الخصائص الفيزيائية الحرارية وخصائص الغازات. السعة الحرارية لمنتجات الاحتراق الكامل في الحجم المتكافئ للهواء خصائص غازات المداخن كدالة لدرجة الحرارة
حرارة الاحتراق. تختلف القيمة الحرارية الصافية للوقود الغازي الجاف Qf بشكل كبير من 4 إلى 47 ميجا جول / م 3 وتعتمد على تركيبته - نسبة وجودة الوقود الغازي الجاف وغير القابل للاحتراق
عناصر. أدنى قيمة Qf لغاز الأفران العالية ، حيث يبلغ متوسط تكوينه حوالي 30٪ من الغازات القابلة للاحتراق (أساسًا أول أكسيد الكربون CO) وحوالي 60٪ نيتروجين N2 غير قابل للاحتراق. أعظم
قيمة Qf للغازات المصاحبة ، والتي يتميز تكوينها بمحتوى عالٍ من الهيدروكربونات الثقيلة. تتقلب حرارة احتراق الغازات الطبيعية في نطاق ضيق Qf = 35.5… 37.5 MJ / m3.
يتم إعطاء القيمة الحرارية المنخفضة للغازات الفردية التي تشكل الوقود الغازي في الجدول. 3.2 انظر القسم 3 للتعرف على طرق تحديد القيمة الحرارية للوقود الغازي.
كثافة. هناك كثافة مطلقة ونسبية للغازات.
كثافة الغاز المطلقة rg ، kg / m3 ، هي كتلة الغاز لكل 1 م 3 من الحجم الذي يشغله هذا الغاز. عند حساب كثافة الغاز الفردي ، يُؤخذ حجم كيلو لا الخاص به مساويًا لـ 22.41 م 3 (كما هو الحال بالنسبة للغاز المثالي).
كثافة الغاز النسبية Rotn هي نسبة كثافة الغاز المطلقة في ظل الظروف العادية وكثافة الهواء المماثلة:
Rotn \ u003d Rg / Pv \ u003d Rg / 1.293 ، (6.1)
حيث rg ، pE ، على التوالي ، الكثافة المطلقة للغاز والهواء في ظل الظروف العادية ، كجم / م 3. تُستخدم الكثافة النسبية للغازات عادةً لمقارنة الغازات المختلفة مع بعضها البعض.
ترد قيم الكثافة المطلقة والنسبية للغازات البسيطة في الجدول. 6.1
يتم تحديد كثافة خليط الغاز pjM ، كجم / م 3 ، بناءً على قاعدة الإضافة ، والتي وفقًا لخصائص الغازات يتم تلخيصها على التوالي حجم الكسرفي المزيج:
حيث Xj هو المحتوى الحجمي للغاز السابع في الوقود ،٪ ؛ (rg) ؛ - كثافة الغاز j-th ، وهو جزء من الوقود ، كجم / م 3 ؛ ن هو عدد الغازات الفردية في الوقود.
يتم إعطاء قيم كثافة الوقود الغازي في الجدول. ص 5.
يمكن حساب كثافة الغاز ، كجم / م 3 ، اعتمادًا على درجة الحرارة والضغط ، بواسطة الصيغة
حيث p0 هي كثافة الغاز في الظروف العادية (T0 = 273 K و p0 = 101.3 kPa) ، كجم / م 3 ؛ p و T ، على التوالي ، الضغط الفعلي ، kPa ، ودرجة الحرارة المطلقة للغاز ، K.
تكون جميع أنواع الوقود الغازي تقريبًا أخف من الهواء ، وبالتالي ، عند التسرب ، يتراكم الغاز تحت الأسقف. لأسباب تتعلق بالسلامة ، قبل بدء تشغيل الغلاية ، من الضروري التحقق من عدم وجود الغاز في الأماكن الأكثر احتمالية لتراكمه.
تزداد لزوجة الغازات مع زيادة درجة الحرارة. يمكن حساب قيم معامل اللزوجة الديناميكية p ، Pa-s ، باستخدام معادلة Seser-Land التجريبية
الجدول 6.1
خصائص مكونات وقود الغاز (عند t - O ° C chr \ u003d 101.3 kPa)
|
المواد الكيميائية |
الكتلة المولية M ، |
كثافة |
مركزات السائبة |
||
|
اسم الغاز |
مطلق |
نسبيا |
حدود الاشتعال الصهيوني للغاز في خليط مع الهواء٪ |
||
|
غازات قابلة للاحتراق |
|||||
|
البروبيلين |
|||||
|
أول أكسيد الكربون |
|||||
|
كبريتيد الهيدروجين |
|||||
|
غازات غير قابلة للاشتعال |
|||||
|
نشبع |
|||||
|
ثاني أكسيد الكبريت |
|||||
|
الأكسجين |
|||||
|
هواء الغلاف الجوي. |
|||||
|
بخار الماء |
حيث p0 هو معامل اللزوجة الديناميكية للغاز في الظروف العادية (G0 = 273 K و p0 - 101.3 kPa) ، Pa-s ؛ T هي درجة الحرارة المطلقة للغاز ، K ؛ C - المعامل اعتمادًا على نوع الغاز ، K ، مأخوذ من الجدول. 6.2
بالنسبة لخليط من الغازات ، يمكن تحديد معامل اللزوجة الديناميكية تقريبًا من قيم لزوجة المكونات الفردية:
حيث gj هو الجزء الكتلي للغاز j في الوقود ،٪ ؛ Zu - معامل اللزوجة الديناميكية للمكون j-th ، Pa-s ؛ ن هو عدد الغازات الفردية في الوقود.
في الممارسة العملية ، يتم استخدام معامل اللزوجة الحركية V ، m2 / s ، على نطاق واسع ، والذي
والتي ترتبط باللزوجة الديناميكية p من خلال الكثافة p حسب التبعية
V = ص / ص. (6.6)
مع الأخذ في الاعتبار (6.4) و (6.6) ، يمكن حساب معامل اللزوجة الحركية v ، m2 / s ، اعتمادًا على الضغط ودرجة الحرارة ، بواسطة الصيغة
حيث v0 هو معامل اللزوجة الحركية للغاز في ظل الظروف العادية (Go = 273 K و p0 = 101.3 kPa) ، m2 / s ؛ p و G ، على التوالي ، الضغط الفعلي ، kPa ، ودرجة الحرارة المطلقة للغاز ، K ؛ C - المعامل اعتمادًا على نوع الغاز ، K ، مأخوذ من الجدول. 6.2
ترد قيم معاملات اللزوجة الحركية للوقود الغازي في الجدول. ص 9.
