Caracteristicile și proprietățile termofizice ale gazelor. Proprietăţile termofizice ale gazelor de ardere Echilibrul termic al încălzitorului de aer
Proprietăți termofizice Produsele de combustie gazoasă necesare pentru calcularea dependenței diferiților parametri de temperatura unui mediu gazos dat pot fi stabilite pe baza valorilor date în tabel. În special, dependențele indicate pentru capacitatea termică sunt obținute sub forma:
C psm = a -1/ d,
Unde A = 1,3615803; b = 7,0065648; c = 0,0053034712; d = 20,761095;
C psm = a + bT sm + CT 2 sm,
Unde A = 0,94426057; b = 0,00035133267; c = -0,0000000539.
Prima dependență este de preferat în ceea ce privește precizia de aproximare, a doua dependență poate fi adoptată pentru calcule cu precizie mai mică.
Parametrii fizici gaze de ardere
(la P = 0,0981 MPa; R CO2 = 0,13; p H20 = 0,11; R N2 = 0,76)
| t, °С | y, Nm-3 | cu p, W(m2°C) -1 | X 102, W(mK)-1 | A· 10 6 , m 2 · s -1 | μ · 10 6 , Pa · s | v· 10 6 , m 2 · s -1 | Relatii cu publicul |
| 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 |
ANEXA 3
(referinţă)
Permeabilitatea la aer și la fum a conductelor și supapelor de aer
1. Pentru a determina scurgerile sau scurgerile de aer în raport cu canalele de ventilație ale sistemelor de control al fumului, se pot folosi următoarele formule obținute prin aproximarea datelor tabelare:
pentru conductele de aer clasa H (în domeniul de presiune 0,2 - 1,4 kPa): ΔL = A(R - b)Cu, Unde ΔL- scurgeri de aer (scurgeri), m 3 /m 2 h; R- presiunea, kPa; A = 10,752331; b = 0,0069397038; Cu = 0,66419906;
pentru conductele de aer clasa P (în domeniul de presiune 0,2 - 5,0 kPa): unde a = 0,00913545; b =-3,1647682 · 10 8; c =-1,2724412 · 10 9; d = 0,68424233.
2. Pentru robinetele de siguranță la incendiu normal închise, valorile numerice ale caracteristicilor specifice de rezistență la fum și pătrunderea gazelor în funcție de temperatura gazului corespund datelor obținute în timpul testelor la foc pe banc ale diferitelor produse la baza experimentală a VNIIPO:
| 1. Dispoziții generale. 2 2. Date inițiale. 3 3. Ventilarea fumului de evacuare. 4 3.1. Îndepărtarea produselor de combustie direct dintr-o cameră de ardere. 4 3.2. Îndepărtarea produselor de ardere din zonele adiacente zonei de ardere. 7 4. Furnizare ventilație antifum. 9 4.1. Alimentare cu aer către scări. 9 4.2. Alimentarea cu aer a puțurilor liftului.. 14 4.3. Alimentarea cu aer la sase.. 16 4.4. Alimentare cu aer de compensare. 17 5. Specificații echipamente. 17 5.1. Echipamente pentru sisteme de evacuare a fumului. 17 5.2. Echipamente pentru sisteme de alimentare si ventilatie fum. 21 6. Moduri de control al focului. 21 Referințe.. 22 Anexa 1. Determinarea parametrilor principali ai încărcăturii de incendiu a spațiilor. 22 Anexa 2. Proprietăţile termofizice ale gazelor de ardere. 24 Anexa 3. Permeabilitatea la aer și la fum a conductelor și supapelor de aer. 25 |
2. căldura transportată de gazele de evacuare. Să determinăm capacitatea termică a gazelor de ardere la tух =8000С;
3. pierderi de căldură prin zidărie prin conductivitate termică.
Pierderi prin boltă
Grosimea boltii este de 0,3 m, materialul este argila refractara. Presupunem că temperatura suprafeței interioare a bolții este egală cu temperatura gazelor.
Temperatura medie a cuptorului:
Pe baza acestei temperaturi, selectăm coeficientul de conductivitate termică a materialului argilos:
Astfel, pierderile prin boltă sunt:
unde α este coeficientul de transfer de căldură de la suprafața exterioară a pereților către aerul din jur, egal cu 71,2 kJ/(m2*h*0С)
Pierderi prin pereți. Pereții sunt așezați în două straturi (argilă 345 mm, diatomit 115 mm)
Suprafața peretelui, m2:
Zona metodică
Zona de sudare
Zona Tomilnoy
Tortsevikh
Suprafata totala a peretelui 162,73 m2
Cu o distribuție liniară a temperaturii pe grosimea peretelui, temperatura medie a argilei refractabile va fi de 5500C și diatomit de 1500C.
