Características termofísicas y propiedades de los gases. Capacidad calorífica de los productos de combustión completa en un volumen estequiométrico de aire Propiedades de los gases de combustión en función de la temperatura
Calor de combustión. El valor calorífico neto del combustible gaseoso seco Qf varía ampliamente de 4 a 47 MJ / m3 y depende de su composición: la proporción y la calidad del combustible y el no combustible.
componentes Valor más bajo Qf para gas de alto horno, cuya composición media es de un 30 % de gases combustibles (principalmente monóxido de carbono CO) y un 60 % de nitrógeno no combustible N2. mejor
El valor Qf para gases asociados, cuya composición se caracteriza por un alto contenido en hidrocarburos pesados. El calor de combustión de los gases naturales fluctúa en un rango estrecho Qf = 35,5…37,5 MJ/m3.
El poder calorífico inferior de los gases individuales que componen los combustibles gaseosos se da en la Tabla. 3.2. Consulte la Sección 3 para conocer los métodos para determinar el poder calorífico de los combustibles gaseosos.
Densidad. Hay densidad absoluta y relativa de gases.
La densidad absoluta del gas rg, kg/m3, es la masa de gas por 1 m3 del volumen ocupado por este gas. Al calcular la densidad de un gas individual, el volumen de su kilomo-la se toma igual a 22,41 m3 (como para un gas ideal).
La densidad relativa del gas Rotn es la relación entre la densidad absoluta del gas en condiciones normales y la densidad del aire similar:
Rotn \u003d Rg / Pv \u003d Rg / 1.293, (6.1)
Donde rg, pE son, respectivamente, la densidad absoluta del gas y del aire en condiciones normales, kg/m3. La densidad relativa de los gases se usa generalmente para comparar diferentes gases entre sí.
Los valores de la densidad absoluta y relativa de los gases simples se dan en la Tabla. 6.1.
La densidad de la mezcla de gases pjM, kg/m3, se determina sobre la base de la regla de aditividad, según la cual las propiedades de los gases se resumen, respectivamente, su fracción de volumen en la mezcla:
Donde Xj es el contenido volumétrico del 7º gas en el combustible, %; (rg); - densidad del j-ésimo gas, que forma parte del combustible, kg/m3; n es el número de gases individuales en el combustible.
Los valores de la densidad de los combustibles gaseosos se dan en la tabla. P.5.
La densidad del gas p, kg/m3, dependiendo de la temperatura y la presión, se puede calcular mediante la fórmula
Donde p0 es la densidad del gas en condiciones normales (T0 = 273 K y p0 = 101,3 kPa), kg/m3; p y T son, respectivamente, la presión real, kPa, y la temperatura absoluta del gas, K.
Casi todos los tipos de combustibles gaseosos son más livianos que el aire, por lo tanto, cuando hay fugas, el gas se acumula debajo de los techos. Por motivos de seguridad, antes de poner en marcha la caldera, es imprescindible comprobar la ausencia de gas en los lugares más probables de su acumulación.
La viscosidad de los gases aumenta al aumentar la temperatura. Los valores del coeficiente de viscosidad dinámica p, Pa-s, se pueden calcular utilizando la ecuación empírica de Seser-Land
Tabla 6.1
Características de los componentes del combustible gaseoso (a t - O ° C chr \u003d 101.3 kPa)
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Químico |
Masa molar M, |
Densidad |
Concentrados a granel |
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nombre del gas |
Absoluto |
Pariente |
Límites sionicos de ignición de gas en una mezcla con aire,% |
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gases combustibles |
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propileno |
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monóxido de carbono |
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sulfuro de hidrógeno |
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gases no inflamables |
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Dióxido de carbono |
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dióxido de azufre |
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Oxígeno |
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Aire atmosférico. |
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vapor de agua |
Donde p0 es el coeficiente de viscosidad dinámica del gas en condiciones normales (G0 = 273 K y p0 - 101,3 kPa), Pa-s; T es la temperatura absoluta del gas, K; C: el coeficiente según el tipo de gas, K, se toma de la Tabla. 6.2.
Para una mezcla de gases, el coeficiente de viscosidad dinámica se puede determinar aproximadamente a partir de los valores de la viscosidad de los componentes individuales:
Donde gj es la fracción de masa del j-ésimo gas en el combustible,%; Zu - coeficiente de viscosidad dinámica del j-ésimo componente, Pa-s; n es el número de gases individuales en el combustible.
