水暖炉热性能和煤炭节能剂、助燃剂效率检测装置及方法与流程

本发明涉及一种水暖炉热性能和煤炭节能剂、助燃剂效率检测装置及方法。
背景技术：
：为改善民用煤炉耗能高污染大问题，在使用燃煤环节添加固硫剂、助燃剂、节能剂改善燃烧效果、提高能效、节能减排，已经成为科学环保使用燃煤的主要手段。gb/t16155-2018《民用水暖煤炉性能试验方法》规定了民用燃煤采暖炉热性能试验方法，采用温度计、进出水管路、开关阀门、限流阀门与煤炉组成测试系统。gb/t16155-2018规定的热性能试验的煤炉燃烧和试验程序：以型煤、洗选煤等洁净煤为燃料，使煤炉燃烧后进入并保持稳定供热状态，开始试验后通过添加燃煤维持稳定供热状态，通过3h以上连续燃烧，称量测得炉体将常温进水加热至75℃-80℃热水的累积量，计算得出水暖煤炉的额定供热量，达到检测煤炉热性能和热效率的目的。上述试验方法中的稳定供热状态即我们俗称的煤炉旺烧，试验过程具有燃煤持续高温快速燃烧，连续大量供热的特点，煤炉热交换具有进出水温差大(约55℃)、短时换热量高的特点。具有节能特性的燃煤助燃剂、节能剂等产品，其使用说明书均规定，采用助燃剂、节能剂水溶液与燃煤混合成煤泥方式加入煤炉燃烧，方能发挥和体现出节能效果。发明人通过试验和分析研究，确认这种煤泥燃烧方式具有低温闷烧层燃的特点，可以明显降低燃煤燃烧速度、保持必要的燃烧强度和煤炉温度，进而显著延长燃烧时间，通过减缓燃煤燃烧速度、减少烟气热损失和促进燃烧理化反应等途径，增加燃煤燃烧和热交换时间，实现使用同等数量燃煤增加煤炉实际供热量的目标。助燃剂、节能剂的水溶液和煤混合成煤泥加入煤炉，如果按照gb/t16155-2018规定的稳定供热旺烧试验方法，煤泥中的节能剂和水份将快速蒸发，基本发挥不出节能剂作用，自然也测不出节能效果。实际上，加入煤泥后，煤炉燃烧温度必然显著降低，如果进水温度仍然以常温加入，炉温会进一步降低而无法保持煤炉稳定燃烧，甚至因为炉膛温度过低可能导致炉火熄灭。在此情况下，按照煤炉的自然燃烧方式，由于煤泥燃烧缓慢、炉温降低、时间延长，出水温度达到75℃-80℃时间很长，特别是开始放水后煤炉也需要较长时间才能将新进的室温冷水加热到75℃-80℃，仍按3h炉体将常温进水加热至75℃-80℃热水出水的累计加热水量检测，难以完整测得煤炉的实际供热量、甚至无法进行持续燃烧试验。因此gb/t16155-2018规定的水暖煤炉稳定供热状态热性能试验方法，既不适合煤炭节能剂(助燃剂)要求的湿态混合燃烧方式，也不能全面、完整、准确地检测煤炭节能剂(助燃剂)使用后煤炉的热性能数据，无法实现对煤炭节能剂(助燃剂)节能效率科学检测。由于现有检测方法不适用于燃煤与节能剂混合物的供热量检测，无法科学、准确地直接检测得出节能数据，因此急需研究一种较为科学、严谨的检测试验方法解决这一技术难题，为科学佐证相关节能产品的节能效果，提供可靠技术手段。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于水暖煤炉热性能试验和节能剂节能效率检测并且检测结果准确可靠的水暖煤炉热性能试验和煤炭节能剂、助燃剂节能效率检测装置及检测方法。本发明所采用的技术方案是：一种水暖炉热性能和煤炭节能剂、助燃剂效率检测装置，其包括两端分别与水暖煤炉的进水口和出水口相连通的测试管路、沿水流方向依次设置在测试管路上的第一温度计(位于煤炉出水)、循环水泵、热交换器、流量计和第二温度计(位于煤炉进水)。在位于流量计与第二温度计之间的测试管路上连通有补水箱。所述流量计采用涡轮流量计。所述测试管路为两路，分别用于与两台燃煤水暖煤炉连通，在每一路测试管路上均设置有第一温度计、循环水泵、热交换器、流量计和第二温度计。还包括计算机控制系统，所述计算机控制系统包括数据采集模块以及用于处理数据采集模块所收集数据的数据处理模块，所述数据采集模块分别与第一温度计、第二温度计以及流量计相连接实现数据的采集与记录。