Prin urmare.
Pierderi totale prin zidărie
4. Conform datelor practice, se presupune că pierderea de căldură cu apă de răcire este egală cu 10% din venitul Qx, adică Qx + Qp
5. Se presupune că pierderile nesocotite reprezintă 15% Q din câștigul de căldură
Să creăm o ecuație pentru echilibrul termic al cuptorului
Rezum bilanțul termic al cuptorului în Tabelul 1; 2
tabelul 1
masa 2
| Consum kJ/h | % |
| Căldura consumată pentru încălzirea metalului
| 53 |
| căldura gazelor de ardere | 26 |
| pierderi prin zidărie
| 1,9 |
| pierderi de apă de răcire | 6,7 |
| pierderi nesocotite | 10,6 |
| Total: | 100 |
Consumul specific de căldură pentru încălzirea a 1 kg de metal va fi
Alegerea si calculul arzatoarelor
Presupunem că soba are instalate arzătoare „tuvă în conductă”.
Există 16 bucăți în zonele de sudură, 4 bucăți în zona de fierbere. numarul total de arzatoare 20 buc. Să determinăm cantitatea estimată de aer care ajunge la un arzător.
Vв - debitul de aer orar;
TV - 400+273=673 K - temperatura de incalzire a aerului;
N – numărul de arzătoare.
Presiunea aerului din fața arzătorului este considerată a fi de 2,0 kPa. Rezultă că debitul de aer necesar este asigurat de arzătorul DBV 225.
Să determinăm cantitatea estimată de gaz per arzător;
VГ =В=2667 consum orar de combustibil;
TG =50+273=323 K - temperatura gazului;
N – numărul de arzătoare.
8. Calculul recuperatorului
Pentru a încălzi aerul, proiectăm un schimbător de căldură cu buclă metalică din țevi cu diametrul de 57/49,5 mm cu un aranjament pe coridor cu pasul lor.
Date inițiale pentru calcul:
Consum orar de combustibil B=2667 kJ/h;
Consum de aer la 1 m3 de combustibil Lα = 13,08 m3/m3;
Cantitatea de produse de ardere din 1 m3 de gaz combustibil Vα = 13,89 m3/m3;
Temperatura de încălzire a aerului tв = 4000С;
Temperatura gazelor de ardere din cuptor tух=8000С.
Debit orar de aer:
Debit orar de fum:
Cantitatea orară de fum care trece prin recuperator, ținând cont de pierderile de fum din cauza detonării și prin poarta de bypass și aspirația aerului.
Coeficientul m, luând în considerare pierderile de fum, se consideră a fi 0,7.
Coeficientul care ține cont de scurgerile de aer din porci va fi luat ca 0,1.
Temperatura fumului in fata recuperatorului, tinand cont de scurgerile de aer;
unde iух – conținutul de căldură al gazelor de ardere la tух=8000С
Acest conținut de căldură corespunde temperaturii fumului tD=7500C. (vezi Fig.67(3))
Când carbonul combustibil este ars în aer conform ecuației (21C+2102 + 79N2=21C02 + 79N2), pentru fiecare volum de C02 din produsele de ardere există 79: 21 = 3,76 volume de N2.
Când ardeți antracitul, cărbunii slabi și alte tipuri de combustibil cu un conținut ridicat de carbon, se formează produse de ardere care sunt similare ca compoziție cu produsele de ardere a carbonului. Când hidrogenul este ars conform ecuației
42H2+2102+79N2=42H20+79N2
Pentru fiecare volum de H20 există 79:42 = 1,88 volume de azot.
În produsele de ardere a gazelor naturale, lichefiate și de cocs, combustibil lichid, lemn de foc, turbă, cărbune brun, cărbune cu flacără lungă și gazos și alte tipuri de combustibil cu un conținut semnificativ de hidrogen în masa combustibilă, se formează o cantitate mare de vapori de apă, depășind uneori volumul de CO2. Prezența umidității în partea de sus
|
Tabelul 36 Capacitate termică, kcal/(mZ. °C) |
Lieve crește în mod natural conținutul de vapori de apă din produsele de ardere.
Compoziția produselor de ardere completă a principalelor tipuri de combustibil într-un volum de o sută de chiometric de aer este dată în tabel. 34. Din datele din acest tabel este clar că în produsele de ardere a tuturor tipurilor de combustibil conținutul de N2 depășește semnificativ conținutul total de C02-f-H20, iar în produsele de ardere a carbonului este de 79%.
