一．试验目的
1．了解和熟悉锅炉运行时热量的收、支平衡关系，即锅炉热平衡的组成。
2．测定锅炉的蒸发量、蒸汽参数、蒸汽湿度、燃料的消耗量以及相应的热效率。
3．测定锅炉的各项热损失，并分析研究减少热损失的途径。 二．试验原理和方法
热平衡试验应在锅炉燃烧调整正常和热力工况稳定后进行。热平衡，指的就是锅炉的输入热量等于锅炉支出的热量。支出热量包括两部分，其一为用于生产蒸汽（或热水）的热量，其二为热损失。对燃烧锅炉，通常以1公斤燃料为基准来建立，即
千卡/公斤
[输入热量]=[有效利用热]+[各项热损失]
以输入热量为100%来建立热平衡，并以q表示有效利用热河各项热损失，则有如下形式：
=100%
1． 锅炉的输入热量
对于燃煤的供热锅炉，输入热量一般即位燃煤的应用基低位发热量，即
燃料经取样送化验室分析和热量计测定后，即可求出低位发热量。煤样必须有代表性，煤样的采集、缩分详见实验一。
2． 有效利用热和热效率
对于蒸汽锅炉，有效利用热用于生产蒸汽也即锅炉从进水到出汽所吸收的热量：
千卡/公斤
式中 ——锅炉的蒸发量，公斤/时；
——锅炉工作压力下干饱和蒸汽或过热蒸汽的焓，千卡/公斤；
——给水的焓，近似地等于给说温度，千卡/公斤；
——锅炉压力下的汽化潜热，千卡/公斤；
——饱和蒸汽的湿度，%
——燃料的消耗量，公斤/时。
对于有连续排污装置的锅炉，计算时需计及排污水带走的热量。为了简化试验，试验期间一般都暂停排污。
有效利用热占锅炉输入热量的百分数，即为锅炉的热效率：
如此，所需测定的项目有如下几个：
（1）蒸发量
工业锅炉的蒸发量，一般可以通过测定锅炉给水流量的办法测定。只要管路系统没有渗漏，不排污，试验开始和结束时保持汽包汽压和水位一致，给水流量就是蒸发量。
给水流量可用水箱、孔板流量计测定。实践常用的矢量水箱法或按水箱中水位变化（适用于间隔给水）来测定。水表误差较大，不宜采用。
量水箱法是在给水箱上部装置两只孤独容量的水箱，轮流一箱一箱地将水放入给水箱，最
后累计放水量，除以试验延续时间即可得每小时的给水量（图2-7）。用给水箱中水位变化来测定时，给水箱的断面形状应当规则，才可按截面和位差来计算总进水量。
公斤/小时
为了保证测定数据的可靠，水箱（或量水箱）应事前用重量法进行标定；给水温度不宜过高，以减少水的自然蒸发。
（2）蒸汽和给水的焓
干饱和蒸汽的焓和汽化潜热r都是指相当于平均蒸汽压力下的数值。可按测得的蒸汽压力求其平均值后查表。蒸汽压力一般可直接使用锅炉上的运行监督压力表读值，但其精度不应低于内外网文件交换1.5级。给水焓在数值上近似地等于给水温度，亦用平均值。
（3）蒸汽湿度
蒸汽湿度就是蒸汽的带水率，用重量百分数表示。对于供热锅炉蒸汽湿度，一般采用蒸汽及锅水氯根（）含量（或碱度）对比的间接方法求定。
蒸汽取样管装载蒸汽母管的垂直管段上，等速取样。取冷却后的锅水和蒸汽冷凝水进行化验。蒸汽湿度的测定方法，详见实验五。
（4）燃料消耗量
试验期间的燃料耗量可用台秤进行称重。台秤必须事先进行校验，误差应小于0.1%。
总耗煤量的准确与否，关键在于保持试验开始和结束时燃烧工况尽量相同。煤层厚度、进煤速度、燃烧程度都应力求一致；煤斗中的煤位必须相同，并保持同样的密实程度，煤位如不一致，要多扣少补严加修正。试验延续时间愈长，这方面的误差就较小；对于层燃炉，每次试验所需持续的时间不小于4小时。
这种以有效利用热量为基准来求定锅炉热效率的方法叫正平衡法，也叫直接法。正平衡法方法简便，测试设备简单，通过煤水的直接称量即可得到准确的结果，适用于小型工业锅炉。
3． 固定不完全燃烧热损失
它包括灰渣、漏煤和飞灰三项损失，可以由试验期间平均每小时的灰渣、漏煤和飞灰的重量、、（公斤/时）以及化验分析所得三者的可燃物含量、和（重量百分比%），按其发热量为7830千卡/公斤计算求得，即
