Termofyzikální charakteristiky a vlastnosti plynů. Tepelná kapacita produktů úplného spalování ve stechiometrickém objemu vzduchu Vlastnosti spalin jako funkce teploty
Spalné teplo. Výhřevnost suchého plynného paliva Qf se velmi pohybuje od 4 do 47 MJ/m3 a závisí na jeho složení – poměru a kvalitě spalitelného a nespalitelného paliva.
komponenty. Nejnižší hodnota Qf pro vysokopecní plyn, jehož průměrné složení je asi 30 % hořlavých plynů (hlavně oxidu uhelnatého CO) a asi 60 % nespalitelného dusíku N2. Největší
Hodnota Qf pro přidružené plyny, jejichž složení se vyznačuje vysokým obsahem těžkých uhlovodíků. Spalné teplo zemních plynů kolísá v úzkém rozmezí Qf = 35,5…37,5 MJ/m3.
Nižší výhřevnost jednotlivých plynů tvořících plynná paliva je uvedena v tabulce. 3.2. Metody stanovení výhřevnosti plynných paliv jsou uvedeny v části 3.
Hustota. Existuje absolutní a relativní hustota plynů.
Absolutní hustota plynu rg, kg/m3, je hmotnost plynu na 1 m3 objemu, který tento plyn zabírá. Při výpočtu hustoty jednotlivého plynu se bere objem jeho kilomo-la rovný 22,41 m3 (jako u ideálního plynu).
Relativní hustota plynu Rotn je poměr absolutní hustoty plynu za normálních podmínek a podobné hustoty vzduchu:
Rotn \u003d Rg / Pv \u003d Rg / 1,293, (6.1)
Kde rg, pE jsou, v tomto pořadí, absolutní hustota plynu a vzduchu za normálních podmínek, kg/m3. Relativní hustota plynů se obvykle používá k porovnání různých plynů mezi sebou.
Hodnoty absolutní a relativní hustoty jednoduchých plynů jsou uvedeny v tabulce. 6.1.
Hustota plynné směsi pjM, kg/m3, se určuje na základě pravidla aditivity, podle kterého se sčítají vlastnosti plynů resp. objemový zlomek v mixu:
kde Xj je objemový obsah 7. plynu v palivu, %; (rg); - hustota j-tého plynu, který je součástí paliva, kg/m3; n je počet jednotlivých plynů v palivu.
Hodnoty hustoty plynných paliv jsou uvedeny v tabulce. P.5.
Hustotu plynu p, kg/m3 v závislosti na teplotě a tlaku lze vypočítat podle vzorce
Kde p0 je hustota plynu za normálních podmínek (T0 = 273 K a p0 = 101,3 kPa), kg/m3; p a T jsou aktuální tlak, kPa, a absolutní teplota plynu, K.
Téměř všechny druhy plynných paliv jsou lehčí než vzduch, proto se při úniku plyn hromadí pod stropy. Z bezpečnostních důvodů je před spuštěním kotle bezpodmínečně nutné zkontrolovat nepřítomnost plynu v nejpravděpodobnějších místech jeho akumulace.
Viskozita plynů roste s rostoucí teplotou. Hodnoty dynamického viskozitního koeficientu p, Pa-s lze vypočítat pomocí empirické Seser-Landovy rovnice
Tabulka 6.1
Charakteristika složek plynového paliva (při t - O ° C chr \u003d 101,3 kPa)
|
Chemikálie |
molární hmotnost M, |
Hustota |
Hromadné koncentráty |
||
|
Název plynu |
Absolutní |
Relativní |
Sionické meze vznícení plynu ve směsi se vzduchem,% |
||
|
hořlavé plyny |
|||||
|
Propylen |
|||||
|
kysličník uhelnatý |
|||||
|
sirovodík |
|||||
|
nehořlavé plyny |
|||||
|
Oxid uhličitý |
|||||
|
kysličník siřičitý |
|||||
|
Kyslík |
|||||
|
Atmosférický vzduch. |
|||||
|
vodní pára |
Kde p0 je koeficient dynamické viskozity plynu za normálních podmínek (G0 = 273 K a p0 - 101,3 kPa), Pa-s; T je absolutní teplota plynu, K; C - koeficient v závislosti na druhu plynu, K, je převzat z tabulky. 6.2.