Produșii de ardere ai hidrogenului conțin 65% N2, în timp ce produsele de ardere a gazelor naturale și lichefiate, benzină, păcură și alte tipuri de combustibili cu hidrocarburi conțin 70-74%.
Orez. 5. Capacitate termică volumetrică
Produse de ardere
4 - produse de ardere a carbonului
5 - produse de ardere a hidrogenului
Capacitatea termică medie a produselor complete de ardere care nu conțin oxigen poate fi calculată folosind formula
C = 0,01(Cc02C02 + Cso2S02 + C„20H20 + CN2N2) kcal/(m3-°C), (VI. 1)
Unde Сс0г, Csо2, СНа0, CNa sunt capacitățile termice volumetrice ale dioxidului de carbon, dioxidului de sulf, vaporilor de apă și azotului, iar С02, S02, Н20 și N2 sunt conținutul componentelor corespunzătoare din produsele de ardere, % (volum).
În conformitate cu aceasta, formula (VI.1) ia următoarea formă:
C=0,01.(Cc02/?02 + CHj0H20-bCNi! N2) kcal/(m3°C). (VI.2)
Capacitatea termică volumetrică medie a C02, H20 și N2 în intervalul de temperatură de la 0 la 2500 °C este dată în tabel. 36. Curbele care caracterizează modificarea capacității termice volumetrice medii a acestor gaze cu creșterea temperaturii sunt prezentate în Fig. 5.
Din cele date în tabel. 16 date și curbe prezentate în Fig. 5, sunt vizibile următoarele:
1. Capacitatea termică volumetrică a CO2 depășește semnificativ capacitatea termică a H20, care, la rândul său, depășește capacitatea termică a N2 pe întregul interval de temperatură de la 0 la 2000 °C.
2. Capacitatea termică a CO2 crește odată cu creșterea temperaturii mai repede decât capacitatea termică a H20, iar capacitatea termică a H20 mai rapid decât capacitatea termică a N2. Cu toate acestea, în ciuda acestui fapt, capacitățile termice volumetrice medii ponderate ale produselor de combustie ai carbonului și hidrogenului într-un volum stoichiometric de aer diferă puțin.
Această situație, oarecum neașteptată la prima vedere, se datorează faptului că în produsele arderii complete a carbonului în aer pentru fiecare metru cub CO2, care are cea mai mare capacitate termică volumetrică, reprezintă 3,76 m3 N2 cu capacitatea minimă de căldură volumetrică
|
Capacități termice volumetrice medii ale produselor de ardere a carbonului și hidrogenului în teorie cantitatea necesară aer, kcal/(m3-°С)
|
Capacitatea termică și în produșii de ardere ai hidrogenului, pentru fiecare metru cub de vapori de apă, a cărui capacitate termică volumetrică este mai mică decât cea a CO2, dar mai mare decât cea a N2, există jumătate din cantitatea de azot (1,88 m3). .
Ca urmare, capacitățile termice volumetrice medii ale produselor de ardere a carbonului și hidrogenului din aer sunt egalizate, așa cum se poate observa din datele din tabel. 37 și compararea curbelor 4 și 5 din Fig. 5. Diferența capacităților termice medii ponderate ale produselor de ardere a carbonului și hidrogenului din aer nu depășește 2%. Desigur, capacitățile termice ale produselor de ardere a combustibilului, constând în principal din carbon și hidrogen, într-un volum stoechiometric de aer se află într-o regiune îngustă între curbele 4 și 5 (umbrite în Fig. 5).
Produse de ardere completă de diferite tipuri; combustibilii din aerul stoechiometric în intervalul de temperatură de la 0 la 2100 °C au următoarea capacitate termică, kcal/(m3>°C):
Fluctuații ale capacității termice a produselor de ardere tipuri variate combustibilii sunt relativ mici. U combustibil solid cu un conținut ridicat de umiditate (lemne de foc, turbă, cărbuni bruni etc.), capacitatea termică a produselor de ardere din același interval de temperatură este mai mare decât cea a combustibilului cu conținut scăzut de umiditate (antracit, cărbune, păcură, gaze naturale). , etc.). Acest lucru se explică prin faptul că atunci când este ars combustibil cu un conținut ridicat de umiditate, produsele de ardere cresc conținutul de vapori de apă, care are o capacitate termică mai mare în comparație cu gazul diatomic - azot.
