

cm q H H h -?=

-=1 (3) 因此测得耗气量、水量及其温度差和冷凝水量就可以算出燃气的高、低位热值。（耗气量换算成标准状态下的体积还需测得燃气温度、压力和大气压力）。 三、仪器及测量系统

测量系统由以下几部分组成（见测量系统图）：燃气压力调节器A ，湿式燃气表B ，稳压器C ，热量计D ，水箱E 及数字天平。

（一） 热量计（见图30-1）

热量计是实现方程式（1）的主要机构。燃气通过本生灯在热量计中完全燃烧。进入热量计的水经过水箱恒水位，使水流量稳定不变并把燃气燃烧产生的热量全部吸收。进、出水温度计分别计量进、出热量计的水温，可算出温差t ?。通过转向阀，可把热水注入水桶，称得水重m 。为保证燃气燃烧的热量完全被水吸收，应保持t ?在10～12℃之间。这样可以略去热量计与周围空气的热交换，排烟温度应低于室内空气温度0.5℃。这样可以认为进入热量计的燃气与水的物理热与排出热量计的烟气物理热相抵消。当t ?过高时可调节水量阀，开大水流量，反之关小水流量。当排烟温度过高时可开大蝶阀，反之关小蝶阀。

冷凝水用冷凝水量筒计量。 （二）流量计

一般采用湿式燃气表（见图30-1）作为计量燃气的流量计。燃气自入口进入燃气表后，推动转轮旋转，并带动指针转动计量燃气量。转轮转圈为5升（上海煤气公司生产的湿式煤气表）。

表上有压力与温度计，可计量燃气的压力与温度从而可折算成标准体积（Nm3）。

（三）调压器

调压器的作用是保证进入热量计的燃气压力恒定，使燃气流量不变。

四、实验步骤

（一）、准备工作

1．把热量计固定，调整定位螺丝使其保持垂直。

2．按图接通燃气通路，根据所测燃气的大致热值范围选定合适的喷嘴。

3．点燃本生灯。调节本生灯前燃气压力（一般为20～60mmH2O），热负荷控制在3.3～4.2MJ/h之间。

4．关闭本生灯，关闭气源阀做气密性实验，此时燃气表指针应静止不动或10分钟内移动不超过全周长的1%为合格。

5．接通水路，慢慢打开水源阀，使恒位水槽中水保证溢流。把水流量调节阀调到中间位置，出水槽有水溢入漏斗。

6．点燃本生灯，调节一定空气量，使其出现双层火焰，一般内焰高度为4～5cm，以不发亮光为合适，然后把本生灯装入热量计。

7．细心调节水量调节阀2，使进、出水温度差在10～12℃之间，并使其稳定为止。

8．调节排烟蝶阀，使烟气温度略低于室温。

9．当出水温度变化幅度在0.2℃以内，并有冷凝水稳定流出后，即可进行测定。

（二）测量操作

每次测量用气量为：液化石油气2升，焦炉气10升。测量前应记下室温，大气压力及气压计温度，烟气温度，燃气压力和温度。

1．当燃气表指针指到某一整数时，把量筒放在冷凝水排出短管下边接冷凝水并记下此时燃气表读数。

2．当指针走到另外某一整数时（液化石油气约走2升，焦炉气约走5升），应立即转动转向阀使水流入水桶。并读出进出水温度（读至1%℃），如看不清可通过放大镜帮助读数。

3．以后指针每走0.2升（焦炉气为1升）记一次进、出水温度。

4．在指针走到2升气时（焦炉气为10升），立即将转向阀转至排水方向。用天平秤水桶中水的重量，记下水量和燃气耗量。

5．上述操作重复进行三次，每次测量均应记下水温，水量及燃气压力和温度变化。

6．当燃气表指针走到某一整数时（冷凝水耗气量：液化石油气20升左右，焦炉气60升左右），拿出冷凝水量筒，记下冷凝水量及燃气表读数。

7．测量完毕，取出本生灯，关掉气源阀，最后关水源阀。

在测量过程中应随时注意燃气压力是否波动。

（三）注意事项

1．本生灯在热量计内应连续燃烧，不应灭火。当突然灭火时，应马上关闭燃气阀门。本生灯灭火可以通过反光镜观察出，也可以根据热水温度下降发觉。

2．当本生灯在热量计内灭火后又重新点燃时，要在放本生灯以前先把热量计中的未燃烧燃气排出，否则发生爆鸣。

3．必须保证先向热量计内注水，然后才能放入点燃的本生灯。

4．为了防止燃气被水溶解或吸附在胶皮管上而影响测定精度，可在测定前使燃气与胶管充分接触

（有5～6小时即可）。并让60升以上的燃气通过燃气表后再正式测定。

5．冷水温度最好等于室温，并且不宜变化过大，当冷水温度与室温相差较大时，应该考虑热量计与室内空气的热交换。 五、数据整理及计算

（一）折算标准体积

首先应根据燃气的压力与温度将燃气体积折算成标准体积，其折算系数用如下公式计算 ： 式中：B —室内大气压力（Pa ）

a —气压计温度修正系数 P —燃气压力（Pa ）

?—燃气的相对湿度（%）

，用湿式燃气表时取?=1 P s —燃气中饱和水蒸气分压力（Pa ），可查表求得 T g —燃气温度

f 2—燃气表误差修正系数 （二）冷凝水放热量q 计算 Vgf

W q ?