Pro směs plynů lze koeficient dynamické viskozity přibližně určit z hodnot viskozity jednotlivých složek:
kde gj je hmotnostní zlomek j-tého plynu v palivu, %; Zu - koeficient dynamické viskozity j-té složky, Pa-s; n je počet jednotlivých plynů v palivu.
V praxi se hojně využívá koeficient kinematické viskozity V, m2/s, který
která souvisí s dynamickou viskozitou p přes hustotu p závislostí
V = r / r. (6.6)
S přihlédnutím k (6.4) a (6.6) lze koeficient kinematické viskozity v, m2/s v závislosti na tlaku a teplotě vypočítat podle vzorce
Kde v0 je koeficient kinematické viskozity plynu za normálních podmínek (Go = 273 K a p0 = 101,3 kPa), m2/s; p a G jsou aktuální tlak, kPa, a absolutní teplota plynu, K; C - koeficient v závislosti na druhu plynu, K, je převzat z tabulky. 6.2.
Hodnoty koeficientů kinematické viskozity pro plynná paliva jsou uvedeny v tabulce. P.9.
Tabulka 6.2
Součinitele viskozity a tepelné vodivosti složek plynných paliv
(při t \u003d 0 ° С ir \u003d 101,3 kPa)
|
Název plynu |
Viskozitní faktor |
Součinitel tepelné vodivosti N03, W/(m-K) |
Sutherlandův koeficient C, K |
|
|
Dynamic r-106, Pa-s |
Kinematická v-106, m2/s |
|||
|
hořlavé plyny |
||||
|
Propylen |
||||
|
kysličník uhelnatý |
||||
|
sirovodík |
||||
|
nehořlavé plyny Oxid uhličitý |
||||
|
Kyslík |
||||
|
Atmosférický vzduch |
||||
|
Vodní pára při 100 °C |
Tepelná vodivost. Přenos molekulární energie v plynech je charakterizován součinitelem tepelné vodivosti ‘k, W / (m-K). Součinitel tepelné vodivosti je nepřímo úměrný tlaku a roste s rostoucí teplotou. Hodnoty koeficientu X lze vypočítat pomocí Sutherlandova vzorce
Kde X,0 je tepelná vodivost plynu za normálních podmínek (G0 = 273 K a Po = 101,3 kPa), W / (m-K); p a T jsou aktuální tlak, kPa, a absolutní teplota plynu, K; C - koeficient v závislosti na druhu plynu, K, je převzat z tabulky. 6.2.
Hodnoty součinitelů tepelné vodivosti pro plynná paliva jsou uvedeny v tabulce. P.9.
Tepelná kapacita plynného paliva na 1 m3 suchého plynu závisí na jeho složení a je obecně definována jako
4L=0 0,01(CH2H2+Ccos0+
CCH4CH4 + cCo2cOg + - + cx. X;), (6,9) - tepelné kapacity jednotlivých složek paliva, vodíku, oxidu uhelnatého, metanu, oxidu uhličitého a /-té složky, kJ / (m3-K); H2, CO, CH4, CO2, ..., Xg--
Tepelné kapacity hořlavých složek plynného paliva jsou uvedeny v tabulce. S.6, nehořlavé - v tabulce. P.7.
Tepelná kapacita mokrého plynného paliva
Cgtl, kJ/(m3-K), je definován jako
<тл = ctrn + 0,00124cHzq йтля, (6.10) где drTn- влагосодержание газообразного топлива,
Výbušnost. Směs hořlavého plynu se vzduchem v určitých poměrech za přítomnosti ohně nebo dokonce jiskry může explodovat, to znamená, že se vznítí a hoří rychlostí blízkou rychlosti šíření zvuku. Výbušné koncentrace hořlavého plynu ve vzduchu závisí na chemickém složení a vlastnostech plynu. Limity objemové koncentrace vznícení pro jednotlivé hořlavé plyny ve směsi se vzduchem jsou uvedeny výše v tabulce. 6.1. Nejširší limity vznícení mají vodík (4.. .74 % obj.) a oxid uhelnatý (12.5...74 %). U zemního plynu je průměrná dolní a horní hranice hořlavosti 4,5 a 17 % objemových; pro koks - 5,6 a 31 %; pro doménu - 35 a 74 %.
Toxicita. Toxicitou se rozumí schopnost plynu způsobit otravu živých organismů. Stupeň toxicity závisí na druhu plynu a jeho koncentraci. Nejnebezpečnějšími složkami plynu jsou v tomto ohledu oxid uhelnatý CO a sirovodík H2S.