În tabel Figura 38 prezintă capacitățile termice volumetrice medii ale produselor complete de ardere, nediluate cu aer, pentru diferite intervale de temperatură.
Tabelul 38
|
Valoarea capacităților termice medii ale produselor de ardere a combustibilului și a aerului nediluat cu aer în intervalul de temperatură de la 0 la t °C
|
O creștere a conținutului de umiditate în combustibil crește capacitatea termică a produselor de ardere datorită creșterii conținutului de vapori de apă din acestea în același interval de temperatură, în comparație cu capacitatea termică a produselor de ardere a combustibilului cu un conținut de umiditate mai scăzut și în același timp scade temperatura de ardere a combustibilului datorită creșterii volumului produselor de ardere datorită perechii de apă.
Odată cu creșterea conținutului de umiditate în combustibil, capacitatea termică volumetrică a produselor de ardere crește într-un anumit interval de temperatură și, în același timp, intervalul de temperatură de la 0 la £max scade datorită scăderii valorii.<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).
Acest lucru face posibilă simplificarea semnificativă a determinării temperaturilor calorimetrice și calculate de ardere (conform metodei descrise în Capitolul VII). Eroarea permisă în acest caz nu depășește de obicei 1% sau 20°.
Din examinarea curbelor 4 și 5 din Fig. 5 se poate observa că raportul căldură - capacități ale produselor de ardere completă a carbonului într-un volum stoechiometric de aer în intervalul de temperatură de la 0 la t°C, de exemplu de la 0 la
|
Capacitatea termică a produselor de combustie de la 0 la t’mayL a diferitelor tipuri de combustibil solid care conțin de la 0 la 40% umiditate, într-un volum stoichiometric de aer
|
200 și de la 0 la 2100 °C sunt practic egale cu raportul dintre capacitățile termice ale produselor de ardere a hidrogenului în aceleași intervale de temperatură. Raportul indicat al capacităților termice C’ rămâne practic constant pentru produsele de ardere completă a diferitelor tipuri de combustibil într-un volum stoichiometric de aer.
În tabel 40 arată raportul capacităților termice ale produselor de ardere completă a combustibilului cu un conținut scăzut de balast, care se transformă în produse de ardere gazoasă (antracit, cocs, cărbune, combustibil lichid, natural, ulei, gaze de cocs etc.) în intervalul de temperatură de la 0 la t °C și în domeniul de temperatură de la 0 la 2100 °C. Deoarece capacitatea termică a acestor tipuri de combustibil este aproape de 2100 °C, raportul indicat al capacităților termice C’ este egal cu raportul capacităților termice în intervalul de temperatură de la 0 la t și de la 0 la tm&x-
În tabel 40 mai arată valorile valorii C’, calculate pentru produsele de ardere a combustibilului cu un conținut ridicat de balast, care se transformă în produse gazoase de ardere în timpul arderii combustibilului, adică umiditatea în combustibilul solid, azotul și dioxidul de carbon în combustibilul gazos. Puterea termică a acestor tipuri de combustibil (lemn de foc, turbă, cărbune brun, generator mixt, aer și gaze de furnal) este de 1600-1700 °C.
Tabelul 40
|
Raportul dintre capacitățile termice ale produselor de ardere C' și ale aerului K în intervalul de temperatură de la 0 la t °C și capacitatea termică a produselor de ardere de la 0 la
|
După cum se vede din tabel. 40, valorile C’ și K diferă puțin chiar și pentru produsele de ardere a combustibilului cu conținut de balast și putere termică diferită.
Căldura de ardere. Puterea calorică inferioară a combustibilului gazos uscat Qf variază foarte mult de la 4 la 47 MJ/m3 și depinde de compoziția sa - raportul și calitatea combustibilului și necombustibil.
Componente Cea mai mică valoare Qf este pentru gazul de furnal, a cărui compoziție medie este de aproximativ 30% gaze inflamabile (în principal monoxid de carbon CO) și aproximativ 60% azot neinflamabil N2. Cel mai grozav
Valoarea Qf pentru gazele asociate, a căror compoziție se caracterizează printr-un conținut ridicat de hidrocarburi grele. Căldura de ardere a gazelor naturale fluctuează într-un interval îngust Qf = 35,5...37,5 MJ/m3.
Puterea calorică inferioară a gazelor individuale incluse în combustibilii gazoși este dată în tabel. 3.2. Pentru metodele de determinare a puterii calorice a combustibilului gazos, a se vedea secțiunea 3.
Densitate. Există densități absolute și relative ale gazelor.