En la práctica, se utiliza ampliamente el coeficiente de viscosidad cinemática V, m2/s, que
que está relacionado con la viscosidad dinámica p a través de la densidad p por la dependencia
V = r / r. (6.6)
Teniendo en cuenta (6.4) y (6.6), el coeficiente de viscosidad cinemática v, m2/s, en función de la presión y la temperatura, puede calcularse mediante la fórmula
Donde v0 es el coeficiente de viscosidad cinemática del gas en condiciones normales (Go = 273 K y p0 = 101,3 kPa), m2/s; py G son, respectivamente, la presión real, kPa, y la temperatura absoluta del gas, K; C: el coeficiente según el tipo de gas, K, se toma de la Tabla. 6.2.
Los valores de los coeficientes de viscosidad cinemática para combustibles gaseosos se dan en la Tabla. P.9.
Cuadro 6.2
Coeficientes de viscosidad y conductividad térmica de los componentes del combustible gaseoso
(a t \u003d 0 ° С ir \u003d 101,3 kPa)
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nombre del gas |
factor de viscosidad |
Coeficiente de conductividad térmica N03, W/(m-K) |
Coeficiente de Sutherland C, K |
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R-106 dinámico, Pa-s |
Cinemática v-106, m2/s |
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gases combustibles |
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propileno |
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monóxido de carbono |
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sulfuro de hidrógeno |
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gases no inflamables Dióxido de carbono |
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Oxígeno |
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Aire atmosférico |
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Vapor de agua a 100 °C |
Conductividad térmica. La transferencia de energía molecular en los gases se caracteriza por el coeficiente de conductividad térmica ‘k, W / (m-K). El coeficiente de conductividad térmica es inversamente proporcional a la presión y aumenta al aumentar la temperatura. Los valores del coeficiente X se pueden calcular mediante la fórmula de Sutherland
Donde X,0 es la conductividad térmica del gas en condiciones normales (G0 = 273 K y Po = 101,3 kPa), W/(m-K); py T son, respectivamente, la presión real, kPa, y la temperatura absoluta del gas, K; C: el coeficiente según el tipo de gas, K, se toma de la Tabla. 6.2.
Los valores de los coeficientes de conductividad térmica para combustibles gaseosos se dan en la Tabla. P.9.
La capacidad calorífica del combustible gaseoso por 1 m3 de gas seco depende de su composición y generalmente se define como
4L=0.01(CH2H2+Ccos0 +
CCH4CH4 + cCo2cOg + - + cx. X;), (6.9) - capacidades caloríficas de los componentes constituyentes del combustible, respectivamente, hidrógeno, monóxido de carbono, metano, dióxido de carbono y /-th componente, kJ / (m3-K); H2, CO, CH4, CO2, ..., Xg--
Las capacidades caloríficas de los componentes combustibles del combustible gaseoso se dan en la Tabla. P.6, no combustible - en la tabla. P.7.
Capacidad calorífica del combustible gaseoso húmedo
Cgtl, kJ/(m3-K), se define como
<тл = ctrn + 0,00124cHzq йтля, (6.10) где drTn- влагосодержание газообразного топлива,
Explosividad. Una mezcla de gas combustible con aire en ciertas proporciones en presencia de fuego o incluso de chispa puede explotar, es decir, se enciende y arde a una velocidad cercana a la velocidad de propagación del sonido. Las concentraciones explosivas de gas combustible en el aire dependen de la composición química y las propiedades del gas. Los límites de ignición de concentración de volumen para gases combustibles individuales en una mezcla con aire se dan anteriormente en la Tabla. 6.1. El hidrógeno (4.. .74% por volumen) y el monóxido de carbono (12.5...74%) tienen los límites de ignición más amplios. Para el gas natural, los límites de inflamabilidad superior e inferior promedio son 4.5 y 17% por volumen, respectivamente; para coque - 5.6 y 31%; para dominio - 35 y 74%.
Toxicidad. Se entiende por toxicidad la capacidad que tiene un gas de producir intoxicaciones en los organismos vivos. El grado de toxicidad depende del tipo de gas y de su concentración. Los componentes de gas más peligrosos a este respecto son el monóxido de carbono CO y el sulfuro de hidrógeno H2S.
La toxicidad de las mezclas de gases está determinada principalmente por la concentración de los componentes más tóxicos presentes en la mezcla, mientras que su efecto nocivo, por regla general, aumenta notablemente en presencia de otros gases nocivos.