الجدول 6.2
معاملات اللزوجة والتوصيل الحراري لمكونات وقود الغاز
(عند t \ u003d 0 درجة مئوية ir = 101.3 كيلو باسكال)
|
اسم الغاز |
عامل اللزوجة |
معامل التوصيل الحراري N03، W / (m-K) |
معامل ساذرلاند C، K |
|
|
ديناميكي r-106 ، باسكال |
الحركية v-106 ، m2 / s |
|||
|
غازات قابلة للاحتراق |
||||
|
البروبيلين |
||||
|
أول أكسيد الكربون |
||||
|
كبريتيد الهيدروجين |
||||
|
غازات غير قابلة للاشتعال نشبع |
||||
|
الأكسجين |
||||
|
هواء الغلاف الجوي |
||||
|
بخار الماء عند 100 درجة مئوية |
توصيل حراري. يتميز نقل الطاقة الجزيئية في الغازات بمعامل التوصيل الحراري 'k، W / (m-K). معامل التوصيل الحراري يتناسب عكسياً مع الضغط ويزيد مع زيادة درجة الحرارة. يمكن حساب قيم معامل X باستخدام صيغة ساذرلاند
حيث X ، 0 هي الموصلية الحرارية للغاز في الظروف العادية (G0 = 273 K و Po = 101.3 kPa) ، W / (m-K) ؛ p و T ، على التوالي ، الضغط الفعلي ، kPa ، ودرجة الحرارة المطلقة للغاز ، K ؛ C - المعامل اعتمادًا على نوع الغاز ، K ، مأخوذ من الجدول. 6.2
تم إعطاء قيم معاملات التوصيل الحراري للوقود الغازي في الجدول. ص 9.
تعتمد السعة الحرارية للوقود الغازي لكل 1 م 3 من الغاز الجاف على تركيبته ويتم تعريفها عمومًا على أنها
4 لتر = 0.01 (CH2H2 + Ccos0 +
CCH4CH4 + cCo2cOg + - + cx. X ؛) ، (6.9) - السعات الحرارية للمكونات المكونة للوقود ، على التوالي ، الهيدروجين ، وأول أكسيد الكربون ، والميثان ، وثاني أكسيد الكربون و /-المكون ، kJ / (m3-K) ؛ H2 ، CO ، CH4 ، CO2 ، ... ، Xg--
السعات الحرارية للمكونات القابلة للاحتراق للوقود الغازي موضحة في الجدول. ص 6 ، غير قابل للاحتراق - في الجدول. ص 7.
السعة الحرارية للوقود الغازي الرطب
يتم تعريف Cgtl ، kJ / (m3-K) ، على أنه
<тл = ctrn + 0,00124cHzq йтля, (6.10) где drTn- влагосодержание газообразного топлива,
المتفجرة. يمكن أن ينفجر مزيج من الغاز القابل للاحتراق مع الهواء بنسب معينة في وجود نار أو حتى شرارة ، أي يشتعل ويحترق بسرعة تقترب من سرعة انتشار الصوت. تعتمد التركيزات المتفجرة للغاز القابل للاحتراق في الهواء على التركيب الكيميائي للغاز وخصائصه. ترد حدود اشتعال التركيز الحجمي للغازات الفردية القابلة للاحتراق في خليط مع الهواء في وقت سابق في الجدول. 6.1 الهيدروجين (4 .. .74٪ من حيث الحجم) وأول أكسيد الكربون (12.5 ... 74٪) لهما حدود الاشتعال الأوسع. بالنسبة للغاز الطبيعي ، يبلغ متوسط حدود القابلية للاشتعال الأدنى والأعلى 4.5 و 17٪ من حيث الحجم ، على التوالي ؛ لفحم الكوك - 5.6 و 31٪ ؛ للمجال - 35 و 74٪.
تسمم. تُفهم السمية على أنها قدرة الغاز على التسبب في تسمم الكائنات الحية. تعتمد درجة السمية على نوع الغاز وتركيزه. أخطر مكونات الغاز في هذا الصدد هي أول أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين H2S.
يتم تحديد سمية مخاليط الغاز بشكل أساسي من خلال تركيز أكثر المكونات سمية الموجودة في الخليط ، في حين أن تأثيرها الضار ، كقاعدة عامة ، يزداد بشكل ملحوظ في وجود غازات ضارة أخرى.
يمكن تحديد وجود وتركيز الغازات الضارة في الهواء بواسطة جهاز خاص - محلل الغاز.
تقريبا جميع الغازات الطبيعية عديمة الرائحة. للكشف عن تسرب الغاز واتخاذ تدابير السلامة ، يتم تفريغ الغاز الطبيعي قبل دخوله الرئيسي ، أي أنه مشبع بمادة لها رائحة نفاذة (على سبيل المثال ، مركابتان).
حرارة الاحتراق أنواع مختلفةيختلف الوقود على نطاق واسع. بالنسبة لزيت الوقود ، على سبيل المثال ، فهو يزيد عن 40 ميجا جول / كجم ، وبالنسبة لغاز الفرن العالي وبعض درجات الصخر الزيتي ، فهو يبلغ حوالي 4 ميجا جول / كجم. يختلف تكوين وقود الطاقة أيضًا على نطاق واسع. وبالتالي ، يمكن أن تختلف الخصائص النوعية نفسها ، اعتمادًا على نوع الوقود وعلامته التجارية ، بشكل حاد من الناحية الكمية عن بعضها البعض.
الخصائص المعطاة للوقود. للتحليل المقارن ، في دور الخصائص التي تلخص جودة الوقود ، يتم استخدام الخصائص المعينة للوقود ،٪ -kg / MJ ، والتي يتم حسابها بشكل عام بواسطة الصيغة
حيث хг هو مؤشر على جودة وقود العمل ، ٪ ؛ س [- حرارة الاحتراق النوعية (أدنى) ، MJ / كجم.