Toxicita plynných směsí je dána především koncentrací nejtoxičtějších složek přítomných ve směsi, přičemž její škodlivý účinek se zpravidla výrazně zvyšuje v přítomnosti jiných škodlivých plynů.
Přítomnost a koncentraci škodlivých plynů ve vzduchu lze určit speciálním zařízením - analyzátorem plynů.
Téměř všechny zemní plyny jsou bez zápachu. Pro zjištění úniku plynu a provedení bezpečnostních opatření je zemní plyn před vstupem do hlavní odorizován, to znamená, že je nasycen látkou, která má pronikavý zápach (například merkaptany).
Spalné teplo různé druhy palivo se velmi liší. Například u topného oleje je to přes 40 MJ/kg a u vysokopecního plynu a některých druhů živičných břidlic je to asi 4 MJ/kg. Složení energetických paliv se také velmi liší. Stejné kvalitativní charakteristiky, v závislosti na typu a značce paliva, se tedy mohou navzájem kvantitativně výrazně lišit.
Uvedené vlastnosti paliva. Pro srovnávací analýzu se v roli charakteristik shrnujících kvalitu paliva používají dané charakteristiky paliva, %-kg / MJ, které se obecně počítají podle vzorce
Kde хг je ukazatel kvality pracovního paliva, %; Q[ - měrné spalné teplo (nejnižší), MJ/kg.
Tedy například pro výpočet redukovaného
Vlhkostní obsah popela síry S „p a
Dusík N^p (pro provozní podmínky paliva)
Vzorec (7.1) má následující formu, %-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)
Jako ilustrativní příklad je následující srovnání orientační za předpokladu, že se v kotlích stejného tepelného výkonu spalují různá paliva. Takže srovnání snížené vlhkosti uhlí u Moskvy
Stupně 2B (WЈp = 3,72 % -kg / MJ) a Nazarov-
Uhlí 2B (W^p = 3,04 %-kg / MJ) ukazuje, že v prvním případě bude množství vlhkosti vnesené do topeniště kotle s palivem přibližně 1,2krát větší než ve druhém, a to i přesto, že pracovní vlhkost uhlí u Moskvy (W[ \u003d 31%) je nižší než vlhkost
Nazarovského uhlí (Wf = 39 %).
podmíněné palivo. V energetice, za účelem srovnání účinnosti využití paliva v různých kotelnách, plánování výroby a spotřeby paliva v ekonomických kalkulacích, byl zaveden koncept konvenčního paliva. Jako standardní palivo je akceptováno takové palivo, jehož měrná výhřevnost (nejnižší) v provozním stavu je rovna Qy T = 29300 kJ/kg (resp.
7000 kcal/kg).
Pro každé přírodní palivo existuje tzv. bezrozměrný tepelný ekvivalent E, který může být větší nebo menší než jedna:
Při spalování palivového uhlíku na vzduchu podle rovnice (21C + 2102 + 79N2 = 21C02 + 79N2) připadá na každý objem CO2 ve spalinách 79: 21 = 3,76 objemů N2.
Spalováním antracitu, chudého uhlí a dalších paliv s vysokým obsahem uhlíku vznikají produkty spalování, které jsou svým složením podobné produktům spalování uhlíku. Při spalování vodíku podle rovnice
42H2+2102+79N2=42H20+79N2
Na každý objem H20 připadá 79:42 = 1,88 objemu dusíku.
Ve zplodinách spalování přírodních, zkapalněných a koksárenských plynů, kapalných paliv, palivového dřeva, rašeliny, hnědého uhlí, dlouhoplamenného a plynového uhlí a dalších paliv se značným obsahem vodíku v hořlavé hmotě vzniká velké množství vodní páry. , někdy přesahující objem CO2. Přítomnost vlhkosti v horní části
|
Tabulka 36 Tepelná kapacita, kcal/(m3. °С) |
Živé přirozeně zvyšuje obsah vodní páry ve zplodinách hoření.
Složení výrobků úplné spalování hlavní druhy paliva ve stechiometrickém objemu vzduchu jsou uvedeny v tabulce. 34. Z údajů v této tabulce je patrné, že obsah N2 ve spalinách všech druhů paliv výrazně převyšuje celkový obsah C02-f-H20 a ve spalinách uhlíku činí 79 %.
