Pri gradnji peči bi v idealnem primeru želeli imeti takšno zasnovo, ki bi samodejno dajala toliko zraka, kolikor je potrebno za zgorevanje. Na prvi pogled je to mogoče storiti z dimnik. Res je, bolj ko drva gori, bolj vroče dimni plini, večji mora biti potisk (model z uplinjačem). Ampak ni. Vlek sploh ni odvisen od količine nastalih vročih dimnih plinov. Vlek je padec tlaka v cevi od glave cevi do kurišča. Določena je z višino cevi in temperaturo dimnih plinov oziroma njihovo gostoto.
Potisk se določi po formuli:
F \u003d A (p in - p d) h
kjer je F potisk, A je koeficient, p in je gostota zunanjega zraka, p d je gostota dimnih plinov, h je višina cevi.
Gostota dimnih plinov se izračuna po formuli:
p d \u003d p in (273 + t in) / (273 + t d)
kjer t in in t d - temperatura zunanjega atmosferskega zraka zunaj cevi in dimnih plinov v cevi v stopinjah Celzija.
Hitrost dimnih plinov v cevi (volumenski pretok, tj. sesalna zmogljivost cevi) G sploh ni odvisna od višine cevi in je določena s temperaturno razliko med dimnimi plini in zunanjim zrakom ter površino prečni prerez dimnik. Iz tega izhajajo številni praktični zaključki.
Prvič, dimniki sploh niso narejeni visoko, da bi povečali pretok zraka skozi kurišče, ampak samo za povečanje vleka (to je padec tlaka v cevi). To je zelo pomembno, da preprečimo prevračanje vleka (dimljenje peči) v primeru pritiska vetra (vrednost potiska mora vedno presegati možni pritisk vetra).
Drugič, je priročno regulirati pretok zraka s pomočjo naprav, ki spreminjajo območje prostega odseka cevi, to je s pomočjo ventilov. S povečanjem površine prečnega prereza dimniškega kanala, na primer za faktor dva, lahko pričakujemo približno dvakratno povečanje prostorninskega pretoka zraka skozi kurišče.
Poenostavimo in dober primer. Imamo dve enaki pečici. Združimo jih v eno. Dobimo peč dvojne velikosti z dvojno količino drv, z dvojnim pretokom zraka in površino preseka cevi. Ali pa (kar je isto), če se v kurišču razplamti vedno več drv, potem je treba vedno bolj odpirati ventile na cevi.
TretjičČe peč normalno gori v ustaljenem stanju, dodatno pa spustimo tok hladnega zraka v kurišče mimo gorečih drv v dimnik, potem se dimni plini takoj ohladijo, pretok zraka skozi peč pa se zmanjša. Hkrati se bodo goreča drva začela zbledeti. Se pravi, da na drva navidezno ne vplivamo neposredno in dodatnega toka usmerjamo mimo drv, vendar se izkaže, da lahko cev prepušča manj dimnih plinov kot prej, ko tega dodatnega zračnega toka ni bilo. Sama cev bo zmanjšala pretok zraka do drv, ki je bil prej, poleg tega pa ne bo pustila dodatnega pretoka hladnega zraka. Z drugimi besedami, dimnik bo zamašen.
Zato so tako škodljivi uhajanje mrzlega zraka skozi špranje v dimnikih, preveliki pretoki zraka v kurišču in sploh morebitne toplotne izgube v dimniku, ki vodijo do znižanja temperature dimnih plinov.
Četrtič, večji kot je koeficient plinsko-dinamičnega upora dimnika, manjši je pretok zraka. To pomeni, da je zaželeno, da so stene dimnika čim bolj gladke, brez turbulenc in brez zavojev.
Petič, nižja kot je temperatura dimnih plinov, močneje se pretok zraka spreminja z nihanji temperature dimnih plinov, kar pojasnjuje situacijo nestabilnosti cevi pri vžigu peči.