لذلك ، على سبيل المثال ، لحساب مخفضة
الرطوبة محتوى الرماد من الكبريت S „p و
النيتروجين N ^ p (لظروف تشغيل الوقود)
تأخذ الصيغة (7.1) الشكل التالي ،٪ -kg / MJ:
TOC o "1-3" h z KP = Kl GT ؛ (7.2)
4f = l7e [؛ (7.3)
snp= S '/ Єї ؛ (7.4)
^ p = N7 Q [. (7.5)
كمثال توضيحي ، تكون المقارنة التالية إرشادية ، بشرط أن يتم حرق أنواع مختلفة من الوقود في غلايات بنفس الطاقة الحرارية. لذلك ، مقارنة المحتوى الرطوبي المنخفض للفحم بالقرب من موسكو
الصفوف 2B (WЈp = 3.72٪ -kg / MJ) و Nazarov-
يوضح الفحم 2B (W ^ p = 3.04٪ -kg / MJ) أنه في الحالة الأولى ، ستكون كمية الرطوبة التي يتم إدخالها إلى فرن الغلاية بالوقود أكبر بنحو 1.2 مرة من الثانية ، على الرغم من حقيقة ذلك رطوبة الفحم العاملة بالقرب من موسكو (W [\ u003d 31٪) أقل من
فحم نازاروفسكي (Wf = 39٪).
وقود مشروط. في قطاع الطاقة ، من أجل مقارنة كفاءة استخدام الوقود في محطات الغلايات المختلفة ، لتخطيط إنتاج واستهلاك الوقود في الحسابات الاقتصادية ، تم إدخال مفهوم الوقود التقليدي. كوقود قياسي ، يتم قبول هذا الوقود ، والقيمة الحرارية المحددة (الأدنى) التي في حالة العمل تساوي Qy T = 29300 kJ / kg (أو
7000 كيلو كالوري / كغ).
لكل وقود طبيعي ، يوجد ما يسمى بالمكافئ الحراري عديم الأبعاد E ، والذي يمكن أن يكون أكبر أو أقل من الوحدة:
عندما يتم حرق كربون الوقود في الهواء وفقًا للمعادلة (21C + 2102 + 79N2 = 21C02 + 79N2) ، لكل حجم من ثاني أكسيد الكربون في منتجات الاحتراق هناك 79: 21 = 3.76 حجمًا من N2.
ينتج عن احتراق الأنثراسيت والفحم الخالي من الدهون وأنواع الوقود الأخرى التي تحتوي على نسبة عالية من الكربون منتجات احتراق تشبه في تركيبها منتجات احتراق الكربون. عندما يتم حرق الهيدروجين حسب المعادلة
42H2 + 2102 + 79N2 = 42H20 + 79N2
لكل حجم من H20 ، هناك 79:42 = 1.88 حجمًا من النيتروجين.
في منتجات الاحتراق لغازات الفرن الطبيعية والمسالة وفحم الكوك ، والوقود السائل ، والحطب ، والجفت ، والفحم البني ، واللهب الطويل ، والفحم الغازي وأنواع الوقود الأخرى التي تحتوي على نسبة كبيرة من الهيدروجين في الكتلة القابلة للاحتراق ، تتشكل كمية كبيرة من بخار الماء ، وأحيانًا يتجاوز حجم ثاني أكسيد الكربون. وجود رطوبة في الأعلى
|
الجدول 36 السعة الحرارية ، كيلو كالوري / (م 3 درجة مئوية) |
يزيد العيش بشكل طبيعي من محتوى بخار الماء في منتجات الاحتراق.
تكوين المنتجات احتراق كاملترد الأنواع الرئيسية للوقود في الحجم المتكافئ للهواء في الجدول. 34. من البيانات الواردة في هذا الجدول ، يمكن ملاحظة أن محتوى N2 في نواتج الاحتراق لجميع أنواع الوقود يتجاوز بشكل كبير المحتوى الإجمالي لـ C02-f-H20 ، وفي نواتج احتراق الكربون يبلغ 79٪.
تحتوي منتجات احتراق الهيدروجين على 65٪ N2 ؛ وتحتوي منتجات احتراق الغازات الطبيعية والمسالة والبنزين وزيت الوقود وأنواع الوقود الهيدروكربونية الأخرى على 70-74٪ N2.
أرز. 5. السعة الحرارية الحجمية
منتجات الاحتراق
4- منتجات احتراق الكربون
5- نواتج احتراق الهيدروجين
يمكن حساب متوسط السعة الحرارية لمنتجات الاحتراق الكامل التي لا تحتوي على الأكسجين من خلال الصيغة
C = 0.01 (Cc02C02 + Cso2S02 + Cn20H20 + CN2N2) kcal / (m3 - ° С) ، (VI.1)
حيث Сс0г و Cso2 و СНа0 و CNa هي السعات الحرارية الحجمية لثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت وبخار الماء والنيتروجين و C02 و S02 و Н20 و N2 هي محتوى المكونات المقابلة في منتجات الاحتراق ،٪ (المجلد) .
وفقًا لهذه الصيغة (VI. 1) يتخذ الشكل التالي:
C \ u003d 0.01. (Cc02 /؟ 02 + CHj0H20-bCNi! N2) kcal / (m3 "° C). (السادس -2)
متوسط السعة الحرارية الحجمية لثاني أكسيد الكربون و H20 و N2 في نطاق درجة الحرارة من 0 إلى 2500 درجة مئوية موضح في الجدول. 36. المنحنيات التي تميز التغير في متوسط السعة الحرارية الحجمية لهذه الغازات مع زيادة درجة الحرارة موضحة في الشكل. 5.
من الطاولة. 16 بيانات ومنحنيات موضحة في الشكل. 5 يوضح ما يلي:
1. السعة الحرارية الحجمية لثاني أكسيد الكربون تتجاوز بشكل كبير السعة الحرارية لـ H20 ، والتي بدورها تتجاوز السعة الحرارية لـ N2 على مدى درجة الحرارة بأكملها من 0 إلى 2000 درجة مئوية.
2. تزيد السعة الحرارية لثاني أكسيد الكربون مع زيادة درجة الحرارة بشكل أسرع من السعة الحرارية لـ H20 ، وتزداد السعة الحرارية لـ H20 أسرع من السعة الحرارية لـ N2. ومع ذلك ، على الرغم من ذلك ، فإن المتوسط المرجح للسعات الحرارية الحجمية لنواتج احتراق الكربون والهيدروجين في حجم متكافئ للهواء يختلف قليلاً.