Densitatea absolută a gazului pg, kg/m3, este masa gazului la 1 m3 din volumul ocupat de acest gaz. Când se calculează densitatea unui gaz individual, volumul acestuia în kilomoli este considerat egal cu 22,41 m3 (ca și pentru un gaz ideal).
Densitatea relativă a gazului Rotn este raportul dintre densitatea absolută a gazului în condiții normale și densitatea similară a aerului:
Rotn = Рг / Рв = Рг / 1,293, (6,1)
Unde pg, pE sunt, respectiv, densitatea absolută a gazului și a aerului în condiții normale, kg/m3. Densitățile relative ale gazelor sunt utilizate în mod obișnuit pentru a compara diferite gaze între ele.
Valorile densităților absolute și relative ale gazelor simple sunt date în tabel. 6.1.
Densitatea amestecului de gaze pjM, kg/m3, se determină pe baza regulii aditivității, conform căreia proprietățile gazelor se însumează în funcție de fracția lor de volum din amestec:
Unde Xj este conținutul volumetric al celui de-al 7-lea gaz din combustibil, %; (rg); - densitatea celui de-al j-lea gaz inclus în combustibil, kg/m3; n este numărul de gaze individuale din combustibil.
Valorile densității combustibililor gazoși sunt date în tabel. P.5.
Densitatea gazului p, kg/m3, în funcție de temperatură și presiune, poate fi calculată folosind formula
Unde p0 este densitatea gazului în condiții normale (T0 = 273 K și p0 = 101,3 kPa), kg/m3; p și T sunt, respectiv, presiunea reală, kPa și temperatura absolută a gazului, K.
Aproape toate tipurile de combustibil gazos sunt mai ușori decât aerul, așa că dacă există o scurgere, gazul se acumulează sub tavane. Din motive de siguranță, înainte de a porni centrala, asigurați-vă că verificați absența gazului în locurile cele mai probabile de acumulare a acestuia.
Vâscozitatea gazelor crește odată cu creșterea temperaturii. Valorile coeficientului de vâscozitate dinamică p, Pa-s, pot fi calculate folosind ecuația empirică Cesaire-Lenda
Tabelul 6.1
Caracteristicile componentelor combustibilului gazos (la t - O °C chr = 101,3 kPa)
|
Chimic |
masa molara M, |
Densitate |
Concentrația volumetrică |
||
|
Numele gazului |
Absolut |
Relativ |
Limitele de inflamabilitate ionică a gazului amestecat cu aer, % |
||
|
Gaze inflamabile |
|||||
|
propilenă |
|||||
|
Monoxid de carbon |
|||||
|
Sulfat de hidrogen |
|||||
|
Gaze neinflamabile |
|||||
|
Dioxid de carbon |
|||||
|
Dioxid de sulf |
|||||
|
Oxigen |
|||||
|
Aerul atmosferei. |
|||||
|
vapor de apă |
Unde p0 este coeficientul de vâscozitate dinamică a gazului în condiții normale (G0 = 273 K și p0 - 101,3 kPa), Pa-s; T - temperatura absolută a gazului, K; C este un coeficient care depinde de tipul de gaz, K, luat din tabel. 6.2.
Pentru un amestec de gaze, coeficientul de vâscozitate dinamică poate fi determinat aproximativ din valorile vâscozității componentelor individuale:
Unde gj este fracția de masă a j-lea gaz din combustibil, %; Tsy este coeficientul de vâscozitate dinamică al componentei j-a, Pa-s; n este numărul de gaze individuale din combustibil.
În practică, este utilizat pe scară largă coeficientul de vâscozitate cinematică V, m2/s, care
Aceasta este legată de vâscozitatea dinamică p prin dependența de densitate p
V = r/r. (6,6)
Ținând cont de (6.4) și (6.6), coeficientul de vâscozitate cinematică v, m2/s, în funcție de presiune și temperatură, poate fi calculat folosind formula
Unde v0 este coeficientul de vâscozitate cinematică a gazului în condiții normale (Go = 273 K și p0 = 101,3 kPa), m2/s; p și G sunt, respectiv, presiunea reală, kPa, și temperatura absolută a gazului, K; C este un coeficient care depinde de tipul de gaz, K, luat din tabel. 6.2.
Valorile coeficienților de vâscozitate cinematică pentru combustibilii gazoși sunt date în tabel. P.9.