Na šestem, pri visokih temperaturah dimnih plinov je pretok zraka neodvisen od temperature dimnih plinov. To pomeni, da se z močnim segrevanjem peči pretok zraka preneha povečevati in začne biti odvisen samo od preseka cevi.
Težave z nestabilnostjo se ne pojavljajo le pri analizi toplotnih karakteristik cevi, ampak tudi pri upoštevanju dinamike pretoka plina v cevi. Dejansko je dimnik vodnjak, napolnjen z lahkimi dimnimi plini. Če se ta lahek dimni plin ne dvigne zelo hitro, potem obstaja možnost, da se težki zunanji zrak preprosto potopi v lahek plin in ustvari padajoč tok navzdol v cevi. Ta situacija je še posebej verjetna, ko so stene dimnika hladne, to je med vžigom peči.
riž. 1. Shema gibanja plinov v hladnem dimniku: 1 - kurišče; 2 - dovod zraka skozi puhalo; 3-dimnik; 4 - ventil; 5 - zob dimnika; 6-dimni plini; 7-neuspešen hladen zrak; 8 - zračni tok, ki povzroča prevračanje potiska.
a) gladka odprta navpična cev
b) cev z ventilom in zobom
c) cev z zgornjim ventilom
Polne puščice prikazujejo smer gibanja lahkih vročih dimnih plinov. Črtkane puščice prikazujejo smeri padajočih tokov hladnega težkega zraka iz ozračja.
Na riž. 1a shematsko je prikazana peč, v katero se dovaja zrak 2 in dimni plini 6 odvajajo skozi dimnik. atmosferski zrak 7, ki doseže celo kurišče. Ta padajoči tok lahko nadomesti "običajen" pretok zraka skozi puhalo 2. Tudi če je peč zaklenjena z vsemi vrati in so vse lopute za dovod zraka zaprte, lahko peč še vedno gori zaradi zraka, ki prihaja od zgoraj. Mimogrede, prav to se pogosto zgodi, ko premog izgori zaprta vrata pečice. Lahko pride celo do popolnega prevračanja vleka: zrak bo vstopal od zgoraj skozi cev, dimni plini pa bodo izstopali skozi vrata.
V resnici so na notranji steni dimnika vedno izbokline, izrastki, hrapavosti, ob trku s katerimi se dimni plini in prihajajoči navzdol padajoči tokovi hladnega zraka vrtinčijo in mešajo med seboj. Hkrati se hladen navzdolnji tok zraka potisne ven ali se pri segrevanju začne dvigovati navzgor v mešanici z vročimi plini.
Učinek obračanja tokov hladnega zraka navzdol navzgor se poveča ob prisotnosti delno odprtih loput, pa tudi tako imenovanega zoba, ki se pogosto uporablja v tehnologiji izdelave kaminov ( riž. 1b). Zobec preprečuje pretok hladnega zraka iz dimnika v prostor kamina in s tem dimljenje kamina.
Spuščanje zraka v cevi je še posebej nevarno v meglenem vremenu: dimni plini ne morejo izhlapeti niti najmanjših kapljic vode, se ohladijo, potisk se zmanjša in se lahko celo prevrnejo. Hkrati peč močno kadi, ne vžge.
Iz istega razloga peči z vlažnimi dimniki močno kadijo. Zgornji zaporni ventili so še posebej učinkoviti pri preprečevanju tokov navzdol ( riž. 1c), nastavljiva glede na hitrost dimnih plinov v dimniku. Vendar pa je delovanje takih ventilov neprijetno.