一种检测方法，其包括如下步骤：步骤一、参数设定，测试管路的流量0.2—5m3/h，数据采集频率：1次/s，采集供热数据开始时间和供热数据结束时间，由试验员按照炉具出水温度反映燃烧状态确定，出水温度设定范围35℃—80℃(依据gb16155)，供热数据采集结束时间为设定燃烧持续时间截至或第一温度计与第二温度计之间的差值≤2℃—3℃或出水温度≤33℃；步骤二、按照节能剂使用说明书规定的使用方法，将煤(包括普通燃煤、型煤、洗净煤)与节能剂(助燃剂)混合后比例混合形成煤泥加入炉膛，所述节能剂水溶液由节能剂与水按照节能剂产品说明书规定的质量比例(如1:80)混合而成；步骤三、当出水温度达到一定温度(如50℃—60℃，依据供暖需要)时，向炉具内加入一定量煤泥进行封火闷烧缓燃试验，当第一温度计与第二温度计之间的差值≤2℃—3℃时实验结束。本发明的积极效果为：本发明在gb/t16155-2018《民用水暖煤炉性能试验方法》的测试系统原理基础上，将原有的进水管常温进水—煤炉加热—热水管高温出水—测量累计的加热水量这一单向进出水模式，改为通过封闭式循环水暖测试系统，由循环水泵提供可调驱动力，让循环水在进水口—采暖炉—出水口—热交换器—进水口构成的封闭式水暖测试系统中不断循环加热—散热过程，能够完整检测燃煤在水暖煤炉中燃烧产生的交换热量。同时本发明可以设置双路同时进行试验，通过计算机控制系统全程在线采集、记录、计算、储存测试系统的进出水温度、循环水瞬时流量与累计流量、循环水累计热量等供热量数据，能够全面对比煤炉中使用节能剂、助燃剂前后的供热量数据变化，从而实现对煤炭节能剂、助燃剂节能效率的准确检测。当进出水温度差小于设定值或低于设定的供热温度时，表明煤炉的供热输出趋于衰竭，燃煤无法继续加热系统中的循环水，即可终止热性能采集。附图说明图1为本发明检测装置结构示意图。具体实施方式如附图1所示，本发明的检测装置包括两端分别与水暖煤炉1的进水口9和出水口10相连通的测试管路2、沿水流方向依次设置在测试管路2上的第一温度计3、循环水泵4、热交换器5、流量计6以及第二温度计7。其中第一温度计3设置在靠近水暖煤炉1的出水口10一侧，第二温度计7设置在靠近水暖煤炉1的进水口9一侧，流量计6采用涡轮流量计。为了便于进行对比试验，优选的测试管路2为两路，分别用于与两台燃煤水暖煤炉连通，在每一路测试管路2上均设置有第一温度计3、循环水泵4、通用热交换器5、流量计6以及第二温度计7。位于流量计6与进水口9之间的测试管路2上连通有补水箱8。检测装置还包括计算机控制系统，所述计算机控制系统包括数据采集模块以及用于处理数据采集模块收集数据的数据处理模块，所述数据采集模块分别与第一温度计3、流量计6以及第二温度计7相连接实现数据的采集与记录，第一温度计3与第二温度计7通过变送器将温度数据变位电信号与数据采集模块的输入端相连接。第一温度计3所测得的温度即为测试系统进水煤炉出水温度，第二温度计7所测得的温度即为测试系统出水煤炉进水温度，利用流量计检测循环水的瞬时流量和累计流量，利用热交换器将循环水散热冷却，实时绘制试验时间、循环水温度和流量关系曲线，全过程完整、精确、及时地检测采集全部水暖煤炉供热数据，保证了低温闷烧缓燃状态下，供热量通过测试系统封闭循环被及时采集、记录和计算，并通过对比检测使用煤炭高效节能剂前后的水暖煤炉供热量数据，实现节能剂节能效率试验检测。一种检测方法，其包括如下步骤：步骤一、参数设定，测试管路2的流量0.2—5m3/h，数据采集频率：1次/s，采集供热数据开始时间和供热数据结束时间，由试验员按照炉具出水温度反映燃烧状态确定，出水温度设定范围35℃—80℃依据gb16155，35℃代表煤炉已经进入燃烧供热状态，供热数据采集结束时间为设定燃烧持续时间截至或第一温度计与第二温度计之间的差值≤2℃—3℃代表煤炉对外供热能力趋于衰竭，燃烧已经进入尾期或出水温度≤33℃代表煤炉已无供热能力。