为了获得精确的、，宜采用干式出渣，试验开始前应出清灰渣和漏煤；在试验结束时，收集试验期间的灰渣和漏煤，分别称出它们的重量。如果湿式出渣，则应把湿渣铺开流尽滴水后称量，再审慎地扣除其中所含水分。
飞灰无法全部收集称重，可用灰平衡法计算，即：
公斤/时
式中，——煤的应用基灰分%。
灰渣、漏煤的可燃物含量，可在收集的灰渣、漏煤中取样，并用四分法缩样，送化验室化验而得。
飞灰的取样较难具有代表性，一般在锅炉烟道中抽取烟气，经旋风分离器而获得灰样（图2-8）；也可采用除尘器除下的飞灰作为飞灰试样。飞灰试样同样需经缩分后送化验室分析。
4． 排烟热损失
它可以由排烟的焓和空气带入锅炉的热量之差，并考虑因一部分可燃物没有燃烧（即有损失）而予以修正，可按下式计算：
式中 ——排烟的焓，千卡/公斤；
——排烟处的过量空气系数；
——燃料燃烧所需的理论空气量，标米/公斤；
——空气的焓，千卡/标米。
图2-8 飞灰取样设备和系统
排烟的焓决定于排烟温度、烟气中各组成成分的容积和定压容积比热。排烟温度用热点偶测定，配电位差计读其毫伏数而查得；烟气中各组成成分的容积可根据燃料的元素分析和过量空气系数计算，而比热则可按照排烟温度在它们的特性表中查得。
排烟处的过量空气系数，它可根据排烟处的烟气分析结果计算：
式中，、、分别为排烟中三原子气体、氧气、和一氧化碳的容积百分数，浏阳霉素%。
随冷空气带入的热量决定于空气温度、比热和容积。燃料燃烧所需理论空气量由元素成分计算。空气温度通常在风机入口处用玻璃温度计测量。
5． 气体不完全燃烧热损失
由于可燃气体燃烧不完全而造成的这项热损失，主要决定于一氧化碳CO的含量。CO可由烟气分析器直接测得，或根据、和燃料特性系数计算而出。如此，气体不完全燃烧热损失便可按下式计算：
式中，为干烟气容积，按燃料元素成分和过量空气系数计算：
标米/公斤
但需注意，上述式中CO及a均应为同一测点采样分析的数值。
6． 散热损失
此项损失决定于锅炉散热面积、炉体表面温度以及周围空气温度、流动情况等多种因素，难以实测，对砖砌组装和散装锅炉，散热损失通常可以按锅炉容量在表2-8种取值。蒸发量2吨/时的快装锅炉和火管锅炉，散热损失可参考有关经验公式计算。
表1 散热损失
锅炉蒸发量（吨/时） | 2 | 4 | 6 | 10 | 20 |
| 有省煤器 | （%） | 3.5 | 2.9 | 2.4 | 1.7 | 1.3 |
无省煤器 | 3.0 | 2.1 | 1.5 | | |
| | | | | | | |
7． 其他热损失
锅炉的其他热损失，通常包括灰渣的物理热损失和冷却热损失两项。在供热锅炉中，一般没有后一项，因此其他热损失即为灰渣物理热损失。由于排于炉外的灰渣和漏煤温度很高
（>600℃），因此造成的热损失一般应予计算：
式中 ——灰渣温度，通常取600℃；
——灰的平均比热，相应于600℃时灰的平均比热为0.223千卡/公斤℃。
通过以上各项热损失的测定，也可反算出锅炉热效率：
这种求定热效率的方法叫反平衡法，又名热损失法。反平衡法测试较为复杂，但能够算出各项热损失，从而便于寻提高锅炉经济性的有效措施。
小型工业锅炉的测定，一般以正平衡法为主，辅以测试一些主要的热损失项目；或者正反平衡同时测定，以资互相核对。
三． 试验准备和要求
为保证做好热平衡试验，要求以严肃认真的态度，在教师指导下，周密组织，严格要求，分工负责，协调配合。
1． 试验准备
（1）明确试验的目的和要求，弄清试验原理和方法、测量项目和测点布置（图2-9）情况。
图 2-9 测点布置系统
（2）按所需测定的项目：汽压、温度、蒸汽湿度、烟气分析褐煤、灰渣、漏煤、飞灰的称量汲取扬等分工定岗位，熟悉各自测量对象和所要使用的仪表、设备，并预先准备好记录表格。