La presencia y concentración de gases nocivos en el aire se puede determinar mediante un dispositivo especial: un analizador de gases.
Casi todos los gases naturales son inodoros. Para detectar una fuga de gas y tomar medidas de seguridad, el gas natural se odoriza antes de que ingrese a la tubería principal, es decir, se satura con una sustancia que tiene un olor acre (por ejemplo, mercaptanos).
Calor de combustión varios tipos combustible varía ampliamente. Para el fueloil, por ejemplo, supera los 40 MJ/kg, y para el gas de alto horno y algunos grados de esquisto bituminoso, es de unos 4 MJ/kg. La composición de los combustibles energéticos también varía ampliamente. Por lo tanto, las mismas características cualitativas, según el tipo y la marca de combustible, pueden diferir cuantitativamente entre sí.
Las características dadas del combustible. Para el análisis comparativo, en el papel de las características que resumen la calidad del combustible, se utilizan las características dadas del combustible, %-kg / MJ, que generalmente se calculan mediante la fórmula
Donde хг es un indicador de la calidad del combustible de trabajo, %; Q[ - calor específico de combustión (más bajo), MJ/kg.
Así, por ejemplo, para calcular la reducción
Humedad contenido de cenizas de azufre S „p y
Nitrógeno N^p (para condiciones de funcionamiento del combustible)
La fórmula (7.1) toma la siguiente forma, %-kg/MJ:
TOC o "1-3" h z KP=Kl GT; (7.2)
4f=l7e[; (7.3)
snp=S’/Єї; (7.4)
^p=N7Q[. (7.5)
Como ejemplo ilustrativo, la siguiente comparación es orientativa, siempre que se quemen diferentes combustibles en calderas de la misma potencia térmica. Entonces, una comparación del contenido reducido de humedad del carbón cerca de Moscú
Grados 2B (WЈp = 3,72% -kg / MJ) y Nazarov-
El carbón 2B (W^p = 3,04%-kg/MJ) muestra que en el primer caso la cantidad de humedad introducida en el horno de la caldera con fuel será aproximadamente 1,2 veces mayor que en el segundo, a pesar de que la humedad de trabajo del carbón cerca de Moscú (W[ \u003d 31%) es menor que la de
Carbón Nazarovsky (Wf = 39%).
combustible condicional. En el sector energético, con el fin de comparar la eficiencia del uso de combustible en varias plantas de calderas, para planificar la producción y el consumo de combustible en cálculos económicos, se ha introducido el concepto de combustible convencional. Como combustible estándar, se acepta el combustible cuyo valor calorífico específico (más bajo) en condiciones de trabajo es igual a Qy T = 29300 kJ/kg (o
7000 kcal/kg).
Para cada combustible natural existe un denominado equivalente térmico adimensional E, que puede ser mayor o menor que la unidad:
Cuando el carbón combustible se quema en el aire según la ecuación (21C + 2102 + 79N2 = 21C02 + 79N2), por cada volumen de CO2 en los productos de combustión hay 79: 21 = 3,76 volúmenes de N2.
La combustión de antracita, carbón pobre y otros combustibles con un alto contenido de carbono produce productos de combustión que son similares en composición a los productos de combustión de carbono. Cuando el hidrógeno se quema de acuerdo con la ecuación
42H2+2102+79N2=42H20+79N2
Por cada volumen de H2O, hay 79:42 = 1,88 volúmenes de nitrógeno.
En los productos de combustión de gases naturales, licuados y de coquería, combustibles líquidos, leña, turba, lignito, carbón de llama larga y gas y otros combustibles con un contenido significativo de hidrógeno en la masa combustible, se forma una gran cantidad de vapor de agua. , a veces superando el volumen de CO2. La presencia de humedad en la parte superior.
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Tabla 36 Capacidad calorífica, kcal/(m3. °С) |
Live, naturalmente, aumenta el contenido de vapor de agua en los productos de combustión.
Composición de productos combustión completa los principales tipos de combustible en el volumen estequiométrico de aire se dan en la Tabla. 34. De los datos de esta tabla se puede ver que el contenido de N2 en los productos de combustión de todos los tipos de combustible excede significativamente el contenido total de C02-f-H20, y en los productos de combustión de carbono es 79%.