هذا الموقف ، غير المتوقع إلى حد ما للوهلة الأولى ، يرجع إلى حقيقة أنه في منتجات الاحتراق الكامل للكربون في الهواء ، لكل متر مكعب من ثاني أكسيد الكربون ، الذي يحتوي على أعلى سعة حرارية حجمية ، هناك 3.76 متر مكعب من N2 بحد أدنى الحجمي
|
متوسط السعات الحرارية الحجمية لمنتجات احتراق الكربون والهيدروجين في الكمية المطلوبة نظريًا من الهواء ، كيلو كالوري / (م 3 - درجة مئوية)
|
السعة الحرارية ، وفي نواتج احتراق الهيدروجين لكل متر مكعب من بخار الماء ، تكون السعة الحرارية الحجمية له أقل من تلك الخاصة بثاني أكسيد الكربون ، ولكن أكثر من N2 ، هناك نصف كمية النيتروجين (1.88 م 3).
نتيجة لذلك ، يتم معادلة متوسط السعات الحرارية الحجمية لمنتجات احتراق الكربون والهيدروجين في الهواء ، كما يتضح من البيانات الواردة في الجدول. 37 ومقارنة المنحنيات 4 و 5 في الشكلين. 5. لا يتعدى الفرق في متوسط السعات الحرارية الموزونة لمنتجات احتراق الكربون والهيدروجين في الهواء 2٪. بطبيعة الحال ، فإن السعات الحرارية لمنتجات احتراق الوقود ، والتي تتكون أساسًا من الكربون والهيدروجين ، في حجم متكافئ من الهواء تقع في منطقة ضيقة بين المنحنيات 4 و 5 (مظللة في الشكل 5).
منتجات الاحتراق الكامل لمختلف أنواع vidoges ؛ يحتوي الوقود الموجود في الهواء المتكافئ في نطاق درجة الحرارة من 0 إلى 2100 درجة مئوية على السعة الحرارية التالية ، kcal / (m3> ° C):
تعتبر التقلبات في السعة الحرارية لمنتجات احتراق أنواع مختلفة من الوقود صغيرة نسبيًا. في وقود صلبذات المحتوى العالي من الرطوبة (الحطب ، والجفت ، والفحم البني ، وما إلى ذلك) ، فإن السعة الحرارية لمنتجات الاحتراق في نفس نطاق درجة الحرارة أعلى من تلك الخاصة بالوقود الذي يحتوي على نسبة منخفضة من الرطوبة (أنثراسيت ، وفحم ، وزيت وقود ، وغاز طبيعي ، إلخ. .). هذا يرجع إلى حقيقة أنه أثناء احتراق الوقود الذي يحتوي على نسبة عالية من الرطوبة في منتجات الاحتراق ، يزداد محتوى بخار الماء ، والذي يتميز بسعة حرارية أعلى مقارنة بالغاز ثنائي الذرة - النيتروجين.
في الجدول. يوضح الشكل 38 متوسط السعات الحرارية الحجمية لمنتجات الاحتراق الكامل ، غير المخفف بالهواء ، لنطاقات درجات الحرارة المختلفة.
الجدول 38
|
قيمة متوسط السعات الحرارية لمنتجات الاحتراق للوقود والهواء غير المخفف بالهواء في درجة حرارة تتراوح من 0 إلى t درجة مئوية
|
تؤدي الزيادة في محتوى الرطوبة في الوقود إلى زيادة السعة الحرارية لمنتجات الاحتراق بسبب زيادة محتوى بخار الماء فيها في نفس نطاق درجة الحرارة ، مقارنة بالسعة الحرارية لمنتجات احتراق الوقود ذات الرطوبة المنخفضة المحتوى ، وفي نفس الوقت يخفض درجة حرارة احتراق الوقود بسبب زيادة حجم منتجات الاحتراق بسبب زوج الماء.
مع زيادة محتوى الرطوبة في الوقود ، تزداد السعة الحرارية الحجمية لمنتجات الاحتراق في نطاق درجة حرارة معينة ، وفي الوقت نفسه ، تنخفض درجة الحرارة من 0 إلى جنيه إسترليني كحد أقصى بسبب انخفاض القيمة<тах. ПОСКОЛЬКУ ТЄПЛОЄМКОСТЬ ГЭЗОВ уМвНЬ — шается с понижением температуры, теплоемкость продуктов сгорания топлива с различной влажностью в интервале температур от нуля до <тах для данного топлива претерпевает незначительные колебания (табл. 39). В соответствии с этим можно принять теплоемкость продуктов сгорания всех видов твердого топлива от 0 до tmax равной 0,405, жидкого топлива 0,401, природного, доменного и генераторного газов 0,400 ккал/(м3-°С).
وهذا يجعل من الممكن تبسيط تحديد درجات حرارة الاحتراق المسعرية والمحسوبة إلى حد كبير (وفقًا للطريقة الموضحة في الفصل السابع). الخطأ المسموح به في هذه الحالة لا يتجاوز عادة 1٪ أو 20 درجة.
من النظر في المنحنيات 4 و 5 في الشكلين. 5 يمكن ملاحظة أن نسبة السعة الحرارية لمنتجات الاحتراق الكامل للكربون في حجم متكافئ للهواء في درجة حرارة تتراوح من 0 إلى t ° C ، على سبيل المثال ، من 0 إلى
|
السعة الحرارية لمنتجات الاحتراق من 0 إلى قديل لأنواع مختلفة من الوقود الصلب مع محتوى رطوبة من 0 إلى 40٪ ، في حجم متكافئ من الهواء
|
200 ومن 0 إلى 2100 درجة مئوية تساوي عمليا نسبة السعات الحرارية لمنتجات احتراق الهيدروجين في نفس نطاقات درجات الحرارة. تظل النسبة المحددة للقدرات الحرارية C 'ثابتة عمليًا لمنتجات الاحتراق الكامل لأنواع مختلفة من الوقود في حجم متكافئ من الهواء.