Produkty spalování vodíku obsahují 65 % N2, produkty spalování přírodních a zkapalněných plynů, benzínu, topného oleje a dalších uhlovodíkových paliv obsahují 70-74 % N2.
Rýže. 5. Objemová tepelná kapacita
Produkty spalování
4 - produkty spalování uhlíku
5 - produkty spalování vodíku
Průměrnou tepelnou kapacitu produktů úplného spalování, které neobsahují kyslík, lze vypočítat podle vzorce
C \u003d 0,01 (Cc02C02 + Cso2S02 + Cn20H20 + CN2N2) kcal / (m3 - ° С), (VI. 1)
Kde Сс0г, Cso2, СНа0, CNa jsou objemové tepelné kapacity oxidu uhličitého, oxidu siřičitého, vodní páry a dusíku a С02, S02, Н20 a N2 jsou obsahy odpovídajících složek ve spalinách, % (obj.) .
V souladu s tímto vzorcem (VI. 1) má následující formu:
C \u003d 0,01 (Cc02/a 02 + CHj0H20-bCNi! N2) kcal / (m3 "°C). (VI.2)
Průměrná objemová tepelná kapacita CO2, H20 a N2 v teplotním rozsahu 0 až 2500 °C je uvedena v tabulce. 36. Křivky charakterizující změnu průměrné objemové tepelné kapacity těchto plynů s rostoucí teplotou jsou znázorněny na Obr. 5.
Od stolu. 16 údaje a křivky znázorněné na Obr. 5 ukazuje následující:
1. Objemová tepelná kapacita CO2 výrazně převyšuje tepelnou kapacitu H20, která zase převyšuje tepelnou kapacitu N2 v celém teplotním rozsahu od 0 do 2000 °C.
2. Tepelná kapacita CO2 roste s rostoucí teplotou rychleji než tepelná kapacita H20 a tepelná kapacita H20 rychleji než tepelná kapacita N2. Navzdory tomu se však vážené průměrné objemové tepelné kapacity produktů spalování uhlíku a vodíku ve stechiometrickém objemu vzduchu liší jen málo.
Tato na první pohled poněkud nečekaná situace je způsobena tím, že v produktech úplného spalování uhlíku ve vzduchu připadá na každý metr krychlový CO2, který má největší objemovou tepelnou kapacitu, 3,76 m3 N2 s minimem objemový
|
Průměrné objemové tepelné kapacity spalin uhlíku a vodíku v teoreticky potřebném množství vzduchu, kcal/(m3-°C)
|
Tepelná kapacita a v produktech spalování vodíku na každý metr krychlový vodní páry, jejíž objemová tepelná kapacita je menší než CO2, ale větší než N2, je poloviční množství dusíku (1,88 m3).
V důsledku toho se průměrné objemové tepelné kapacity spalovacích produktů uhlíku a vodíku ve vzduchu vyrovnají, jak je patrné z údajů v tabulce. 37 a srovnání křivek 4 a 5 na Obr. 5. Rozdíl ve vážených průměrných tepelných kapacitách produktů spalování uhlíku a vodíku ve vzduchu nepřesahuje 2 %. Tepelné kapacity produktů spalování paliva, které sestává převážně z uhlíku a vodíku, ve stechiometrickém objemu vzduchu leží přirozeně v úzké oblasti mezi křivkami 4 a 5 (na obr. 5 stínované).
Produkty úplného spalování různých videů; paliva ve stechiometrickém vzduchu v teplotním rozsahu od 0 do 2100 °C mají následující tepelnou kapacitu, kcal/(m3>°C):
Kolísání tepelné kapacity produktů spalování různých druhů paliv je relativně malé. V tuhé palivo s vysokým obsahem vlhkosti (palivové dřevo, rašelina, hnědé uhlí atd.) je tepelná kapacita spalin ve stejném rozsahu teplot vyšší než u paliva s nízkým obsahem vlhkosti (antracit, uhlí, topný olej, zemní plyn atd. .). Je to dáno tím, že při spalování paliva s vysokým obsahem vlhkosti ve zplodinách hoření se zvyšuje obsah vodní páry, která má oproti dvouatomovému plynu – dusíku vyšší tepelnou kapacitu.
V tabulce. 38 ukazuje průměrné objemové tepelné kapacity produktů úplného spalování, neředěných vzduchem, pro různé rozsahy teplot.