riž. Sl. 2. Odvisnost koeficienta presežka zraka a od časa segrevanja peči (polna krivulja). Pikčasta krivulja je potrebna poraba zraka G poraba za popolno oksidacijo produktov zgorevanja drv (vključno s sajami in hlapnimi snovmi) v dimnih plinih (v relativnih enotah). Črtkano-pikčasta krivulja je dejanska poraba zraka G cevi, ki jo zagotavlja ugrez cevi (v relativnih enotah). Koeficient presežka zraka je količnik G razmika cevi na G pretok
Stabilen in dovolj močan vlek nastane šele, ko se stene dimnika segrejejo, kar pa traja precej časa, zato je na začetku ogrevanja vedno premalo zraka. V tem primeru je koeficient presežka zraka manjši od enote in peč kadi ( riž. 2). In obratno: ob koncu ogrevanja ostane dimnik vroč, vlek ostane še dolgo, čeprav so drva skoraj pregorela (koeficient presežka zraka je več kot ena). Kovinske peči s kovinsko izoliranimi dimniki hitreje dosežejo režim zaradi nizke toplotne kapacitete v primerjavi z opečnimi dimniki.
Analizo procesov v dimniku lahko nadaljujemo, vendar je že zdaj jasno, da ne glede na to, kako dobra je peč sama, lahko slab dimnik vse njene prednosti zreducira na nič. Seveda, v idealno dimnik je potrebno zamenjati sodoben sistem prisilno odvajanje dimnih plinov s pomočjo električnega ventilatorja z nastavljivim pretokom in s predkondenzacijo vlage iz dimnih plinov. Takšen sistem bi lahko med drugim čistil dimne pline saj, ogljikovega monoksida in drugih škodljivih primesi ter hladil odvedene dimne pline in zagotavljal vračanje toplote.
A vse to je v daljni prihodnosti. Za poletnega prebivalca in vrtnarja lahko dimnik včasih postane veliko dražji od same peči, zlasti pri ogrevanju hiše na več ravneh. Dimniki za savne so običajno enostavnejši in krajši, vendar je lahko toplotna moč peči zelo visoka. Takšne cevi so praviloma zelo vroče po celotni dolžini, iz njih pogosto letijo iskre in pepel, vendar sta kondenzacija in saje nepomembna.
Če za zdaj nameravate uporabljati savno samo kot kopalnico, potem je cev lahko tudi neizolirana. Če o kopališču razmišljate tudi kot o kraju možnega bivanja (začasno bivališče, prenočitev), zlasti pozimi, potem je bolj smiselno, da cev takoj naredite izolirano in kakovostno "za življenje". Hkrati je mogoče pečice zamenjati vsaj vsak dan, dizajn je mogoče izbrati bolj priročno in ustrezneje, cev pa bo enaka.
Vsaj če je pečica prižgana dolgo gorenje(tlenje drv), potem je izolacija cevi nujno potrebna, saj se pri nizki moči (1 - 5 kW) neizolirana kovinska cev popolnoma ohladi, kondenzat bo pritekel obilno, ki lahko v najhujših zmrzali celo zmrzne in zamaši cev z led. To je še posebej nevarno, če so na voljo mreža za zadrževanje isker in dežniki z majhnimi prehodi. Lihniki isker so uporabni pri intenzivnem ogrevanju poleti in izjemno nevarni pri šibkih pogojih kurjenja drv pozimi. Zaradi možne zamašitve cevi z ledom je predvidena namestitev deflektorjev in dežnikov na dimniki je bil prepovedan leta 1991 (še prej pa na dimnikih plinskih peči).
Iz istih razlogov se ne smete zanesti z višino cevi - stopnja potiska ni tako pomembna za nepovratno peč za savno. Če se kadi, lahko vedno hitro prezračite sobo. Vendar je treba upoštevati višino nad grebenom strehe (vsaj 0,5 m), da preprečite prevračanje potiska med sunki vetra. Na ravnih strehah naj cev štrli nad snežno odejo. V vsakem primeru je bolje, da je cev nižja, vendar toplejša (kot višja, vendar hladnejša). Visoki dimniki so pozimi vedno hladni in nevarni.