في الجدول. يوضح الشكل 40 نسب السعات الحرارية لمنتجات الاحتراق الكامل للوقود مع محتوى منخفض من الصابورة ، والذي يمر في منتجات الاحتراق الغازي (أنثراسايت ، وفحم الكوك ، والفحم ، والوقود السائل ، والطبيعي ، والبترول ، وغازات أفران الكوك ، وما إلى ذلك) في نطاق درجة الحرارة من 0 إلى درجة مئوية وفي نطاق درجة الحرارة من 0 إلى 2100 درجة مئوية. نظرًا لأن السعة الحرارية لهذه الأنواع من الوقود قريبة من 2100 درجة مئوية ، فإن النسبة المشار إليها من السعات الحرارية C 'تساوي نسبة السعات الحرارية في نطاق درجة الحرارة من 0 إلى t ومن 0 إلى tm & x-
في الجدول. يوضح 40 أيضًا قيم C '، المحسوبة لمنتجات احتراق الوقود ذات المحتوى العالي من الصابورة ، والتي تمر أثناء احتراق الوقود إلى منتجات الاحتراق الغازي ، أي الرطوبة في الوقود الصلب والنيتروجين وثاني أكسيد الكربون في الغاز الوقود. السعة الحرارية لهذه الأنواع من الوقود (الخشب ، والجفت ، والفحم البني ، والمولدات المختلطة ، والغازات الهوائية وأفران الانفجار) هي 1600-1700 درجة مئوية.
الجدول 40
|
نسبة السعات الحرارية لمنتجات الاحتراق C 'والهواء K في نطاق درجة الحرارة من 0 إلى t درجة مئوية إلى السعة الحرارية لمنتجات الاحتراق من 0 إلى
|
كما يتضح من الجدول. 40 ، تختلف قيم C 'و K قليلاً حتى بالنسبة لمنتجات احتراق الوقود ذات محتوى الصابورة المختلفة وإخراج الحرارة.
الهواء الرطب هو خليط من الهواء الجاف وبخار الماء. في الهواء غير المشبع ، تكون الرطوبة في حالة بخار شديد السخونة ، وبالتالي يمكن وصف خصائص الهواء الرطب تقريبًا بواسطة قوانين الغازات المثالية.
الخصائص الرئيسية للهواء الرطب هي:
1. الرطوبة المطلقة ز، والذي يحدد كمية بخار الماء الموجودة في 1 م 3 من الهواء الرطب. يشغل بخار الماء الحجم الكامل للخليط ، لذا فإن الرطوبة المطلقة للهواء تساوي كتلة 1 م 3 من بخار الماء أو كثافة البخار ، كجم / م 3
2. يتم التعبير عن الرطوبة النسبية j بواسطة نسبة الرطوبة المطلقة للهواء إلى الرطوبة القصوى الممكنة عند نفس الضغط ودرجة الحرارة ، أو بنسبة كتلة بخار الماء الموجودة في 1 م 3 من الهواء الرطب إلى الكتلة من بخار الماء المطلوب لتشبع 1 م 3 من الهواء الرطب تمامًا عند نفس الضغط ودرجة الحرارة.
تحدد الرطوبة النسبية درجة تشبع الهواء بالرطوبة:
, (1.2)
أين هو الضغط الجزئي لبخار الماء المقابل لكثافته Pa ؛ - ضغط البخار المشبع عند نفس درجة الحرارة ، باسكال ؛ - أقصى قدر ممكن من البخار في 1 م 3 من الهواء الرطب المشبع ، كجم / م 3 ؛ - كثافة البخار عند ضغطه الجزئي ودرجة حرارة الهواء الرطب ، كجم / م 3.
العلاقة (1.2) صالحة فقط عندما يمكن افتراض أن بخار السائل هو غاز مثالي حتى حالة التشبع.
كثافة الهواء الرطب r هي مجموع كثافة بخار الماء والهواء الجاف عند ضغوط جزئية تبلغ 1 م 3 من الهواء الرطب عند درجة حرارة الهواء الرطب تي، ل:
(1.3)
أين كثافة الهواء الجاف عند ضغطه الجزئي البالغ 1 م 3 من الهواء الرطب ، كجم / م 3 ؛ - الضغط الجزئي للهواء الجاف ، Pa ؛ - ثابت الغاز للهواء الجاف J / (kg × K).
بالتعبير عن ومعادلة حالة الهواء وبخار الماء ، نحصل عليها
, (1.5)
أين هو معدل التدفق الكتلي للهواء وبخار الماء ، كجم / ث.
هذه المساواة صالحة لنفس الحجم الخامسالهواء الرطب عند نفس درجة الحرارة. بقسمة المساواة الثانية على الأولى ، نحصل على تعبير آخر لمحتوى الرطوبة
. (1.6)
بالتعويض هنا عن قيم ثوابت الغاز للهواء J / (كجم × كلفن) وبخار الماء J / (كجم × كلفن) ، نحصل على قيمة محتوى الرطوبة المعبر عنه بالكيلوجرام من بخار الماء لكل 1 كجم من الهواء الجاف
. (1.7)
استبدال ضغط الهواء الجزئي بالقيمة حيث من السابق و فيهو ضغط الهواء البارومتري في نفس وحدات ص، نحصل على الهواء الرطب تحت الضغط الجوي
. (1.8)
وهكذا ، عند ضغط بارومتري معين ، يعتمد محتوى الرطوبة في الهواء فقط على الضغط الجزئي لبخار الماء. أقصى محتوى رطوبة ممكن في الهواء ، من أين
. (1.9)
نظرًا لأن ضغط التشبع يزداد مع زيادة درجة الحرارة ، فإن أكبر قدر ممكن من الرطوبة يمكن احتوائه في الهواء يعتمد على درجة حرارته ، وكلما زادت درجة الحرارة. إذا تم حل المعادلتين (1.7) و (1.8) من أجل ثم نحصل عليها
(1.10)
. (1.11)
يتم حساب حجم الهواء الرطب بالمتر المكعب لكل 1 كجم من الهواء الجاف بواسطة الصيغة
(1.12)
الحجم النوعي للهواء الرطب الخامس، م 3 / كجم ، بقسمة حجم الهواء الرطب على كتلة الخليط لكل 1 كجم من الهواء الجاف:
يتميز الهواء الرطب كحامل حراري بوجود محتوى حراري (بالكيلوجول لكل 1 كجم من الهواء الجاف) يساوي مجموع المحتوى الحراري للهواء الجاف وبخار الماء
(1.14)
أين هي السعة الحرارية النوعية للهواء الجاف ، kJ / (kg × K) ؛ ر- درجة حرارة الهواء ، درجة مئوية ؛ أنا- المحتوى الحراري للبخار المحمص ، كيلوجول / كجم.