步骤二、按照节能剂使用说明书规定的使用方法，将煤包括普通燃煤、型煤、洗净煤与节能剂助燃剂混合后比例混合形成煤泥加入炉膛，所述节能剂水溶液由节能剂与水按照节能剂产品说明书规定的质量比例如1:50、1:80、1:100混合而成；步骤三、当出水温度达到一定温度如50℃—60℃，依据供暖需要时，向炉具内加入一定量煤泥进行封火闷烧缓燃试验，当第一温度计与第二温度计之间的差值≤2℃—3℃时实验结束。本发明的技术指标包括：试验时间计时单位采用计算机时钟为1s，第一温度计3与第二温度计7精度0.2％，流量计精度±0.5％。进出水温度、循环水瞬时流量与累计流量、循环水累计热量的采集频率和分度值见表1。表1煤炭高效节能剂节能效率试验检测装置参数精度参数名称温度瞬时流量累计流量累计热量分度值0.1℃0.001l/s0.001l/s0.1wh/kcal因此，依据gb/t16155-20018《民用水暖煤炉性能试验方法》规定的测试系统组成和基本原理，通过本发明、增加对照管路、计算机调控试验流量与温差参数和全程采集、计算、储存供热量数据这一技术方法，实现了清晰、准确检测水暖煤炉热性能和煤炭节能剂助燃剂节能效率。本发明通过采用洁净型煤在小型民用水暖煤炉中进行热性能试验，检测使用煤炭高效节能剂前后的水暖煤炉供热量数据，实现对水暖煤炉热性能和煤炭节能剂助燃剂节能效率的准确检测。为研究试验节能剂节能效率的检测方法途径，概括起来经历了三个阶段：参数设定和有关说明：参数设定，测试管路2的流量0.2—5m3/h，数据采集频率：1次/s，采集供热数据开始时间和供热数据结束时间，由试验员按照炉具出水温度反映燃烧状态确定，出水温度设定范围35℃—80℃依据gb1615535℃代表煤炉已经进入燃烧供热状态，供热数据采集结束时间为设定燃烧持续时间截至或第一温度计与第二温度计之间的差值≤2℃—3℃(代表煤炉对外供热能力趋于衰竭，燃烧已经进入尾期)或出水温度≤33℃(代表煤炉已无供热能力)。在使用节能剂与煤混合燃烧方式上，分为干态混合燃烧和湿态混合燃烧。干态混合燃烧。按照煤炭节能剂助燃剂产品使用说明书规定，对于固态节能剂助燃剂采用与煤直接混合，液态节能剂助燃剂可以喷淋到煤的表面，然后按照水暖煤炉正常的自然干烧方式进行燃烧。试验结果显示，这种以干烧方式使用节能剂助燃剂试验采集的供热量对比数据，没有明显的节能效果。主要原因：一是产品有效成分快速挥发燃烧，二是没有明显改善煤炭燃烧过程，不能增加供热量，难以体现节能作用。湿态混合燃烧。按照煤炭节能剂助燃剂产品使用说明书规定，对于节能剂助燃剂以水溶液和煤混合成煤泥的湿态加入煤炉燃烧，这种闷烧缓燃方式由于明显减少了烟气热损失并延长了燃烧时间，因此普遍具有一定的节能效果。以典型试验为例，将球状洁净型煤和自来水以3：1质量比混合成煤泥后，热性能试验检测的供热量会增加约10％；添加同样比例的节能剂水溶液混合成煤泥后，不同节能剂煤泥热性能试验比自来水煤泥增加供热量约10-25％。操作方式：供水温度大于35℃时，清零计时。当供水温度大于52℃后封火。封火煤泥分别采用节能剂助燃剂水溶液煤泥和水煤泥加入煤炉。两种煤泥的液体与煤混合质量比均为3:1，即3kg煤球与1kg节能剂助燃剂水溶液或1kg自来水进行混合。节能剂助燃剂与水的配比按照节能剂助燃剂使用说明书进行，试验中质量比例为1:100。试验操作中：#1炉，使用水煤泥封火。#2炉使用节能剂助燃剂水溶液煤泥封火。试验过程为封火闷烧缓燃试验。当燃烧至供回水温差小于3℃时实验结束。对比例1：燃煤直接燃烧按照gb/t16155-2018规定的洁净煤燃烧，研究水暖煤炉热性能规律，确定较佳供火燃烧条件。每小时添加1kg洁净型煤，累计加煤量6kg，实现燃煤充分燃烧，达到较为稳定的供热状态。检测供热试验过程的进出水温度℃、循环水瞬时流量0.001l/s与累计流量l、循环水累计热量wh/kcal等数据，实时绘制试验时间、循环水温度和流量关系曲线，确定煤炉燃烧的累计供热量。试验数据见表2。