Tabelul 6.2
Coeficienții de vâscozitate și conductivitate termică ai componentelor combustibilului gazos
(la t = 0 °C ir = 101,3 kPa)
|
Numele gazului |
Coeficientul de vâscozitate |
Coeficient de conductivitate termică NO3, W/(m-K) |
Coeficientul Sutherland C, K |
|
|
Dinamic r-106, Pa-s |
Cinematică v-106, m2/s |
|||
|
Gaze inflamabile |
||||
|
propilenă |
||||
|
Monoxid de carbon |
||||
|
Sulfat de hidrogen |
||||
|
Gaze neinflamabile Dioxid de carbon |
||||
|
Oxigen |
||||
|
Aerul atmosferic |
||||
|
Vapori de apă la 100 °C |
Conductivitate termică. Transferul de energie moleculară în gaze este caracterizat de coeficientul de conductivitate termică ‘k, W/(m-K). Coeficientul de conductivitate termică este invers proporțional cu presiunea și crește odată cu creșterea temperaturii. Valorile coeficientului X pot fi calculate folosind formula Sutherland
Unde X.0 este coeficientul de conductivitate termică a gazului în condiții normale (G0 = 273 K și Po = 101,3 kPa), W/(m-K); p și T sunt, respectiv, presiunea reală, kPa, și temperatura absolută a gazului, K; C este un coeficient care depinde de tipul de gaz, K, luat din tabel. 6.2.
Valorile coeficienților de conductivitate termică pentru combustibilii gazoși sunt date în tabel. P.9.
Capacitatea termică a combustibilului gazos la 1 m3 de gaz uscat depinde de compoziția acestuia și este, în general, definită ca
4L=0.01(CH2H2+Cco0+
СН4СН4 + сСО2сОг +- + сх. X;), (6.9) unde сН2, сС0, сСш, сС02,…, сх. - capacitatea termică a componentelor constitutive ale combustibilului, respectiv hidrogen, monoxid de carbon, metan, dioxid de carbon și a i-a componentă, kJ/(m3-K); H2, CO, CH4, C02, …, Xg--
Capacitățile termice ale componentelor combustibile ale combustibilului gazos sunt date în tabel. Articolul 6, neinflamabil - în tabel. P.7.
Capacitatea termică a combustibilului gazos umed
Sggtl, kJ/(m3-K), este definit ca
<тл = ctrn + 0,00124cHzq йтля, (6.10) где drTn- влагосодержание газообразного топлива,
Explozivitatea. Un amestec de gaz inflamabil și aer în anumite proporții în prezența unui foc sau chiar a unei scântei poate exploda, adică procesul de aprindere și ardere are loc la o viteză apropiată de viteza sunetului. Concentrațiile explozive de gaz inflamabil în aer depind de compoziția chimică și de proprietățile gazului. Limitele de concentrație volumetrică de aprindere pentru gazele inflamabile individuale amestecate cu aer sunt prezentate mai devreme în tabel. 6.1. Hidrogenul (4...74% în volum) și monoxidul de carbon (12,5...74%) au cele mai mari limite de inflamabilitate. Pentru gazele naturale, limitele medii inferioare și superioare de inflamabilitate în volum sunt de 4,5, respectiv 17%; pentru cuptorul de cocs - 5,6 și 31%; pentru domeniu - 35 și 74%.
Toxicitate. Toxicitatea se referă la capacitatea unui gaz de a provoca otrăvire a organismelor vii. Gradul de toxicitate depinde de tipul de gaz și de concentrația acestuia. Cele mai periculoase componente ale gazului în acest sens sunt monoxidul de carbon CO și hidrogenul sulfurat H2S.
Toxicitatea amestecurilor de gaze este determinată în principal de concentrația celei mai toxice componente prezente în amestec, în timp ce efectele sale dăunătoare, de regulă, sunt semnificativ îmbunătățite în prezența altor gaze nocive.
Prezența și concentrația gazelor nocive în aer pot fi determinate cu un dispozitiv special - un analizor de gaz.
Aproape toate gazele naturale sunt inodore. Pentru a detecta scurgerile de gaze și pentru a lua măsuri de siguranță, gazul natural este odorizat înainte de a intra în conductă, adică este saturat cu o substanță care are un miros înțepător (de exemplu, mercaptani).
Căldura de ardere a diferitelor tipuri de combustibil variază foarte mult. Pentru păcură, de exemplu, este de peste 40 MJ/kg, iar pentru gazul de furnal și unele mărci de șisturi petroliere - aproximativ 4 MJ/kg. Compoziția combustibililor energetici variază, de asemenea, foarte mult. Astfel, aceleași caracteristici calitative, în funcție de tipul și marca de combustibil, pot diferi puternic unele de altele din punct de vedere cantitativ.
