Proprietățile termofizice ale gazelor de ardere. Proprietățile fizice ale aerului, gazelor și apei Echilibrul termic al încălzitorului de aer

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)

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 a j-a componentă, 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)

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 vedere generala definit 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 tipuri variate combustibilul 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:

Când construiți un cuptor, în mod ideal, ați dori să aveți un design care să furnizeze automat cât de mult aer este necesar pentru ardere. La prima vedere, acest lucru se poate face folosind un coș de fum. Într-adevăr, cu cât lemnul arde mai intens, cu atât ar trebui să fie mai multe gaze de ardere fierbinți, cu atât tirajul ar trebui să fie mai mare (model cu carburator). Dar asta nu este adevărat. Tirajul nu depinde deloc de cantitatea de gaze arse calde generate. Tirajul este diferența de presiune în conductă de la capul conductei la focar. Este determinată de înălțimea țevii și de temperatura gazelor de ardere sau, mai degrabă, de densitatea acestora.

Impingerea este determinată de formula:

F= A(p in - p d) h

unde F este tirajul, A este coeficientul, p in este densitatea aerului exterior, p d este densitatea gazelor de ardere, h este înălțimea țevii

Densitatea gazelor arse se calculează folosind formula:

p d = p in (273+t in) / (273+t d)

unde t in și t d sunt temperatura în grade Celsius a aerului atmosferic exterior din exteriorul conductei și a gazelor de ardere din conductă.

Viteza de mișcare a gazelor arse în conductă (debitul volumic, adică capacitatea de aspirație a conductei) G nu depinde deloc de înălțimea coșului de fum și este determinată de diferența de temperatură dintre gazele de ardere și aerul exterior, precum și de aria secțiunii transversale a coșului de fum. De aici rezultă o serie de concluzii practice.

in primul rand, coșurile de fum sunt făcute înalte nu pentru a crește fluxul de aer prin focar, ci doar pentru a crește tirajul (adică scăderea de presiune în țeavă). Acest lucru este foarte important pentru a preveni răsturnarea curentului de aer (fumarea sobei) în timpul susținerii vântului (cantitatea de curent trebuie să depășească întotdeauna posibilul suport al vântului).

În al doilea rând, este convenabil să reglați fluxul de aer folosind dispozitive care schimbă aria secțiunii transversale deschise a țevii, adică folosind supape. Atunci când aria secțiunii transversale a canalului de coș este mărită, de exemplu, la jumătate, se poate aștepta o creștere de aproximativ dublu a fluxului de aer volumetric prin focar.

Să explicăm acest lucru cu un exemplu simplu și clar. Avem două cuptoare identice. Să le combinăm într-una singură. Obținem o sobă de două ori mai mare, cu o cantitate dublă de lemn care arde, cu un flux de aer dublu și o suprafață a secțiunii transversale a conductei. Sau (care este același lucru), dacă din ce în ce mai multe lemne de foc se aprind în focar, atunci este necesar să deschideți supapele de pe țeavă din ce în ce mai mult.

Al treilea, dacă soba arde în mod normal într-o stare constantă și, în plus, lăsăm un curent de aer rece în focar pe lângă lemnul care arde în coș, atunci gazele de ardere se vor răci imediat și fluxul de aer prin sobă va fi redus. În același timp, lemnul care arde va începe să se stingă. Adică nu pare să influențăm direct lemnul de foc și să direcționăm un flux suplimentar pe lângă lemn de foc, dar se dovedește că conducta poate trece mai puține gaze de ardere decât înainte, când acest flux suplimentar de aer era absent. Conducta în sine va reduce fluxul de aer către lemnul de foc care a fost anterior și, de asemenea, nu va lăsa să intre un flux suplimentar de aer rece. Cu alte cuvinte, coșul de fum va fi blocat.

Acesta este motivul pentru care scurgerile de aer rece prin fisurile din coșurile de fum, fluxurile excesive de aer în focar și, în general, orice pierdere de căldură în coș, ducând la scăderea temperaturii gazelor de ardere, sunt atât de nocive.

În al patrulea rând, cu cât coeficientul de rezistență gazodinamică al coșului de fum este mai mare, cu atât debitul de aer este mai mic. Adică este indicat să faceți pereții coșului de fum cât mai netezi, fără turbulențe și fără întoarceri.

În al cincilea rând, cu cât temperatura gazelor de ardere este mai scăzută, cu atât debitul de aer se modifică mai brusc la fluctuația temperaturii gazelor de ardere, ceea ce explică situația de instabilitate a conductei la aprinderea cuptorului.