Tabulka 38
|
Hodnota průměrných tepelných kapacit produktů spalování paliva a vzduchu neředěného vzduchem v teplotním rozsahu od 0 do t ° С
|
Zvýšení obsahu vlhkosti v palivu zvyšuje tepelnou kapacitu spalin v důsledku zvýšení obsahu vodní páry v nich ve stejném teplotním rozsahu ve srovnání s tepelnou kapacitou spalin paliva s nižší vlhkostí obsahu a zároveň snižuje teplotu spalování paliva v důsledku zvýšení objemu spalin vlivem vodního páru.
S rostoucím obsahem vlhkosti v palivu se v daném teplotním rozsahu zvyšuje objemová tepelná kapacita spalin a současně se teplotní interval snižuje z 0 na £max v důsledku poklesu hodnoty<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).
To umožňuje značně zjednodušit stanovení kalorimetrických a výpočtových teplot spalování (podle metody popsané v kapitole VII). Povolená chyba v tomto případě obvykle nepřesahuje 1% nebo 20°.
Z uvažování křivek 4 a 5 na Obr. 5 je vidět, že poměr tepelné kapacity produktů úplného spálení uhlíku ve stechiometrickém objemu vzduchu v teplotním rozsahu od 0 do t °C, například od 0 do
|
Tepelná kapacita spalin od 0 do t’mayL různých druhů tuhých paliv s vlhkostí 0 až 40 %, ve stechiometrickém objemu vzduchu
|
200 a od 0 do 2100 °C se prakticky rovnají poměru tepelných kapacit produktů spalování vodíku ve stejných teplotních rozsazích. Uvedený poměr tepelných kapacit C' zůstává pro produkty úplného spalování různých druhů paliv ve stechiometrickém objemu vzduchu prakticky konstantní.
V tabulce. 40 jsou uvedeny poměry tepelných kapacit produktů úplného spalování paliva s nízkým obsahem balastu, který přechází do plynných zplodin hoření (antracit, koks, uhlí, kapalné palivo, přírodní, ropa, koksárenské plyny atd.) v teplotním rozsahu od 0 do t ° С a v teplotním rozsahu od 0 do 2100 °C. Protože se tepelná kapacita těchto druhů paliv blíží 2100 °C, je udávaný poměr tepelných kapacit C' roven poměru tepelných kapacit v teplotním rozsahu od 0 do t a od 0 do tm&x-
V tabulce. 40 dále uvádí hodnoty C', vypočtené pro produkty spalování paliva s vysokým obsahem balastu, který přechází při spalování paliva na plynné produkty spalování, tj. vlhkost v tuhém palivu, dusík a oxid uhličitý v plynném pohonné hmoty. Tepelná kapacita těchto druhů paliv (dřevo, rašelina, hnědé uhlí, směsný generátor, vzduch a vysokopecní plyny) je 1600-1700 °C.
Tabulka 40
|
Poměr tepelných kapacit spalin C' a vzduchu K v teplotním rozsahu od 0 do t °C k tepelné kapacitě spalin od 0 do
|
Jak je vidět z tabulky. 40 se hodnoty C' a K málo liší i pro produkty spalování paliva s různým obsahem balastu a tepelným výkonem.
Vlhký vzduch je směs suchého vzduchu a vodní páry. V nenasyceném vzduchu je vlhkost ve stavu přehřáté páry, a proto lze vlastnosti vlhkého vzduchu přibližně popsat zákony ideálních plynů.
Hlavní vlastnosti vlhkého vzduchu jsou:
1. Absolutní vlhkost G, která určuje množství vodní páry obsažené v 1 m 3 vlhkého vzduchu. Vodní pára zabírá celý objem směsi, takže absolutní vlhkost vzduchu je rovna hmotnosti 1 m 3 vodní páry nebo hustoty páry, kg/m 3
2. Relativní vlhkost j se vyjadřuje poměrem absolutní vlhkosti vzduchu k jeho maximální možné vlhkosti při stejném tlaku a teplotě, nebo poměrem hmotnosti vodní páry obsažené v 1 m 3 vlhkého vzduchu k hmotnosti vodní páry potřebné k úplnému nasycení 1 m 3 vlhkého vzduchu při stejném tlaku a teplotě.