Los productos de la combustión del hidrógeno contienen un 65 % de N2; los productos de la combustión de gases naturales y licuados, gasolina, fuel oil y otros combustibles de hidrocarburos contienen un 70-74 % de N2.
Arroz. 5. Capacidad calorífica volumétrica
Productos de combustion
4 - productos de combustión de carbono
5 - productos de combustión de hidrógeno
La capacidad calorífica promedio de los productos de combustión completa que no contienen oxígeno se puede calcular mediante la fórmula
C \u003d 0.01 (Cc02C02 + Cso2S02 + Cn20H20 + CN2N2) kcal / (m3 - ° С), (VI. 1)
Donde Сс0г, Cso2, СНа0, CNa son las capacidades caloríficas volumétricas de dióxido de carbono, dióxido de azufre, vapor de agua y nitrógeno, y С02, S02, Н20 y N2 son el contenido de los componentes correspondientes en los productos de combustión, % (vol.) .
De acuerdo con esta fórmula (VI. 1) toma la siguiente forma:
C \u003d 0.01.(Cc02 /? 02 + CHj0H20-bCNi! N2) kcal / (m3 "°C). (VI.2)
La capacidad calorífica volumétrica promedio de CO2, H2O y N2 en el rango de temperatura de 0 a 2500 °C se da en la Tabla. 36. Las curvas que caracterizan el cambio en la capacidad calorífica volumétrica promedio de estos gases con el aumento de la temperatura se muestran en la fig. 5.
De la mesa. 16 datos y curvas representadas en la fig. 5 muestra lo siguiente:
1. La capacidad calorífica volumétrica del CO2 supera significativamente la capacidad calorífica del H2O, que, a su vez, supera la capacidad calorífica del N2 en todo el rango de temperatura de 0 a 2000 °C.
2. La capacidad calorífica del CO2 aumenta con el aumento de la temperatura más rápido que la capacidad calorífica del H20, y la capacidad calorífica del H20 más rápido que la capacidad calorífica del N2. Sin embargo, a pesar de esto, las capacidades caloríficas volumétricas promedio ponderadas de los productos de combustión de carbono e hidrógeno en un volumen estequiométrico de aire difieren poco.
Esta situación, un tanto inesperada a primera vista, se debe a que en los productos de la combustión completa del carbono en el aire, por cada metro cúbico de CO2, que tiene la mayor capacidad calorífica volumétrica, hay 3,76 m3 de N2 con un mínimo volumétrico
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Capacidades caloríficas volumétricas medias de los productos de combustión de carbono e hidrógeno en la cantidad teóricamente necesaria de aire, kcal/(m3-°С)
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Capacidad calorífica, y en los productos de la combustión del hidrógeno por cada metro cúbico de vapor de agua, cuya capacidad calorífica volumétrica es menor que la del CO2, pero mayor que la del N2, hay la mitad de la cantidad de nitrógeno (1,88 m3).
Como resultado, las capacidades caloríficas volumétricas promedio de los productos de combustión de carbono e hidrógeno en el aire se igualan, como se puede ver en los datos de la Tabla. 37 y comparación de las curvas 4 y 5 en las Figs. 5. La diferencia en las capacidades caloríficas promedio ponderadas de los productos de combustión de carbono e hidrógeno en el aire no excede el 2%. Naturalmente, las capacidades caloríficas de los productos de combustión del combustible, que consiste principalmente en carbono e hidrógeno, en un volumen estequiométrico de aire se encuentran en una región estrecha entre las curvas 4 y 5 (sombreadas en la Fig. 5).
Productos de la combustión completa de varios videos; Los combustibles en aire estequiométrico en el rango de temperatura de 0 a 2100 °C tienen la siguiente capacidad calorífica, kcal/(m3>°C):
Las fluctuaciones en la capacidad calorífica de los productos de la combustión de varios tipos de combustible son relativamente pequeñas. En combustible sólido con alto contenido de humedad (leña, turba, lignito, etc.) la capacidad calorífica de los productos de combustión en el mismo rango de temperatura es superior a la de combustibles con bajo contenido de humedad (antracita, carbón, fuel oil, gas natural, etc.) .) . Esto se debe al hecho de que durante la combustión de combustible con un alto contenido de humedad en los productos de combustión, aumenta el contenido de vapor de agua, que tiene una mayor capacidad calorífica en comparación con el gas diatómico: nitrógeno.