La al şaselea, la temperaturi ridicate ale gazelor arse, debitul de aer nu depinde de temperatura gazelor arse. Adică, atunci când cuptorul se încălzește puternic, debitul de aer încetează să crească și începe să depindă doar de secțiunea transversală a țevii.

Problemele de instabilitate apar nu numai atunci când se analizează caracteristicile termice ale conductei, ci și când se ia în considerare dinamica fluxurilor de gaz în conductă. Într-adevăr, un coș de fum este un puț umplut cu gaze arse ușoare. Dacă acest gaz de ardere ușoare nu se ridică foarte repede, atunci este posibil ca aerul greu exterior să se înece pur și simplu în gazul ușor și să creeze un curent descendent în țeavă. Această situație este mai ales probabilă atunci când pereții coșului sunt reci, adică în timpul aprinderii sobei.

Orez. 1. Schema mișcării gazelor într-un coș rece: 1 - focar; 2 - alimentare cu aer prin suflante; 3-cos de fum; 4 - supapă; 5 - dinte de semineu; 6-gaze de ardere; 7-aer rece care cade prin; 8 - fluxul de aer care provoacă răsturnarea forței.

a) conductă verticală netedă deschisă
b) teava cu supapa si dinte
c) conductă cu robinet superior

Săgețile continue indică direcția de mișcare a gazelor de ardere ușoare fierbinți. Săgețile punctate indică direcția de mișcare a fluxurilor în jos de aer rece și greu din atmosferă.

Pe orez. 1a este prezentat schematic un cuptor în care este alimentat aer 2 și gazele de ardere 6 sunt evacuate printr-un coș.Dacă secțiunea transversală a coșului este mare (sau viteza de mișcare a gazelor de ardere este mică), atunci ca urmare a unele fluctuații de aer atmosferic rece și greu 7 începe să pătrundă în coș, ajungând chiar și la un focar. Acest debit în scădere poate înlocui fluxul de aer „standard” prin cenușa 2. Chiar dacă soba este blocată cu toate ușile și toate clapetele de admisie a aerului sunt închise, aragazul poate arde din cauza aerului care vine de sus. Apropo, exact asta se întâmplă adesea când cărbunii se ard cu ușile cuptorului închise. Poate apărea chiar o inversare completă a tirajului: aerul va intra de sus prin țeavă, iar gazele de ardere vor ieși prin ușă.

În realitate, pe peretele interior al coșului de fum există întotdeauna nereguli, creșteri și rugozități, la ciocnire cu care gazele de ardere și curenții de aer rece în jos se învârtesc și se amestecă între ele. Fluxul de aer rece în jos este împins afară sau, atunci când este încălzit, începe să se ridice în sus amestecat cu gaze fierbinți.

Efectul derulării fluxurilor în jos de aer rece în sus este sporit de prezența supapelor parțial deschise, precum și de așa-numitul dinte, utilizat pe scară largă în tehnologia de fabricare a șemineelor ​​( orez. 1b). Dintele împiedică curgerea aerului rece din coș în spațiul șemineului și astfel împiedică șemineul să fumeze.

Curenții de aer descendenți din conductă sunt deosebit de periculoși pe vreme cețoasă: gazele de ardere nu sunt capabile să evapore cele mai mici picături de apă, să se răcească, curentul scade și chiar se pot răsturna. Cuptorul fumează mult și nu se aprinde.

Din același motiv, sobele cu coșuri umede fumează puternic. Pentru a preveni curenții descendenți, supapele superioare sunt deosebit de eficiente ( orez. 1c), reglabil în funcție de viteza gazelor de ardere în coș. Cu toate acestea, funcționarea unor astfel de supape este incomod.

Orez. 2. Dependenţa coeficientului de aer în exces a de timpul de încălzire al cuptorului (curbă solidă). Curba punctată este debitul de aer necesar G de intrare pentru oxidarea completă a produselor de ardere a lemnului (inclusiv funingine și substanțe volatile) în gazele de ardere (în unități relative). Curba punctată este debitul real de aer G al țevii furnizat de tirajul țevii (în unități relative). Coeficientul de exces de aer este coeficientul de separare a conductei G prin intrarea G

Un tiraj stabil și suficient de puternic are loc numai după ce pereții coșului s-au încălzit, ceea ce durează considerabil, astfel încât la începutul arderii nu există întotdeauna suficient aer. Coeficientul de aer în exces este mai mic decât unitatea, iar aragazul fumează ( orez. 2). Și invers: la sfârșitul arderii, coșul de fum rămâne fierbinte, tirajul rămâne mult timp, deși lemnul de foc aproape s-a ars (coeficientul de aer în exces este mai mare de unu). Sobele metalice cu cosuri izolate metalice ajung in conditii de functionare mai repede datorita capacitatii termice reduse in comparatie cu cosurile din caramida.