يتم تحديد المحتوى الحراري البالغ 1 كجم من بخار الماء الجاف المشبع عند ضغوط منخفضة بواسطة الصيغة التجريبية ، kJ / kg:
حيث يوجد معامل ثابت يساوي تقريبًا المحتوى الحراري للبخار عند درجة حرارة 0 درجة مئوية ؛ = 1.97 كيلو جول / (كجم × كلفن) - السعة الحرارية النوعية للبخار.
استبدال القيم أنافي التعبير (1.14) وأخذ السعة الحرارية النوعية لثابت الهواء الجاف وتساوي 1.0036 kJ / (kg × K) ، نجد المحتوى الحراري للهواء الرطب بالكيلو جول لكل 1 كجم من الهواء الجاف:
تُستخدم المعادلات المشابهة لتلك التي تمت مناقشتها أعلاه لتحديد معلمات الغاز الرطب.
, (1.17)
أين هو ثابت الغاز لغاز الاختبار ؛ ص- ضغط الغاز.
المحتوى الحراري للغاز ، كيلوجول / كجم ،
أين هي السعة الحرارية النوعية للغاز ، kJ / (kg × K).
محتوى الرطوبة المطلق للغاز:
. (1.19)
عند حساب المبادلات الحرارية الملامسة لناقلات حرارة الهواء والماء ، يمكنك استخدام البيانات الموجودة في الجدول. 1.1-1.2 أو التبعيات المحسوبة لتحديد المعلمات الفيزيائية والكيميائية للهواء (1.24-1.34) والماء (1.35). بالنسبة لغازات المداخن ، يمكن استخدام البيانات الواردة في الجدول 1. 1.3
كثافة الغاز الرطب ، كجم / م 3:
, (1.20)
أين كثافة الغاز الجاف عند 0 درجة مئوية ، كجم / م 3 ؛ M g، M p هي الكتل الجزيئية للغاز والبخار.
معامل اللزوجة الديناميكية للغاز الرطب Pa × s:
, (1.21)
أين معامل اللزوجة الديناميكية لبخار الماء ، Pa × s ؛ - معامل اللزوجة الديناميكية للغاز الجاف ، Pa × s ؛ 
- تركيز كتلة البخار ، كجم / كجم.
السعة الحرارية النوعية للغاز الرطب ، kJ / (kg × K):
معامل التوصيل الحراري للغاز الرطب W / (m × K):
, (1.23)
أين كهو مؤشر ثابت الحرارة. في- معامل (للغازات الأحادية في= 2.5 ؛ للغازات ثنائية الذرة في= 1.9 ؛ للغازات الثلاثية في = 1,72).
الجدول 1.1. الخصائص الفيزيائية للهواء الجاف ( ص= 0.101 ميجا باسكال)
| ر، درجة مئوية | ، كجم / م 3 | ، kJ / (kg × K) | ، W / (م × ك) | ، باسكال × ثانية | ، م 2 / ثانية | العلاقات العامة |
| -20 | 1,395 | 1,009 | 2,28 | 16,2 | 12,79 | 0,716 |
| -10 | 1,342 | 1,009 | 2,36 | 16,7 | 12,43 | 0,712 |
| 1,293 | 1,005 | 2,44 | 17,2 | 13,28 | 0,707 | |
| 1,247 | 1,005 | 2,51 | 17,6 | 14,16 | 0,705 | |
| 1,205 | 1,005 | 2,59 | 18,1 | 15,06 | 0,703 | |
| 1,165 | 1,005 | 2,67 | 18,6 | 16,00 | 0,701 | |
| 1,128 | 1,005 | 2,76 | 19,1 | 16,96 | 0,699 | |
| 1,093 | 1,005 | 2,83 | 19,6 | 17,95 | 0,698 | |
| 1,060 | 1,005 | 2,90 | 20,1 | 18,97 | 0,696 | |
| 1,029 | 1,009 | 2,96 | 20,6 | 20,02 | 0,694 | |
| 1,000 | 1,009 | 3,05 | 21,1 | 21,09 | 0,692 | |
| 0,972 | 1,009 | 3,13 | 21,5 | 22,10 | 0,690 | |
| 0,946 | 1,009 | 3,21 | 21,9 | 23,13 | 0,688 | |
| 0,898 | 1,009 | 3,34 | 22,8 | 25,45 | 0,686 | |
| 0,854 | 1,013 | 3,49 | 23,7 | 27,80 | 0,684 | |
| 0,815 | 1,017 | 3,64 | 24,5 | 30,09 | 0,682 | |
| 0,779 | 1,022 | 3,78 | 25,3 | 32,49 | 0,681 | |
| 0,746 | 1,026 | 3,93 | 26,0 | 34,85 | 0,680 | |
| 0,674 | 1,038 | 4,27 | 27,4 | 40,61 | 0,677 | |
| 0,615 | 1,047 | 4,60 | 29,7 | 48,33 | 0,674 | |
| 0,566 | 1,059 | 4,91 | 31,4 | 55,46 | 0,676 | |
| 0,524 | 1,068 | 5,21 | 33,6 | 63,09 | 0,678 | |
| 0,456 | 1,093 | 5,74 | 36,2 | 79,38 | 0,687 | |
| 0,404 | 1,114 | 6,22 | 39,1 | 96,89 | 0,699 | |
| 0,362 | 1,135 | 6,71 | 41,8 | 115,4 | 0,706 | |
| 0,329 | 1,156 | 7,18 | 44,3 | 134,8 | 0,713 | |
| 0,301 | 1,172 | 7,63 | 46,7 | 155,1 | 0,717 | |
| 0,277 | 1,185 | 8,07 | 49,0 | 177,1 | 0,719 | |
| 0,257 | 1,197 | 8,50 | 51,2 | 199,3 | 0,722 | |
| 0,239 | 1,210 | 9,15 | 53,5 | 233,7 | 0,724 |
يمكن تقريب الخصائص الفيزيائية الحرارية للهواء الجاف بالمعادلات التالية.