En mesa. 38 muestra las capacidades caloríficas volumétricas promedio de los productos de combustión completa, no diluidos con aire, para varios rangos de temperatura.
Tabla 38
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El valor de las capacidades caloríficas promedio de los productos de combustión de combustible y aire no diluido con aire en el rango de temperatura de 0 a t ° С
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Un aumento en el contenido de humedad en el combustible aumenta la capacidad calorífica de los productos de combustión debido a un aumento en el contenido de vapor de agua en ellos en el mismo rango de temperatura, en comparación con la capacidad calorífica de los productos de combustión de combustible con menor humedad contenido, y al mismo tiempo reduce la temperatura de combustión del combustible debido a un aumento en el volumen de productos de combustión debido al par de agua.
Con un aumento en el contenido de humedad en el combustible, la capacidad calorífica volumétrica de los productos de combustión aumenta en un rango de temperatura dado y, al mismo tiempo, el intervalo de temperatura disminuye de 0 a £max debido a una disminución en el valor<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).
Esto permite simplificar considerablemente la determinación de las temperaturas de combustión calorimétricas y calculadas (según el método descrito en el Capítulo VII). El error permitido en este caso no suele superar el 1%, o 20°.
De la consideración de las curvas 4 y 5 en las Figs. 5 se puede ver que la relación de la capacidad calorífica de los productos de combustión completa de carbono en un volumen estequiométrico de aire en el rango de temperatura de 0 a t ° C, por ejemplo, de 0 a
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Capacidad calorífica de los productos de combustión de 0 a t’mayL de varios tipos de combustibles sólidos con un contenido de humedad de 0 a 40%, en un volumen estequiométrico de aire
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200 y de 0 a 2100 °C son prácticamente iguales a la relación de las capacidades caloríficas de los productos de combustión de hidrógeno en los mismos rangos de temperatura. La relación especificada de capacidades caloríficas C' permanece prácticamente constante para los productos de la combustión completa de varios tipos de combustible en un volumen estequiométrico de aire.
En mesa. En la figura 40 se muestran las relaciones de las capacidades caloríficas de los productos de combustión completa del combustible con bajo contenido de lastre, que pasa a productos de combustión gaseosos (antracita, coque, carbón, combustible líquido, natural, petróleo, gases de coquería, etc.) en el rango de temperatura de 0 a t ° С y en el rango de temperatura de 0 a 2100 °C. Dado que la capacidad calorífica de estos tipos de combustible es cercana a los 2100 °C, la relación indicada de capacidades caloríficas C' es igual a la relación de capacidades caloríficas en el rango de temperatura de 0 a t y de 0 a tm&x-
En mesa. 40 también muestra los valores de C', calculados para los productos de combustión de combustible con un alto contenido de lastre, que pasa durante la combustión de combustible en productos de combustión gaseosos, es decir, humedad en combustible sólido, nitrógeno y dióxido de carbono en gaseoso Gasolina. La capacidad calorífica de estos tipos de combustibles (madera, turba, lignito, generador mixto, aire y gases de alto horno) es de 1600-1700 °C.
Mesa 40
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La relación entre las capacidades caloríficas de los productos de combustión C' y el aire K en el rango de temperatura de 0 a t ° C a la capacidad calorífica de los productos de combustión de 0 a
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Como puede verse en la Tabla. 40, los valores de C' y K difieren poco incluso para productos de combustión de combustible con diferente contenido de lastre y salida de calor.
El aire húmedo es una mezcla de aire seco y vapor de agua. En el aire no saturado, la humedad se encuentra en estado de vapor sobrecalentado y, por lo tanto, las propiedades del aire húmedo pueden describirse aproximadamente mediante las leyes de los gases ideales.
Las principales características del aire húmedo son:
1. Humedad absoluta gramo, que determina la cantidad de vapor de agua contenida en 1 m 3 de aire húmedo. El vapor de agua ocupa todo el volumen de la mezcla, por lo que la humedad absoluta del aire es igual a la masa de 1 m 3 de vapor de agua o densidad de vapor, kg/m 3
2. La humedad relativa j se expresa por la relación entre la humedad absoluta del aire y su máxima humedad posible a la misma presión y temperatura, o por la relación entre la masa de vapor de agua contenida en 1 m 3 de aire húmedo y la masa de vapor de agua requerido para saturar completamente 1 m 3 de aire húmedo a la misma presión y temperatura.