Relativní vlhkost určuje stupeň nasycení vzduchu vlhkostí:
, (1.2)
kde parciální tlak vodní páry odpovídá její hustotě Pa; - tlak syté páry při stejné teplotě, Pa; - maximální možné množství páry v 1 m 3 nasyceného vlhkého vzduchu, kg / m 3; - hustota par při jejím parciálním tlaku a teplotě vlhkého vzduchu, kg/m 3 .
Vztah (1.2) platí pouze tehdy, když lze předpokládat, že pára kapaliny je ideálním plynem až do stavu nasycení.
Hustota vlhkého vzduchu r je součet hustot vodní páry a suchého vzduchu při parciálních tlacích 1 m 3 vlhkého vzduchu o teplotě vlhkého vzduchu T, TO:
(1.3)
kde je hustota suchého vzduchu při jeho parciálním tlaku 1 m 3 vlhkého vzduchu, kg / m 3; - parciální tlak suchého vzduchu, Pa; - plynová konstanta suchého vzduchu, J/(kg×K).
Vyjádřením a stavovou rovnicí pro vzduch a vodní páru získáme
, (1.5)
kde je hmotnostní průtok vzduchu a vodní páry, kg/s.
Tyto rovnosti platí pro stejný objem PROTI vlhký vzduch o stejné teplotě. Vydělením druhé rovnosti první dostaneme další výraz pro obsah vlhkosti
. (1.6)
Dosazením hodnot plynových konstant pro vzduch J/(kg×K) a pro vodní páru J/(kg×K) získáme hodnotu obsahu vlhkosti vyjádřenou v kilogramech vodní páry na 1 kg suchého vzduchu.
. (1.7)
Nahrazení parciálního tlaku vzduchu hodnotou , kde z předchozího a V je barometrický tlak vzduchu ve stejných jednotkách jako R, dostaneme pro vlhký vzduch pod barometrickým tlakem
. (1.8)
Při daném barometrickém tlaku tedy vlhkost vzduchu závisí pouze na parciálním tlaku vodní páry. Maximální možný obsah vlhkosti ve vzduchu, odkud
. (1.9)
Protože tlak nasycení roste s teplotou, maximální možné množství vlhkosti, které může být obsaženo ve vzduchu, závisí na jeho teplotě, a to čím více, tím vyšší je teplota. Jsou-li rovnice (1.7) a (1.8) řešeny pro a , pak dostáváme
(1.10)
. (1.11)
Objem vlhkého vzduchu v metrech krychlových na 1 kg suchého vzduchu se vypočítá podle vzorce
(1.12)
Specifický objem vlhkého vzduchu proti, m 3 / kg, se stanoví vydělením objemu vlhkého vzduchu hmotností směsi na 1 kg suchého vzduchu:
Vlhký vzduch jako nosič tepla je charakterizován entalpií (v kilojoulech na 1 kg suchého vzduchu) rovnou součtu entalpií suchého vzduchu a vodní páry
(1.14)
kde je měrná tepelná kapacita suchého vzduchu, kJ/(kg×K); t– teplota vzduchu, °С; i- entalpie přehřáté páry, kJ/kg.
Entalpie 1 kg suché nasycené vodní páry při nízkých tlacích je určena empirickým vzorcem, kJ/kg:
kde je konstantní koeficient přibližně roven entalpii páry při teplotě 0 °C; = 1,97 kJ/(kg×K) – měrná tepelná kapacita páry.
Nahrazení hodnot i do vyjádření (1.14) a vezmeme-li měrné teplo suchého vzduchu konstantní a rovné 1,0036 kJ / (kg × K), zjistíme entalpii vlhkého vzduchu v kilojoulech na 1 kg suchého vzduchu:
Pro stanovení parametrů mokrého plynu se používají rovnice podobné těm, které byly diskutovány výše.
, (1.17)
kde je plynová konstanta pro zkušební plyn; R- tlak plynu.
Plynová entalpie, kJ/kg,
kde je měrná tepelná kapacita plynu, kJ/(kg×K).
Absolutní vlhkost plynu:
. (1.19)
Při výpočtu kontaktních výměníků tepla pro tepelné nosiče vzduch-voda můžete použít údaje v tabulce. 1.1-1.2 nebo vypočtené závislosti pro stanovení fyzikálně-chemických parametrů vzduchu (1.24-1.34) a vody (1.35). Pro spaliny lze použít údaje v tabulce 1. 1.3.