Caracteristicile date ale combustibilului. Pentru analiza comparativă, în rolul de caracteristici care generalizează calitatea combustibilului se folosesc caracteristicile date ale combustibilului, %-kg/MJ, care se calculează în general cu formula
Unde xg este un indicator al calității combustibilului de lucru, %; Q[ - căldura specifică de ardere (cea mai scăzută), MJ/kg.
Deci, de exemplu, pentru a calcula reducerea
Umiditate conţinut de cenuşă sulf S„p şi
Azot N^p (pentru starea de funcționare a combustibilului)
Formula (7.1) are următoarea formă, %-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)
Ca exemplu clar, următoarea comparație este orientativă în condiția arderii diferiților combustibili în cazane de aceeași putere termică. Astfel, o comparație a umidității reduse a cărbunelui lângă Moscova
Marca 2B (WЈp = 3,72%-kg/MJ) și nazarov-
Cărbunele 2B (W^p = 3,04%-kg/MJ) arată că în primul caz, cantitatea de umiditate introdusă în cuptorul cazanului cu combustibil va fi de aproximativ 1,2 ori mai mare decât în al doilea, în ciuda faptului că umiditatea de funcționare a cărbunelui lângă Moscova (W[ = 31%) este mai mică decât cea a
Cărbune Nazarovo (Wf= 39%).
Combustibil condiționat. În sectorul energetic, pentru a compara eficiența utilizării combustibilului în diferite centrale de cazane, pentru a planifica producția și consumul de combustibil în calcule economice, a fost introdus conceptul de combustibil de referință. Ca combustibil standard, este acceptat un astfel de combustibil, a cărui căldură specifică de ardere (cea mai scăzută) în stare de funcționare este egală cu Qy T = 29300 kJ/kg (sau
7000 kcal/kg).
Pentru fiecare combustibil natural există un așa-numit echivalent termic adimensional E, care poate fi mai mult sau mai mic decât unul:
Aerul umed este un amestec de aer uscat și vapori de apă. În aerul nesaturat, umiditatea se află în stare de vapori supraîncălziți și, prin urmare, proprietățile aerului umed pot fi descrise aproximativ de legile gazelor ideale.
Principalele caracteristici ale aerului umed sunt:
1. Umiditate absolută g, care determină cantitatea de vapori de apă conținută în 1 m 3 de aer umed. Vaporii de apă ocupă întregul volum al amestecului, deci umiditatea absolută a aerului este egală cu masa de 1 m 3 de vapori de apă sau densitatea aburului, kg/m 3
2. Umiditatea relativă a aerului j se exprimă prin raportul dintre umiditatea absolută a aerului și umiditatea sa maximă posibilă la aceeași presiune și temperatură sau raportul dintre masa de vapori de apă conținută în 1 m 3 de aer umed și masa de vapori de apă necesari pentru a satura complet 1 m 3 de aer umed la aceeași presiune și temperatură.
Umiditatea relativă determină gradul de saturație a aerului cu umiditate:
, (1.2)
unde este presiunea parțială a vaporilor de apă corespunzătoare densității sale Pa; - presiunea vaporilor saturați la aceeași temperatură, Pa; - cantitatea maximă posibilă de abur în 1 m 3 de aer umed saturat, kg/m 3 ; - densitatea vaporilor la presiunea sa parțială și temperatura aerului umed, kg/m3.
Relația (1.2) este valabilă numai atunci când putem presupune că vaporii lichizi sunt un gaz ideal până la starea de saturație.
Densitatea aerului umed r este suma densităților vaporilor de apă și aerului uscat la presiuni parțiale de 1 m 3 de aer umed la temperatura aerului umed T, LA:
(1.3)
unde este densitatea aerului uscat la presiunea sa parțială de 1 m 3 de aer umed, kg/m 3 ; - presiunea parțială a aerului uscat, Pa; - constanta de gaz a aerului uscat, J/(kg×K).
Exprimând și utilizând ecuația de stare pentru aer și vapori de apă, obținem
, (1.5)
unde este debitul masic de aer și vapori de apă, kg/s.
Aceste egalități sunt valabile pentru același volum V aer umed si aceeasi temperatura. Împărțind a doua egalitate la prima, obținem o altă expresie pentru conținutul de umiditate
. (1.6)
Înlocuind aici valorile constantelor de gaz pentru aer J/(kg × K) și pentru vaporii de apă J/(kg × K), obținem valoarea conținutului de umiditate exprimată în kilograme de vapori de apă la 1 kg de aer uscat.