اللزوجة الحركية للهواء الجاف عند درجات حرارة من -20 إلى +140 درجة مئوية ، م 2 / ث:
باسكال ؛ (1.24)
ومن 140 إلى 400 درجة مئوية ، متر مربع / ثانية:
. (1.25)
الجدول 1.2. الخصائص الفيزيائية للماء في حالة التشبع
| ر، درجة مئوية | ، كجم / م 3 | ، kJ / (kg × K) | ، W / (م × ك) | ، م 2 / ثانية | ، N / م | العلاقات العامة | |
| 999,9 | 4,212 | 55,1 | 1,789 | -0,63 | 756,4 | 13,67 | |
| 999,7 | 4,191 | 57,4 | 1,306 | 0,7 | 741,6 | 9,52 | |
| 998,2 | 4,183 | 59,9 | 1,006 | 1,82 | 726,9 | 7,02 | |
| 995,7 | 4,174 | 61,8 | 0,805 | 3,21 | 712,2 | 5,42 | |
| 992,2 | 4,174 | 63,5 | 0,659 | 3,87 | 696,5 | 4,31 | |
| 988,1 | 4,174 | 64,8 | 0,556 | 4,49 | 676,9 | 3,54 | |
| 983,2 | 4,179 | 65,9 | 0,478 | 5,11 | 662,2 | 2,98 | |
| 977,8 | 4,187 | 66,8 | 0,415 | 5,70 | 643,5 | 2,55 | |
| 971,8 | 4,195 | 67,4 | 0,365 | 6,32 | 625,9 | 2,21 | |
| 965,3 | 4,208 | 68,0 | 0,326 | 6,95 | 607,2 | 1,95 | |
| 958,4 | 4,220 | 68,3 | 0,295 | 7,52 | 588,6 | 1,75 | |
| 951,0 | 4,233 | 68,5 | 0,272 | 8,08 | 569,0 | 1,60 | |
| 943,1 | 4,250 | 68,6 | 0,252 | 8,64 | 548,4 | 1,47 | |
| 934,8 | 4,266 | 68,6 | 0,233 | 9,19 | 528,8 | 1,36 | |
| 926,1 | 4,287 | 68,5 | 0,217 | 9,72 | 507,2 | 1,26 | |
| 917,0 | 4,313 | 68,4 | 0,203 | 10,3 | 486,6 | 1,17 | |
| 907,4 | 4,346 | 68,3 | 0,191 | 10,7 | 466,0 | 1,10 | |
| 897,3 | 4,380 | 67,9 | 0,181 | 11,3 | 443,4 | 1,05 | |
| 886,9 | 4,417 | 67,4 | 0,173 | 11,9 | 422,8 | 1,00 | |
| 876,0 | 4,459 | 67,0 | 0,165 | 12,6 | 400,2 | 0,96 | |
| 863,0 | 4,505 | 66,3 | 0,158 | 13,3 | 376,7 | 0,93 |
كثافة الغاز الرطب ، كجم / م 3.
2. الحرارة التي تحملها غازات العادم. دعونا نحدد السعة الحرارية لغازات المداخن عند tux = 8000C ؛
3. فقدان الحرارة من خلال التوصيل الحراري.
خسائر من خلال القبو
سمك القبو 0.3 م ، والمواد من النار. نحن نقبل أن درجة حرارة السطح الداخلي للقبة تساوي درجة حرارة الغازات.
متوسط درجة حرارة الفرن:
وفقًا لدرجة الحرارة هذه ، نختار معامل التوصيل الحراري لمادة النار:
وبالتالي ، فإن الخسائر من خلال الخزنة هي:
حيث α هو معامل انتقال الحرارة من السطح الخارجي للجدران إلى الهواء المحيط ، يساوي 71.2 كيلو جول / (م 2 * ح * 0 درجة مئوية)
خسائر عبر الجدران. يتكون البناء من الجدران من طبقتين (فيرريكلاي 345 مم ، تراب دياتومي 115 مم)
مساحة الجدار ، م 2:
منطقة منهجية
منطقة اللحام
منطقة توميل
نهاية
إجمالي مساحة الجدار 162.73 م 2
مع توزيع درجة الحرارة الخطية على سمك الجدار ، فإن متوسط درجة حرارة النار سيكون 5500 درجة مئوية ، والدياتوميت 1500 درجة مئوية.
لذلك.
خسارة كاملة من خلال البناء
4. وفقًا للبيانات العملية ، يتم أخذ فقد الحرارة مع مياه التبريد بما يعادل 10٪ Qx من الدخل ، أي Qx + Qp
5. نقبل الخسائر غير المحسوبة بمقدار 15٪ Q من مدخلات الحرارة
قم بتكوين معادلة التوازن الحراري للفرن
يتلخص التوازن الحراري للفرن في الجدول 1 ؛ 2
الجدول 1
الجدول 2
| الاستهلاك كيلو جول / ساعة | % |
| تنفق الحرارة على تسخين المعدن
| 53 |
| حرارة غاز المداخن | 26 |
| الخسائر من خلال البناء
| 1,9 |
| خسائر مياه التبريد | 6,7 |
| خسائر غير محسوبة | 10,6 |
| المجموع: | 100 |
سيكون استهلاك الحرارة المحدد لتسخين 1 كجم من المعدن
اختيار وحساب الشعلات
نقبل تركيب شعلات من النوع "أنبوب في الأنبوب" في الفرن.
يوجد 16 قطعة في مناطق اللحام ، 4 قطع في منطقة الحجز. إجمالي عدد الشعلات 20 قطعة. حدد الكمية المقدرة للهواء القادم إلى موقد واحد.
Vв - استهلاك الهواء كل ساعة ؛
تلفزيون - 400 + 273 = 673 كلفن - درجة حرارة تسخين الهواء ؛
N هو عدد الشعلات.
يفترض أن يكون ضغط الهواء أمام الموقد 2.0 كيلو باسكال. ويترتب على ذلك أن تدفق الهواء المطلوب يتم توفيره بواسطة الموقد DBV 225.
تحديد الكمية المقدرة للغاز لكل موقد ؛
VG \ u003d V = 2667 استهلاك الوقود كل ساعة ؛
TG = 50 + 273 = 323 كلفن - درجة حرارة الغاز ؛
N هو عدد الشعلات.
8. حساب المبادل الحراري
لتسخين الهواء ، نقوم بتصميم مبادل حراري ذو حلقة معدنية مصنوع من الأنابيب بقطر 57 / 49.5 مم مع ترتيب ممر من الدرجة الخاصة بهم
البيانات الأولية للحساب:
استهلاك الوقود لكل ساعة B = 2667 kJ / h ؛
استهلاك الهواء لكل 1 م 3 من الوقود Lα = 13.08 م 3 / م 3 ؛
كمية نواتج الاحتراق من 1 م 3 من الغاز القابل للاحتراق Vα = 13.89 م 3 / م 3 ؛
تلفزيون درجة حرارة تسخين الهواء = 4000 درجة مئوية ؛
درجة حرارة غازات المداخن من الفرن = 8000 درجة مئوية.