Analiza proceselor din coș poate fi continuată, dar deja este clar că oricât de bună ar fi soba în sine, toate avantajele acesteia pot fi anulate de un coș de fum prost. Desigur, în mod ideal, coșul de fum ar trebui să fie înlocuit cu un sistem modern de evacuare forțată a gazelor de ardere folosind un ventilator electric cu debit reglabil și pre-condensarea umidității din gazele de ardere. Un astfel de sistem, printre altele, ar putea purifica gazele de ardere din funingine, monoxid de carbon și alte impurități dăunătoare, precum și să răcească gazele de ardere evacuate și să ofere recuperarea căldurii.

Dar toate acestea sunt într-un viitor îndepărtat. Pentru un rezident de vară și grădinar, un coș de fum poate deveni uneori mult mai scump decât soba în sine, mai ales în cazul încălzirii unei case cu mai multe niveluri. Coșurile de saună sunt de obicei mai simple și mai scurte, dar nivelul de căldură al sobei poate fi foarte mare. Astfel de țevi, de regulă, sunt foarte fierbinți pe toată lungimea lor, scântei și cenușă zboară adesea din ele, dar pierderea condensului și a funinginei este nesemnificativă.

Dacă în prezent intenționați să utilizați clădirea băii doar ca baie, atunci conducta poate fi neizolată. Dacă vă gândiți și la baia ca la un loc de posibilă ședere (reședință temporară, înnoptări), mai ales iarna, atunci este mai indicat să faceți imediat țeava izolată, și de înaltă calitate, „pe viață”. În acest caz, sobele pot fi schimbate cel puțin în fiecare zi, designul poate fi selectat mai bine și mai necesar, iar conducta va fi aceeași.

Cel puțin, dacă soba funcționează într-un mod de ardere pe termen lung (lemn mocnit), atunci izolarea țevii este absolut necesară, deoarece la puteri mici (1 - 5 kW) conducta metalică neizolată va deveni complet rece, condensul va curge abundent. , care în cele mai severe înghețuri poate chiar îngheța și bloca conducta cu gheață. Acest lucru este deosebit de periculos în prezența plaselor de oprire a scânteilor și a umbrelelor cu goluri mici de trecere. Descărcătoarele sunt recomandate pentru incendii intense vara și extrem de periculoase în condiții de ardere scăzută a lemnului de foc iarna. Datorită posibilei înfundari a țevilor cu gheață, instalarea deflectoarelor și hotelor pe țevile sobei a fost interzisă în 1991 (și mai devreme pe coșurile sobelor cu gaz).

Din aceleași motive, nu ar trebui să vă lăsați dus de înălțimea țevii - nivelul de tiraj nu este atât de important pentru o sobă de saună care nu se rotește. Dacă începe să fumeze, puteți oricând aerisi rapid camera. Dar înălțimea deasupra coamei acoperișului (cel puțin 0,5 m) trebuie menținută pentru a preveni răsturnarea curentului de aer în timpul rafalelor de vânt. Pe acoperișurile plate, țeava ar trebui să iasă deasupra stratului de zăpadă. În orice caz, este mai bine să ai o țeavă mai joasă, dar mai caldă (decât una mai înaltă, dar mai rece). Țevile înalte iarna sunt întotdeauna reci și periculoase de exploatat.

Cosurile de fum reci au multe dezavantaje. În același timp, țevile neizolate, dar nu foarte lungi de pe sobele metalice se încălzesc rapid atunci când sunt aprinse (mult mai repede decât țevile de cărămidă), rămân fierbinți în timpul încălzirii viguroase și, prin urmare, sunt utilizate pe scară largă în băi (și nu numai în băi), în special deoarece sunt relativ ieftine. Țevile de azbociment nu sunt folosite la sobele metalice, deoarece sunt grele și, de asemenea, se rup atunci când sunt supraîncălzite, făcând fragmente să se despartă.