La humedad relativa determina el grado de saturación del aire con humedad:
, (1.2)
donde es la presión parcial de vapor de agua correspondiente a su densidad Pa; - presión de vapor saturado a la misma temperatura, Pa; - la cantidad máxima posible de vapor en 1 m 3 de aire húmedo saturado, kg / m 3; - densidad del vapor a su presión parcial y temperatura del aire húmedo, kg/m 3 .
La relación (1.2) es válida solo cuando se puede suponer que el vapor líquido es un gas ideal hasta el estado de saturación.
La densidad del aire húmedo r es la suma de las densidades del vapor de agua y el aire seco a presiones parciales de 1 m 3 de aire húmedo a la temperatura del aire húmedo. T, PARA:
(1.3)
donde es la densidad del aire seco a su presión parcial de 1 m 3 de aire húmedo, kg/m 3; - presión parcial de aire seco, Pa; - constante de gas del aire seco, J/(kg×K).
Expresando y por la ecuación de estado para el aire y el vapor de agua, obtenemos
, (1.5)
donde es el caudal másico de aire y vapor de agua, kg/s.
Estas igualdades son válidas para el mismo volumen. V aire húmedo a la misma temperatura. Dividiendo la segunda igualdad por la primera, obtenemos otra expresión para el contenido de humedad
. (1.6)
Sustituyendo aquí los valores de las constantes de los gases para el aire J/(kg×K) y para el vapor de agua J/(kg×K), obtenemos el valor del contenido de humedad expresado en kilogramos de vapor de agua por 1 kg de aire seco
. (1.7)
Reemplazando la presión de aire parcial con el valor , donde de la anterior y EN es la presión atmosférica barométrica en las mismas unidades que R, obtenemos para aire húmedo bajo presión barométrica
. (1.8)
Así, a una presión barométrica dada, el contenido de humedad del aire depende únicamente de la presión parcial del vapor de agua. El máximo contenido posible de humedad en el aire, de donde
. (1.9)
Dado que la presión de saturación aumenta con la temperatura, la cantidad máxima posible de humedad que puede contener el aire depende de su temperatura, y cuanto mayor sea, mayor será la temperatura. Si las ecuaciones (1.7) y (1.8) se resuelven para y , entonces obtenemos
(1.10)
. (1.11)
El volumen de aire húmedo en metros cúbicos por 1 kg de aire seco se calcula mediante la fórmula
(1.12)
Volumen específico de aire húmedo v, m 3 / kg, se determina dividiendo el volumen de aire húmedo por la masa de la mezcla por 1 kg de aire seco:
El aire húmedo como portador de calor se caracteriza por una entalpía (en kilojulios por 1 kg de aire seco) igual a la suma de las entalpías del aire seco y el vapor de agua.
(1.14)
donde es la capacidad calorífica específica del aire seco, kJ/(kg×K); t– temperatura del aire, °С; i- entalpía del vapor sobrecalentado, kJ/kg.
La entalpía de 1 kg de vapor de agua seco saturado a bajas presiones se determina mediante la fórmula empírica, kJ/kg:
donde es un coeficiente constante aproximadamente igual a la entalpía del vapor a una temperatura de 0 °C; = 1,97 kJ/(kg×K) – capacidad calorífica específica del vapor.
Sustituyendo los valores i en la expresión (1.14) y tomando el calor específico del aire seco constante e igual a 1.0036 kJ/(kg × K), encontramos la entalpía del aire húmedo en kilojulios por 1 kg de aire seco:
Se utilizan ecuaciones similares a las analizadas anteriormente para determinar los parámetros del gas húmedo.
, (1.17)
donde es la constante de gas para el gas de prueba; R- presion del gas.
Entalpía de gas, kJ/kg,
donde es la capacidad calorífica específica del gas, kJ/(kg×K).
Contenido absoluto de humedad del gas:
. (1.19)
Al calcular los intercambiadores de calor de contacto para portadores de calor aire-agua, puede usar los datos en la Tabla. 1.1-1.2 o dependencias calculadas para determinar los parámetros fisicoquímicos del aire (1.24-1.34) y agua (1.35). Para los gases de combustión, se pueden utilizar los datos de la Tabla 1. 1.3.
Densidad de gas húmedo, kg / m 3:
, (1.20)
donde es la densidad del gas seco a 0 ° C, kg / m 3; M g, M p son las masas moleculares de gas y vapor.