=2511 kJ/m 3

式中：q —燃烧1[Nm 3

]燃气所得的水气凝结放热量kJ/m 3

W —冷凝水量（g ）

V g —当燃气流过Vg[m 3

]时测得的冷凝水量(g) 2511—每kg 水汽凝结放热量kJ/kg f —折算系数 （一）热值计算 1．高位热值

Vf

t cm H h ?=

（kJ/Nm 3

） 式中：V —测定热值实际耗燃气量（m 3

）

2．低位热值

q H H h -=1（kJ/Nm 3）

（二）测量误差

连续测量三次，用所测得高位热值中最大值减去最小值，除以三次测得的平均值，所得结果不大于1%为合格，否则应重新测量。

测量误差＝

%1min

max ≤-have

h h H H H

（三）测量数据表格见附表30-1

燃气灶具热效率及热负荷测定

（实验序号 03030037）

一、实验目的

通过测定燃气灶具的热效率及热负荷，掌握测定技术，学会分析影响灶具热效率及热负荷的因素。 二、基本原理

（一）热效率

热效率是表示热能的利用率。燃气灶具的热效率是指被加热的物体实际吸收热量与相应量的燃气完全燃烧所放出的热量之比，即

燃气完全燃烧所放出的热量采用燃气的低热值。水作为被加热的物体，用薄壁的铝锅作容器，水量及薄壁铝锅直径均按GL －83标准中规定的选择。

上式可以写成以下形式：

式中：c —水的比热[c=4.1868kJ/（kg ·℃）]

G —被加热水的重量（kg ）

t 1,t 2—分别为被加热水的初温和终温（℃）

'c —铝的比热['c ＝0.9085kJ/（kg ·℃）] 'G —铝锅重量（kg ）

f —折算系数

1V ，2V —分别为燃气表的初、终读数（Nm 3)

H l —燃气的低位热值（kJ/Nm 3）

由于'c 及'G 都很小，因此乘积后对η值影响不大，故在实验中一般可忽略不计，则热效率又可用下式表示：

（二）热负荷

燃气灶具的产热量是燃气灶具的重要特性，这种产热量称为热负荷，即燃气灶具在单位时间内使用的燃气燃烧所放出的热量。 式中：I —灶具的热负荷（kJ/h ） V g —燃气耗量（Nm 3/h ）

H l —燃气的低热值（kJ/Nm 3）

因为在测定中流量是由测得的时间和计量表读值来表示的，所以实测热负荷可表示为：

τ

10003600

)(12??-?=

l H V V f I （kJ/h ）

式中：τ—计量时间（s ）

1V ，2V —分别为燃气表的初、终读数（Nm 3）

三、仪器及测定系统 （一）测量仪器

1.

2. 湿式燃气表1台；

3. 燃气灶1台；

4. 薄壁铝锅1个；

5. 秒表1块；

6. U 型压力表1个。 （二）测量系统

见图32-1 四、实验步骤

1．测量室内温度及大气压力。 表32-1

2．用电子秤秤3kg 水，注入铝锅内。检验用铝锅应采用“工业纯铝制品日用铝锅”标准中的高锅，锅的直径和加热水量见表32-1。

3．点燃燃气灶具，调整灶前压力到额定压力，灶具旋扭开到最大，使其正常燃烧4～5分钟。

4．把装好水、温度计及搅拌器的铝锅放在灶具上，要求锅中心对准燃烧器头部中心。

5．用搅拌器搅拌水，观察温度计5，当水温升至比室温高5℃左右时，在燃气表上找一整数，当燃气表上指针指到该整数时，记下此刻水温及燃气表上初读数V 1并同时启动秒表。

6．记下燃气表上温度读数，当水温净升至45℃时开始用搅拌器往复搅拌。

7．在水温由初温升高到接近50℃时，再在燃气表一找一整数，当燃气表指针指到该整数时，迅速拿开铝锅，停止秒表。继续搅拌，然后读出温度计达到的最高水温值，记下温度、时间及燃气表的终读数。 8．重复上述实验，二次实验水的初、终温就尽量接近。 五、数据整理及计算

实验数据记录于附表32-2

1．计算折算系数（按实验序号03030030）； 2．计算热效率及热负荷； 3．计算实验误差 （1）热效率误差：

05.0≤平均值大值－小值

（2）热负荷误差：1.0≤设计值

实测值－设计值

六、注意事项

1．做实验时不要在灶具周围走动以免产生火焰漂移，影响准确性； 2．记录时，燃气表、秒表及水初温（水终温）应同步进行； 3．在测定始末室温变化不得超过±5℃；

思考题：

1．试分析哪些因素对热效率及热负荷测定影响较大。

2．所测灶具是否符合设计要求，分析偏差原因。