Hladni dimniki imajo veliko slabosti. Hkrati se neizolirane, vendar ne zelo dolge cevi na kovinskih pečeh med vžigom hitro segrejejo (veliko hitreje kot opečne cevi), ob močnem segrevanju ostanejo vroče in se zato pogosto uporabljajo v kopeli (pa ne samo v kopeli), še posebej, ker so razmeroma poceni. Azbestno-cementne cevi se ne uporabljajo na kovinskih pečeh, saj so težke in se ob pregrevanju zrušijo z drobci, ki letijo.
riž. 3. Najenostavnejše izvedbe kovinskih dimnikov: 1 - kovinski okrogel dimnik; 2 - lovilec isker; 3 - pokrov za zaščito cevi pred atmosferskimi padavinami; 4 - špirovci; 5 - strešni plašč; 6 - lesene kocke med špirovci (ali tramovi) za oblikovanje požarne odprtine (vrez) v strehi ali stropu (če je potrebno); 7 - greben strehe; osem - mehka streha(strešni material, hidrostekloizol, mehke ploščice, valovita lepenka-bitumenske plošče itd.); 9 - kovinska pločevina za streho in pokrivanje odprtine (dovoljeno je uporabiti ravno ploščo aceida - azbestno-cementno elektroizolacijsko ploščo); 10 - kovinska drenažna blazinica; 11 - azbestno tesnjenje reže (spoj); 12 - kovinska kapica-vidra; 13 - stropni tramovi (s polnjenjem prostora z izolacijo); 14 - stropna obloga; 15 - podstrešje (če je potrebno); 16 - kovinska pločevina za rezanje stropa; 17 - kovinski ojačitveni vogali; 18 - kovinski pokrov stropnega reza (če je potrebno); 19 - negorljiva toplotno odporna izolacija (ekspandirana glina, pesek, perlit, mineralna volna); 20 - zaščitna podloga (kovinski list nad plastjo azbestnega kartona debeline 8 mm); 21 - kovinski cevni zaslon.
a) cev brez toplotne izolacije;
b) toplotno izolirana zaščitena cev z uporom za prenos toplote najmanj 0,3 m 2 -deg / W (kar je enako debelini opeke 130 mm ali debelini izolacije iz mineralne volne 20 mm).
Na riž. 3 tipično sheme ožičenja neizolirano kovinske cevi. Sama cev je treba kupiti iz nerjavečega jekla z debelino najmanj 0,7 mm. Najbolj priljubljen premer ruske cevi je 120 mm, finske pa 115 mm.
V skladu z GOST 9817-95 mora biti površina prečnega prereza večobratnega dimnika najmanj 8 cm 2 na 1 kW nazivne toplotne moči, ki se sprosti v peči pri zgorevanju lesa. Te moči ne smemo zamenjevati s toplotno močjo toplotno intenzivne peči, ki se sprosti z zunanje opečne površine peči v prostor v skladu s SNiP 2.04.05-91. To je eden od naših mnogih nesporazumov. normativni dokumenti. Ker se toplotno intenzivne peči običajno ogrevajo le 2-3 ure na dan, je moč v peči približno desetkrat večja od moči oddaje toplote s površine zidane peči.
Naslednjič bomo govorili o značilnostih namestitve dimnikov.
2. toplota, ki jo odnašajo izpušni plini. Določimo toplotno kapaciteto dimnih plinov pri tux = 8000C;
3. toplotne izgube skozi zidove s toplotno prevodnostjo.
Izgube skozi trezor
Debelina oboka je 0,3 m, material je šamot. Sprejmemo, da je temperatura notranje površine kupole enaka temperaturi plinov.