表2单台煤炉洁净型煤燃烧试验测试系统采集数据对比例2：使用节能剂助燃剂与型煤混合干态燃烧试验采用同一台煤炉，同样按照gb/t16155-2018规定的燃烧方式，按照煤炭节能剂助燃剂产品使用说明书规定，对于固态节能剂助燃剂采用与煤直接混合，液态节能剂助燃剂可以喷淋到煤的表面，然后仍然每小时添加1kg洁净型煤与节能剂助燃剂混合物，累计加煤量6kg，按照水暖煤炉正常的自然干态燃烧方式试验，检测节能剂助燃剂与型煤混合物燃烧供热过程的进出水温度℃、循环水瞬时流量0.001l/s与累计流量l、循环水累计热量wh/kcal等数据，实时绘制试验时间、循环水温度和流量关系曲线，确定煤炉燃烧的累计供热量。同一台煤炉、同样数量洁净型煤，两次燃烧供热量的差值就是使用节能剂助燃剂后发挥的节能效果，以累计供热量增加值除以原有的基础累计供热值，即可测出燃煤热能利用提高率。试验数据见表3。表3单台煤炉使用节能剂助燃剂与型煤混合物干态燃烧对比试验测试系统采集数据试验数据表明，不考虑单台试验两次燃烧的时间不同、环境条件不同和人员操作差别影响，仅以试验过程的供热量变化数据考察，煤炉使用节能剂助燃剂与型煤混合物干态燃烧，与型煤同样燃烧试验相比，供热量数据增加不明显，而且有的节能剂助燃剂因为具有助燃加速燃烧特性，实际燃烧供热时间反而缩短。对比例3：双台煤炉平行试验，使用节能剂与同等型煤混合成煤泥进行湿态对比燃烧试验。为消除煤炉之间的工况差异，引进同一厂家、同一规格型号额度供热量9.5kw的民用水暖煤炉，同时在两台煤炉中进行是否使用节能剂的供热平行试验。预燃：使用相同底火约0.85kg引火木柴，4kg洁净型煤，对两台煤炉生火启燃，同时将两路测试调整到相同的运行参数循环水流量0.2-0.3m3/h。待两台煤炉的燃烧状态和两个测试系统的运行数据总体同步一致后，使用节能剂进行对比燃烧试验。测试系统采集的供水温度大于32℃度系统清零，开始供热量采集记录。对比燃烧试验改为两台煤炉均加入相同煤泥闷烧，1#炉使用普通水煤泥，2#炉使用节能剂水溶液煤泥。这样两台煤炉的燃烧工况基本上完全相同，也科学模拟了水暖煤炉闷烧供暖的实际使用情况，测得的供热量数据见表4。由于试验时间、环境完全相同，测得的供热量增加值及计算得出的热能利用提高率具有客观科学性。表4两台煤炉水煤泥和节能剂水溶液煤泥燃烧对比试验采集数据上述数据可以看出，使用节能剂水溶液煤泥明显比水煤泥的燃烧时间延长约2小时。对比例4：双台煤炉交叉试验。分析上述对比实验，使用同等数量节能剂和洁净型煤，两台煤炉之间也具有一定的增加值可比性，即交叉试验的对比性。按照表4数据，交叉计算最大节能率达到了50％，最小21.8％；而两台煤炉自比试验的节能率均在35％左右。使用两种固态助燃剂水溶液与型煤混合为煤泥质量比1:3，湿态燃烧试验对比数据见表5。表5单台煤炉水煤泥和助燃剂水煤泥燃烧对比试验采集数据计算最节能率分别为：17.87％，最小29.4％。本发明可以实现单路独立运行或双路同步运行，全程在线采集、记录、计算、储存和追溯查询两路测试系统的进出水温度、瞬时流量、累计流量、累计热量等数据，实时绘制时间、温度、流量变化曲线。能够调节测试系统运行参数，对民用水暖煤炉全部供热温度范围33-85℃运行状态和不同燃料条件，进行单台自比试验、双台平行试验和双台交叉试验热性能试验检测，检测出燃炉较佳运行工况参数和煤炭节能剂助燃剂节能效率。本发明解决了gb/t16155-2018标准规定试验方法无法检测煤炭节能剂助燃剂节能效率的问题，提出并试验了一种科学明确的燃煤节能剂助燃剂节能效率检测装置和方法，利用在燃煤炉中使用节能剂助燃剂前后进行单台对比试验、双台平行试验和双台交叉试验多种模式检测出煤炭节能剂助燃剂节能效率，用数据检测分析验证了使用煤炭节能剂助燃剂和煤混合成煤泥后闷烧缓燃的节能原理。本发明对于加强节能剂助燃剂使用效果研究和节能效率检测，加快优质高效煤炭节能剂助燃剂研究推广，有力促进节能减排工作具有重要意义。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。当前第1页12