（3）如有条件，最好进行一次预备性试验，以使运行和测定人员熟悉试验的组织、操作及相互配合等情况，检查各处测点和仪表有无问题，运行工况能否符合要求，以便及时采取补救措施。
2．试验要求
（1）试验正式开始前，锅炉应在试验所要求的工况下稳定运行1～2小时，即把锅炉燃烧调整到正常和热力工况稳定。
（2）试验开始前锅炉进行预备性的排污，冲洗水位表和吹灰，出清灰、渣斗中的灰渣。
（3）试验期间安全阀不得起跳，不得吹灰，一般不得排污。
（4）试验开始和解释时汽包中的水位、压力以及煤层厚度和燃烧工况均应基本一致，试验期间力求保持运行工况的稳定，负荷和汽压得波动范围控制在10%以内。
（5）整个试验要连续进行，每次测定时间一般不少于四小时。通常的做法是待水位、压力、煤位（主要是锅筒中的水位）等恢复到与试验开始是想同时，作为结束的时刻。
（6）测定和运行人员要各自坚守岗位，集中精力，认真操作、记录，如发现意外的情况，要立即报告负责人，及时处理。
（7）记录时间间隔，汽压5分钟，排烟温度10分钟，烟气分析15分钟，其他虽时计量或15分钟一次。
3．试验数据的整理
（1）平均值的计算，要忠于原始数据，个别离太远、又有足够理由的数据方可删去。
（2）所有计算都须逐项校对正确，各项计算过程以表格形式列出，以便对比分析。
（3）正反平衡测得的热效率，两者偏差应不大于5%；以正平衡热效率为测定结果。
（4）根据分析，若有理由怀疑化验结果时，可要求对煤、渣、灰等试样进行复验。（一般各分析样品在化验报告提交后尚应保存一周）。
四．试验记录及结果汇总表
1．设备参数
表2 设备参数
锅炉型式 | | 给水方法 | |
额定蒸发量 | | 通风方式 | |
额定工作压力 | | 燃烧方式 | |
| | | |
2、试验日期、时间
表3 试验日期时间
试验日期 | 年 月 日 |
试验开始时刻 | 时 分 |
试验结束时刻 | 时 分 |
试验小时数 | 时 |
| |
3．燃料量、炉渣量、漏灰量
表4 燃料量、炉渣量、漏灰量
4．给水量
水箱面积F=
表5 给水量
项目 | 次数 |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 结果 |
水位读值（毫米） | 初水位 | | | | | | | | | |
终水位 | | | | | | | | |
水位差 | | | | | | | | | = |
水温（） | | | | | | | | | 平均 |
| | | | | | | | | | |
总给水量
5． 蒸汽参数（5－10分钟一次）
表6 蒸汽参数
6． 排烟温度及室温（5－10分钟一次）
表7 排烟温度及室温
项目 | 时间 |
| | | | | | 平均 |
排烟温度 | （毫伏） | | 发烟筒 | | | 脂肪酸酰胺 | | |
（） | | | | | | | |
室内空气温度（） | | | | | | | |
| | | | | | | | |
7． 烟气分析（15－20分钟一次）
表8 烟气分析
项目 | 时间 |
| | | | | | 平均 |
取样量（毫升） | | | | | | | |
| 吸收后读数 | | 自行车防盗架 | | | | | |
分析值（%） | | | | | | | |
| 吸收后读数 | | | | | | | |
分析值（%） | | | | | | | |
| vdisk CO | 吸收后读数 | | | | | | | |
分析值（%） | | | | | | | |
（%） | | | | | | | |
| | | | | | | | |