Hustota mokrého plynu, kg/m 3:
, (1.20)
kde je hustota suchého plynu při 0 °C, kg/m 3; Mg, Mp jsou molekulové hmotnosti plynu a páry.
Koeficient dynamické viskozity mokrého plynu, Pa×s:
, (1.21)
kde je koeficient dynamické viskozity vodní páry, Pa×s; - koeficient dynamické viskozity suchého plynu, Pa×s; 
- hmotnostní koncentrace páry, kg/kg.
Měrná tepelná kapacita mokrého plynu, kJ/(kg×K):
Součinitel tepelné vodivosti mokrého plynu, W/(m×K):
, (1.23)
kde k je adiabatický index; V– koeficient (pro monoatomické plyny V= 2,5; pro dvouatomové plyny V= 1,9; pro triatomové plyny V = 1,72).
Tabulka 1.1. Fyzikální vlastnosti suchého vzduchu ( R= 0,101 MPa)
| t, °C | , kg/m3 | , kJ/(kg×K) | , W/(m×K) | , Pa×s | m2/s | Pr |
| -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 |
Termofyzikální vlastnosti suchého vzduchu lze aproximovat následujícími rovnicemi.
Kinematická viskozita suchého vzduchu při teplotách od -20 do +140 °C, m 2 / s:
Pa; (1,24)
a od 140 do 400 °С, m2/s:
. (1.25)
Tabulka 1.2. Fyzikální vlastnosti vody ve stavu nasycení
| t, °C | , kg/m3 | , kJ/(kg×K) | , W/(m×K) | m2/s | , N/m | Pr | |
| 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 |
Hustota mokrého plynu, kg/m3.
2. teplo odváděné výfukovými plyny. Stanovme tepelnou kapacitu spalin při tux = 8000C;
3. tepelné ztráty zdivem tepelnou vodivostí.
Ztráty přes klenbu
Tloušťka klenby je 0,3 m, materiál je šamot. Připouštíme, že teplota vnitřního povrchu kopule je rovna teplotě plynů.
Průměrná teplota trouby:
Podle této teploty volíme součinitel tepelné vodivosti šamotového materiálu:
Ztráty v trezoru jsou tedy:
kde α je koeficient prostupu tepla z vnějšího povrchu stěn do okolního vzduchu, rovný 71,2 kJ / (m2 * h * 0С)
Ztráty přes zdi. Zdivo stěn je dvouvrstvé (šamot 345 mm, křemelina 115 mm)
Plocha stěny, m2:
metodická zóna
svařovací zóna
Tomilská zóna
konec
Celková plocha stěn 162,73 m2
Při lineárním rozložení teploty po tloušťce stěny bude průměrná teplota šamotu 5500C a diatomitu 1500C.
Tudíž.
Celková ztráta zdivem
4. Podle praktických údajů jsou tepelné ztráty chladicí vodou brány rovny 10 % Qx příjmu, tedy Qx + Qp
5. Akceptujeme nezapočtené ztráty ve výši 15 % Q tepelného příkonu
Sestavte rovnici tepelné bilance pece
Tepelná bilance pece je shrnuta v tabulce 1; 2
stůl 1
tabulka 2
| Spotřeba kJ/h | % |
| Teplo vynaložené na ohřev kovu
| 53 |
| teplo spalin | 26 |
| ztráty zdivem
| 1,9 |
| ztráty chladicí vody | 6,7 |
| nezaúčtované ztráty | 10,6 |
| Celkový: | 100 |
Měrná spotřeba tepla na ohřev 1 kg kovu bude
Výběr a výpočet hořáků
Akceptujeme, že v peci jsou instalovány hořáky typu "pipe in pipe".
V zónách svařování je 16 kusů, v zóně držení 4 kusy. celkový počet hořáků 20ks. Určete odhadované množství vzduchu přicházejícího do jednoho hořáku.
Vв - hodinová spotřeba vzduchu;
TV - 400 + 273 = 673 K - teplota ohřevu vzduchu;
N je počet hořáků.
Předpokládá se tlak vzduchu před hořákem 2,0 kPa. Z toho vyplývá, že potřebný průtok vzduchu zajišťuje hořák DBV 225.
Určete odhadované množství plynu na hořák;
VG \u003d V \u003d 2667 hodinová spotřeba paliva;
TG \u003d 50 + 273 \u003d 323 K - teplota plynu;
N je počet hořáků.