. (1.7)
Înlocuirea presiunii parțiale a aerului cu valoarea , unde din precedente și ÎN– presiunea barometrică a aerului în aceleași unități ca R, obținem pentru aer umed sub presiune barometrică
. (1.8)
Astfel, la o anumită presiune barometrică, conținutul de umiditate al aerului depinde doar de presiunea parțială a vaporilor de apă. Conținutul maxim de umiditate posibil în aer, de unde
. (1.9)
Deoarece presiunea de saturație crește odată cu temperatura, cantitatea maximă posibilă de umiditate care poate fi conținută în aer depinde de temperatura acestuia și, cu cât temperatura este mai mare, cu atât mai mare. Dacă ecuațiile (1.7) și (1.8) sunt rezolvate pentru și , atunci obținem
(1.10)
. (1.11)
Volumul de aer umed în metri cubi la 1 kg de aer uscat este calculat prin formula
(1.12)
Volumul specific de aer umed v, m 3 /kg, se determină împărțind volumul de aer umed la masa amestecului la 1 kg de aer uscat:
Aerul umed ca agent de răcire se caracterizează printr-o entalpie (în kilojouli la 1 kg de aer uscat) egală cu suma entalpiilor aerului uscat și vaporilor de apă
(1.14)
unde este capacitatea termică specifică a aerului uscat, kJ/(kg×K); t– temperatura aerului, °C; i- entalpia aburului supraîncălzit, kJ/kg.
Entalpia a 1 kg de vapori de apă saturati uscati la presiuni joase este determinată de formula empirică, kJ/kg:
unde este un coeficient constant aproximativ egal cu entalpia aburului la o temperatură de 0 °C; = 1,97 kJ/(kg×K) – capacitatea termică specifică a aburului.
Înlocuirea valorilor iîn expresia (1.14) și luând capacitatea termică specifică a aerului uscat constantă și egală cu 1,0036 kJ/(kg×K), găsim entalpia aerului umed în kilojuli per 1 kg de aer uscat:
Pentru a determina parametrii gazului umed se folosesc ecuații similare celor discutate mai sus.
, (1.17)
unde este constanta gazului pentru gazul studiat; R- presiunea gazului.
Entalpia gazului, kJ/kg,
unde este capacitatea termică specifică a gazului, kJ/(kg×K).
Conținutul absolut de umiditate al gazului:
. (1.19)
Când calculați schimbătoarele de căldură de contact pentru lichidele de răcire aer-apă, puteți utiliza datele din tabel. 1.1-1.2 sau dependențe calculate pentru determinarea parametrilor fizico-chimici ai aerului (1.24-1.34) și apei (1.35). Pentru gazele de ardere se pot folosi datele din Tabelul 1. 1.3.
Densitatea gazului umed, kg/m3:
, (1.20)
unde este densitatea gazului uscat la 0 °C, kg/m3; M g, M p – mase moleculare de gaz și vapori.
Coeficientul de vâscozitate dinamică a gazului umed, Pa×s:
, (1.21)
unde este coeficientul de vâscozitate dinamică a vaporilor de apă, Pa×s; - coeficientul de vâscozitate dinamică a gazului uscat, Pa×s; 
- concentraţia masică a aburului, kg/kg.
Capacitatea termică specifică a gazului umed, kJ/(kg×K):
Coeficientul de conductivitate termică a gazului umed, W/(m×K):
, (1.23)
Unde k– indice adiabatic; ÎN– coeficient (pentru gazele monoatomice ÎN= 2,5; pentru gaze biatomice ÎN= 1,9; pentru gaze triatomice ÎN = 1,72).
Tabelul 1.1. Proprietățile fizice ale aerului uscat ( R= 0,101 MPa)
| t, °C | , kg/m3 | , kJ/(kg×K) | , W/(m×K) | , Pa×s | , m2/s | Relatii cu publicul |
| -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 |
Proprietățile termofizice ale aerului uscat pot fi aproximate prin următoarele ecuații.
Vâscozitatea cinematică a aerului uscat la temperaturi de la -20 la +140 °C, m 2 /s:
Pa; (1,24)
și de la 140 la 400 °C, m 2 /s:
. (1.25)
Tabelul 1.2. Proprietățile fizice ale apei în stare de saturație
| t, °C | , kg/m3 | , kJ/(kg×K) | , W/(m×K) | , m2/s | , N/m | Relatii cu publicul | |
| 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 |
Densitatea gazului umed, kg/m3.