Orez. 3. Cele mai simple modele de coșuri de fum metalice: 1 - coș de fum rotund metalic; 2 - parascantei; 3 - capac pentru a proteja teava de precipitatii; 4 - căpriori; 5 - învelișul acoperișului; 6 - blocuri de lemn între căpriori (sau grinzi) pentru a crea o deschidere de foc (tăiată) în acoperiș sau tavan (dacă este necesar); 7 - coama acoperișului; 8 - acoperiș moale (pâslă de acoperiș, izolație hidrosticlă, țigle moi, foi de carton ondulat-bitum etc.); 9 - tablă metalică pentru acoperirea acoperișului și acoperirea deschiderii (este permisă utilizarea unei foi plane de aceid - placă electroizolantă din azbociment); 10 - tampon de drenaj metalic; 11 - etanșarea cu azbest a golului (articulației); 12 - capac de vidre metalice; 13 - grinzi de tavan (cu spațiu umplut cu izolație); 14 - garnitură de tavan; 15 - podea mansardă (dacă este necesar); 16 - tablă pentru tăierea tavanului; 17 - colțuri de armare metalice; 18 - capac metalic pentru ornamentul tavanului (dacă este necesar); 19 - izolație neinflamabilă rezistentă la căldură (argilă expandată, nisip, perlit, vată minerală); 20 - capac de protectie (tabla metalica peste un strat de carton de azbest grosime 8 mm); 21 - ecran țeavă metalică.

a) conducta neizolata termic;
b) o țeavă ecranată izolată termic, cu o rezistență la transferul termic de cel puțin 0,3 m 2 -grad/W (care echivalează cu o grosime de cărămidă de 130 mm sau cu o grosime de izolație din vată minerală de 20 mm).

Pe orez. 3 Sunt prezentate diagrame tipice de instalare a țevilor metalice neizolate. Țeava în sine trebuie achiziționată din oțel inoxidabil cu o grosime de cel puțin 0,7 mm. Cel mai comun diametru al țevii rusești este de 120 mm, cel finlandez este de 115 mm.

Conform GOST 9817-95, aria secțiunii transversale a unui coș cu mai multe ture trebuie să fie de cel puțin 8 cm 2 la 1 kW de putere termică nominală eliberată în focar la arderea lemnului. Această putere nu trebuie confundată cu puterea termică a unei sobe cu căldură intensă, eliberată de pe suprafața exterioară de cărămidă a sobei în cameră conform SNiP 2.04.05-91. Aceasta este una dintre numeroasele neînțelegeri ale documentelor noastre de reglementare. Deoarece sobele cu căldură intensivă sunt de obicei încălzite doar 2-3 ore pe zi, puterea din focar este de aproximativ zece ori mai mare decât puterea de eliberare a căldurii de pe suprafața unei sobe de cărămidă.

Data viitoare vom vorbi despre caracteristicile instalării coșurilor de fum.

Aerul umed este un amestec de aer uscat și vapori de apă. În aerul nesaturat, umiditatea este în stare de vapori supraîncălziți și, prin urmare, proprietățile aerului umed pot fi aproximativ descrise 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 maximă posibilă a acestuia 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 per 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 pot fi utilizate 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)

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

Densitatea gazului umed, kg/m3.

Proprietățile termofizice ale produselor 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 ai gazelor de ardere
(la P = 0,0981 MPa; R CO2 = 0,13; p H20 = 0,11; R N2 = 0,76)

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 (scurgere), 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 a diferitelor produse la baza experimentală a VNIIPO:

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 antracit, cărbuni slabi și alte tipuri de combustibil cu continut ridicat carbon, se formează produse de combustie care sunt similare ca compoziție cu produsele de ardere ai carbonului. La arderea hidrogenului conform ecuaţiei

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, combustibili lichizi, lemn de foc, turbă, cărbune brun, cărbune cu flacără lungă și cărbune gazos și alte tipuri de combustibil cu un conținut semnificativ de hidrogen în masa combustibilă, o cantitate mare de vapori de apă este format, depășind uneori volumul de CO2. Prezența umidității în partea de sus

Lieve crește în mod natural conținutul de vapori de apă din produsele de ardere.

Compoziția produsului ardere completă principalele tipuri de combustibil dintr-un volum stoichiometric de aer sunt date 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°С). (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 de ardere completă a carbonului în aer, pentru fiecare metru cub de CO2, care are cea mai mare capacitate termică volumetrică, există 3,76 m3 de N2 cu cel mai mic capacitatea termică volumetrică.

Capacitatea termică și în produșii de combustie 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):

Fluctuațiile capacității termice a produselor de ardere a diferitelor tipuri de combustibil 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

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 produșilor capacității termice ale arderii complete a carbonului într-un volum stoechiometric de aer în intervalul de temperatură de la 0 la t°C, de exemplu de la 0 la

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

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.