8. Výpočet výměníku tepla
Pro ohřev vzduchu navrhujeme kovový smyčkový výměník z trubek o průměru 57/49,5 mm s chodbovým uspořádáním jejich roztečí
Počáteční údaje pro výpočet:
Hodinová spotřeba paliva B=2667 kJ/h;
Spotřeba vzduchu na 1 m3 paliva Lα = 13,08 m3/m3;
Množství zplodin hoření z 1 m3 hořlavého plynu Vα =13,89 m3/m3;
Teplota ohřevu vzduchu tv = 4000С;
Teplota spalin z topeniště = 8000C.
Hodinová spotřeba vzduchu:
Hodinový výstup kouře:
Hodinové množství kouře procházejícího výměníkem tepla s přihlédnutím ke ztrátě kouře pro vyražení a přes obtokovou klapku a únik vzduchu.
Koeficient m, při zohlednění ztráty kouře, bereme 0,7.
Koeficient zohledňující únik vzduchu u prasat budeme brát 0,1.
Teplota kouře před výměníkem tepla s ohledem na únik vzduchu;
kde iух je tepelný obsah spalin při tух=8000С
Tento tepelný obsah odpovídá teplotě kouře tD=7500C. (Viz obr. 67(3))
Termofyzikální vlastnosti plynných produktů spalování potřebné pro výpočet závislosti různých parametrů na teplotě daného plynného média lze stanovit na základě hodnot uvedených v tabulce. Tyto závislosti tepelné kapacity se získají zejména ve tvaru:
C psm = a -1/ d,
kde A = 1,3615803; b = 7,0065648; C = 0,0053034712; d = 20,761095;
C psm = a + bT sm + cT 2 sm,
kde A = 0,94426057; b = 0,00035133267; C = -0,0000000539.
První závislost je výhodnější z hlediska přesnosti aproximace, druhá závislost může být použita pro výpočty s nižší přesností.
Fyzikální parametry spalin
(v P = 0,0981 MPa; R C02 = 0,13; p H20 = 0,11; R N2 = 0,76)
| t, °С | y, Nm-3 | s p, W (m 2 ° С) -1 | A102, W (mK)-1 | A 10 6, m 2 s -1 | μ 10 6, Pa s | proti 10 6, m 2 s -1 | Pr |
| 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 |
PŘÍLOHA 3
(odkaz)
Vzduchová a kouřová propustnost vzduchovodů a ventilů
1. Pro stanovení netěsností nebo netěsností vzduchu ve vztahu k ventilačním kanálům protikouřových systémů lze použít následující vzorce získané aproximací tabulkových údajů:
pro vzduchovody třídy H (v tlakovém rozsahu 0,2 - 1,4 kPa): AL = A(R - b)S, kde AL- sání (úniky) vzduchu, m 3 / m 2 h; R- tlak, kPa; A = 10,752331; b = 0,0069397038; S = 0,66419906;
pro vzduchovody třídy P (v tlakovém rozsahu 0,2 - 5,0 kPa): kde a = 0,00913545; b=-3,1647682 108; c =-1,2724412 109; d= 0,68424233.
2. U normálně uzavřených požárních klapek číselné hodnoty specifické charakteristiky odolnosti proti pronikání kouře a plynu v závislosti na teplotě plynu odpovídají údajům získaným při požárních zkouškách různých výrobků na experimentální základně VNIIPO:
| 1. Obecná ustanovení. 2 2. Počáteční údaje. 3 3. Odvětrávání kouře. 4 3.1. Odvoz spalin přímo z hořícího prostoru. 4 3.2. Odvoz zplodin hoření z přilehlých prostor. 7 4. Zajistěte ventilaci kouře. 9 4.1. Přívod vzduchu na schodiště. 9 4.2. Přívod vzduchu do výtahových šachet.. 14 4.3. Přívod vzduchu do zámků vestibulu.. 16 4.4. Kompenzační přívod vzduchu. 17 5. Technické vlastnosti zařízení. 17 5.1. Zařízení pro systémy odvětrávání kouře. 17 5.2. Zařízení pro přívod kouřových ventilačních systémů. 21 6. Režimy řízení palby. 21 Literatura .. 22 Příloha 1. Stanovení hlavních parametrů požárního zatížení prostor. 22 Příloha 2. Termofyzikální vlastnosti spalin. 24 Příloha 3. Propustnost vzduchu a kouře vzduchovodů a ventilů. 25 |