استهلاك الهواء كل ساعة:
إخراج الدخان كل ساعة:
كمية الدخان التي تمر كل ساعة عبر المبادل الحراري ، مع الأخذ في الاعتبار فقدان الدخان للخروج من خلال المخمد الالتفافي وتسرب الهواء.
المعامل م ، مع الأخذ في الاعتبار فقدان الدخان ، نأخذ 0.7.
المعامل مع مراعاة تسرب الهواء في الخنازير ، سوف نأخذ 0.1.
درجة حرارة الدخان أمام المبادل الحراري ، مع مراعاة تسرب الهواء ؛
حيث iух هو المحتوى الحراري لغازات المداخن عند tух = 8000 درجة مئوية
يتوافق محتوى الحرارة هذا مع درجة حرارة الدخان tD = 7500 درجة مئوية. (انظر الشكل 67 (3))
يمكن تحديد الخصائص الفيزيائية الحرارية لمنتجات الاحتراق الغازي اللازمة لحساب اعتماد المعلمات المختلفة على درجة حرارة وسط غازي معين على أساس القيم الواردة في الجدول. على وجه الخصوص ، يتم الحصول على هذه الاعتماد على السعة الحرارية في الشكل:
ج بسم = أ -1/ د,
أين أ = 1,3615803; ب = 7,0065648; ج = 0,0053034712; د = 20,761095;
ج بسم = أ + bT سم + سي تي 2 سم,
أين أ = 0,94426057; ب = 0,00035133267; ج = -0,0000000539.
يفضل الاعتماد الأول من حيث دقة التقريب ، ويمكن أخذ الاعتماد الثاني لإجراء حسابات أقل دقة.
المعلمات الفيزيائية لغازات المداخن
(في ف = 0.0981 ميجا باسكال ؛ صثاني أكسيد الكربون = 0.13 ؛ ص H2O = 0.11 ؛ ص N2 = 0.76)
| ر، ° С | γ ، N م -3 | مع ص، W (م 2 درجة مئوية) -1 | λ 10 2، W (m K) -1 | أ 10 6، م 2 ث -1 | μ 10 6 ، باسكال s | الخامس 10 6، م 2 ث -1 | العلاقات العامة |
| 12,704 | 1,04 | 2,28 | 16,89 | 15,78 | 12,20 | 0,72 | |
| 9,320 | 1,07 | 3,13 | 30,83 | 20,39 | 21,54 | 0,69 | |
| 7,338 | 1,10 | 4,01 | 48,89 | 24,50 | 32,80 | 0,67 | |
| 6,053 | 1,12 | 4,84 | 69,89 | 28,23 | 45,81 | 0,65 | |
| 5,150 | 1,15 | 5,70 | 94,28 | 31,69 | 60,38 | 0,64 | |
| 4,483 | 1,18 | 6,56 | 121,14 | 34,85 | 76,30 | 0,63 | |
| 3,973 | 1,21 | 7,42 | 150,89 | 37,87 | 93,61 | 0,62 | |
| 3,561 | 1,24 | 8,27 | 183,81 | 40,69 | 112,10 | 0,61 | |
| 3,237 | 1,26 | 9,15 | 219,69 | 43,38 | 131,80 | 0,60 | |
| 2,953 | 1,29 | 10,01 | 257,97 | 45,91 | 152,50 | 0,59 | |
| 2,698 | 1,31 | 10,90 | 303,36 | 48,36 | 174,30 | 0,58 | |
| 2,521 | 1,32 | 11,75 | 345,47 | 40,90 | 197,10 | 0,57 | |
| 2,354 | 1,34 | 12,62 | 392,42 | 52,99 | 221,00 | 0,56 |
الملحق 3
(المرجعي)
نفاذية الهواء والدخان لمجاري الهواء والصمامات
1 - لتحديد التسربات أو تسربات الهواء فيما يتعلق بمجاري التهوية لأنظمة مكافحة الدخان ، يمكن استخدام الصيغ التالية التي تم الحصول عليها من خلال البيانات الجدولية التقريبية:
لمجاري الهواء من الفئة H (في نطاق الضغط 0.2 - 1.4 كيلو باسكال): ΔL = أ(ص - ب)مع، أين ΔL- سحب (تسرب) الهواء ، م 3 / م 2 س ؛ ص- الضغط ، كيلو باسكال ؛ أ = 10,752331; ب = 0,0069397038; مع = 0,66419906;
لمجاري الهواء من الفئة P (في نطاق الضغط 0.2 - 5.0 كيلو باسكال): أين أ = 0,00913545; ب =-3.1647682 10 8 ؛ ج =-1.2724412 10 9 ؛ د = 0,68424233.
2. بالنسبة لمخمدات الحريق المغلقة عادةً ، تتوافق القيم العددية للخاصية المحددة لمقاومة الدخان واختراق الغاز اعتمادًا على درجة حرارة الغاز مع البيانات التي تم الحصول عليها أثناء اختبارات حريق البدلاء لمختلف المنتجات في القاعدة التجريبية لـ VNIIPO:
| 1. أحكام عامة. 2 2. البيانات الأولية. 3 3. تهوية دخان العادم. 4 3.1. إزالة نواتج الاحتراق مباشرة من غرفة الاحتراق. 4 3.2. إزالة منتجات الاحتراق من الأماكن المجاورة. 7 4. توريد تهوية الدخان. 9 4.1. إمداد الهواء إلى بئر السلم. 9 4.2. إمداد الهواء لرفع الأعمدة 14 4.3. إمداد الهواء لأقفال الدهليز 16 4.4. تعويض إمداد الهواء. 17 5. الخصائص التقنية للمعدات. 17 5.1. معدات لأنظمة تهوية دخان العادم. 17 5.2. معدات لتزويد أنظمة تهوية الدخان. 21 6. طرق التحكم في الحريق. 21 المراجع .. 22 الملحق 1. تحديد المعلمات الرئيسية لحمل النار في المباني. 22 التذييل 2. الخواص الفيزيائية الحرارية لغازات المداخن. 24 الملحق 3. نفاذية الهواء والدخان لمجاري الهواء والصمامات. 25 |