Coeficiente de viscosidad dinámica del gas húmedo, Pa×s:
, (1.21)
donde es el coeficiente de viscosidad dinámica del vapor de agua, Pa×s; - coeficiente de viscosidad dinámica del gas seco, Pa×s; 
- concentración de masa de vapor, kg/kg.
Capacidad calorífica específica del gas húmedo, kJ/(kg×K):
Coeficiente de conductividad térmica de gas húmedo, W/(m×K):
, (1.23)
donde k es el índice adiabático; EN– coeficiente (para gases monoatómicos EN= 2,5; para gases diatómicos EN= 1,9; para gases triatómicos EN = 1,72).
Tabla 1.1. Propiedades físicas del aire seco ( R= 0,101 MPa)
| t, ºC | , kg / m 3 | , kJ/(kg×K) | , W/(m×K) | , pa×s | , m 2 /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 |
Las propiedades termofísicas del aire seco se pueden aproximar mediante las siguientes ecuaciones.
Viscosidad cinemática del aire seco a temperaturas de -20 a +140 ° C, m 2 / s:
Pensilvania; (1.24)
y de 140 a 400 °С, m2/s:
. (1.25)
Tabla 1.2. Propiedades físicas del agua en estado de saturación
| t, ºC | , kg / m 3 | , kJ/(kg×K) | , W/(m×K) | , m 2 /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 |
Densidad del gas húmedo, kg/m3.
2. calor arrastrado por los gases de escape. Determinemos la capacidad calorífica de los gases de combustión a tux = 8000C;
3. pérdida de calor a través de la mampostería por conductividad térmica.
Pérdidas a través de la bóveda
El espesor de la bóveda es de 0,3 m, el material es arcilla refractaria. Aceptamos que la temperatura de la superficie interior del domo es igual a la temperatura de los gases.
Temperatura media del horno:
De acuerdo con esta temperatura, seleccionamos el coeficiente de conductividad térmica del material de arcilla refractaria:
Así, las pérdidas a través de la bóveda son:
donde α es el coeficiente de transferencia de calor desde la superficie exterior de las paredes al aire ambiente, igual a 71,2 kJ / (m2 * h * 0С)
Pérdidas a través de paredes. La mampostería de los muros es de dos capas (arcilla refractaria 345 mm, tierra de diatomeas 115 mm)
Área de la pared, m2:
zona metódica
zona de soldadura
zona tomil
fin
Superficie total de la pared 162,73 m2
Con una distribución lineal de la temperatura sobre el espesor de la pared, la temperatura media de la arcilla refractaria será de 5500C y la diatomita de 1500C.
Por lo tanto.
Pérdida total por mampostería
4. Según datos prácticos, las pérdidas de calor con agua de refrigeración se toman igual al 10% Qx del ingreso, es decir, Qx + Qp
5. Aceptamos pérdidas no contabilizadas en la cantidad de 15% Q de entrada de calor
Componga la ecuación para el balance de calor del horno.
El balance de calor del horno se resume en la Tabla 1; 2
tabla 1
Tabla 2
| Consumo kJ/h | % |
| Calor gastado en calentar el metal.
| 53 |
| calor de gases de combustión | 26 |
| pérdidas por mampostería
| 1,9 |
| pérdidas de agua de refrigeración | 6,7 |
| pérdidas no contabilizadas | 10,6 |
| Total: | 100 |
El consumo de calor específico para calentar 1 kg de metal será
Selección y cálculo de quemadores.
Aceptamos que se instalen quemadores del tipo "tubo en tubo" en el horno.
Hay 16 piezas en las zonas de soldadura, 4 piezas en la zona de espera. número total de quemadores 20 piezas. Determine la cantidad estimada de aire que llega a un quemador.
Vâ - consumo de aire por hora;
TV - 400 + 273 = 673 K - temperatura de calentamiento del aire;
N es el número de quemadores.
Se supone que la presión del aire frente al quemador es de 2,0 kPa. De ello se deduce que el quemador DBV 225 proporciona el caudal de aire necesario.
Determinar la cantidad estimada de gas por quemador;
VG \u003d V \u003d 2667 consumo de combustible por hora;
TG \u003d 50 + 273 \u003d 323 K - temperatura del gas;
N es el número de quemadores.
8. Cálculo del intercambiador de calor.
Para calentar el aire, diseñamos un intercambiador de calor de bucle metálico hecho de tuberías con un diámetro de 57/49,5 mm con una disposición de pasillo de su paso
Datos iniciales para el cálculo:
Consumo horario de combustible B=2667 kJ/h;
Consumo de aire por 1 m3 de combustible Lα = 13,08 m3/m3;
La cantidad de productos de combustión de 1 m3 de gas combustible Vα =13,89 m3/m3;
Temperatura de calentamiento del aire tv = 4000С;
La temperatura de los gases de combustión del horno tux=8000C.
Consumo de aire por hora:
Salida de humo por hora:
La cantidad de humo por hora que pasa por el intercambiador de calor, teniendo en cuenta la pérdida de humo por golpe de gracia y por la compuerta de derivación y las fugas de aire.
El coeficiente m, teniendo en cuenta la pérdida de humo, tomamos 0.7.
El coeficiente teniendo en cuenta la fuga de aire en los cerdos, lo tomaremos 0.1.
Temperatura de los humos frente al intercambiador de calor, teniendo en cuenta las fugas de aire;
donde iух es el contenido de calor de los gases de combustión en tух=8000С
Este contenido de calor corresponde a la temperatura del humo tD=7500C. (Ver Fig. 67(3))
Las propiedades termofísicas de los productos de combustión gaseosos necesarios para calcular la dependencia de varios parámetros de la temperatura de un medio gaseoso dado se pueden establecer sobre la base de los valores dados en la tabla. En particular, estas dependencias para la capacidad calorífica se obtienen en la forma:
C psm = un -1/ d,
donde un = 1,3615803; b = 7,0065648; C = 0,0053034712; d = 20,761095;
C psm = un + bT sm + Connecticut 2 SM,
donde un = 0,94426057; b = 0,00035133267; C = -0,0000000539.
La primera dependencia es preferible en términos de precisión de aproximación, la segunda dependencia se puede tomar para realizar cálculos de menor precisión.
Parámetros físicos de los gases de combustión
(en PAG = 0,0981MPa; R CO2 = 0,13; pag H2O = 0,11; R N2 = 0,76)
| t, °C | γ, N m -3 | Con p, W (m 2 ° С) -1 | λ 10 2, W (m K) -1 | un 10 6, m 2 s -1 | μ 10 6 , Pa s | v 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 |
APÉNDICE 3
(referencia)
Permeabilidad al aire y al humo de conductos de aire y válvulas.
1. Para determinar fugas o fugas de aire en relación con los conductos de ventilación de los sistemas antihumo, se pueden utilizar las siguientes fórmulas, obtenidas por aproximación de datos tabulares:
para conductos de aire clase H (en el rango de presión 0,2 - 1,4 kPa): ΔL = un(R - b)con, donde ΔL- aspiraciones (fugas) de aire, m 3 / m 2 h; R- presión, kPa; un = 10,752331; b = 0,0069397038; con = 0,66419906;
para conductos de aire clase P (en el rango de presión 0,2 - 5,0 kPa): donde un = 0,00913545; b=-3,1647682 10 8 ; c =-1.2724412 10 9 ; re= 0,68424233.
2. Para compuertas cortafuego normalmente cerradas, los valores numéricos de la característica específica de resistencia a la penetración de humo y gas en función de la temperatura del gas corresponden a los datos obtenidos durante las pruebas de fuego de banco de varios productos en la base experimental de VNIIPO:
| 1. Disposiciones generales. 2 2. Datos iniciales. 3 3. Ventilación de humos de escape. 4 3.1. Eliminación de productos de combustión directamente de la sala de combustión. 4 3.2. Retiro de productos de combustión de locales adyacentes. 7 4. Suministro de ventilación de humos. 9 4.1. Suministro de aire a huecos de escalera. 9 4.2. Suministro de aire a los huecos de los ascensores. 14 4.3. Suministro de aire a las esclusas del vestíbulo. 16 4.4. Suministro de aire de compensación. 17 5. Características técnicas del equipo. 17 5.1. Equipos para sistemas de ventilación de humos de escape. 17 5.2. Equipos para alimentación de sistemas de ventilación de humos. 21 6. Modos de control de incendios. 21 Referencias.. 22 Anexo 1. Determinación de los principales parámetros de la carga de fuego de los locales. 22 Anexo 2. Propiedades termofísicas de los gases de combustión. 24 Anexo 3. Permeabilidad al aire y al humo de conductos y válvulas de aire. 25 |