Povprečna temperatura pečice:
Glede na to temperaturo izberemo koeficient toplotne prevodnosti šamotnega materiala:
Tako so izgube skozi trezor:
kjer je α koeficient prenosa toplote od zunanje površine sten do zunanjega zraka, ki je enak 71,2 kJ / (m2 * h * 0С)
Izgube skozi stene. Zidovi sten so dvoslojni (šamot 345 mm, diatomejska zemlja 115 mm)
Površina stene, m2:
metodična cona
območje varjenja
Tomil cona
konec
Skupna površina zidu 162,73 m2
Pri linearni porazdelitvi temperature po debelini stene bo povprečna temperatura šamota 5500C, diatomita pa 1500C.
Posledično.
Popolna izguba zaradi zidanja
4. Po praktičnih podatkih so toplotne izgube s hladilno vodo enake 10% Qx dohodka, to je Qx + Qp
5. Sprejemamo neobračunane izgube v višini 15% Q vložene toplote
Sestavimo enačbo toplotna bilanca pečice
Toplotna bilanca peči je povzeta v tabeli 1; 2
Tabela 1
tabela 2
| Poraba kJ/h | % |
| Toplota, porabljena za segrevanje kovine
| 53 |
| toplota dimnih plinov | 26 |
| izgube pri zidanju
| 1,9 |
| izgube hladilne vode | 6,7 |
| neobračunane izgube | 10,6 |
| Skupaj: | 100 |
Specifična poraba toplote za segrevanje 1 kg kovine bo
Izbira in izračun gorilnikov
Sprejemamo, da so v kurišče vgrajeni gorilniki tipa "cev v cevi".
V varilnih conah je 16 kosov, v držalni coni 4 kosi. skupno število gorilnikov 20pcs. Določite ocenjeno količino zraka, ki prihaja v en gorilnik.
Vв - urna poraba zraka;
TV - 400 + 273 = 673 K - temperatura ogrevanja zraka;
N je število gorilnikov.
Predpostavimo, da je zračni tlak pred gorilnikom 2,0 kPa. Iz tega sledi, da potreben pretok zraka zagotavlja gorilnik DBV 225.
Določite ocenjeno količino plina na gorilnik;
VG \u003d V \u003d 2667 urna poraba goriva;
TG \u003d 50 + 273 \u003d 323 K - temperatura plina;
N je število gorilnikov.
8. Izračun toplotnega izmenjevalnika
Za zračno ogrevanje izdelamo kovinsko zančni toplotni izmenjevalnik iz cevi premera 57/49,5 mm s koridorno razporeditvijo njihovega koraka.
Začetni podatki za izračun:
Urna poraba goriva B=2667 kJ/h;
Poraba zraka na 1 m3 goriva Lα = 13,08 m3/m3;
Količina produktov zgorevanja iz 1 m3 gorljivega plina Vα =13,89 m3/m3;
Temperatura ogrevanja zraka tv = 4000С;
Temperatura dimnih plinov iz peči tux=8000C.
Poraba zraka na uro:
Urna količina dima:
Urna količina dima, ki prehaja skozi izmenjevalnik toplote, ob upoštevanju izgube dima za izbijanje in skozi obvodno loputo ter uhajanje zraka.
Koeficient m, ob upoštevanju izgube dima, vzamemo 0,7.
Koeficient, ki upošteva uhajanje zraka v prašiče, bomo vzeli 0,1.
Temperatura dima pred toplotnim izmenjevalnikom, ob upoštevanju uhajanja zraka;
kjer je iух vsebnost toplote dimnih plinov pri tух=8000С
Ta vsebnost toplote ustreza temperaturi dima tD=7500C. (Glejte sliko 67(3))
Pri zgorevanju ogljika goriva v zraku v skladu z enačbo (21C + 2102 + 79N2 = 21C02 + 79N2) je za vsako prostornino CO2 v produktih zgorevanja 79: 21 = 3,76 prostornine N2.
Zgorevanje antracita, pustega premoga in drugih goriv z visoko vsebnostjo ogljika proizvaja produkte zgorevanja, ki so po sestavi podobni produktom zgorevanja ogljika. Pri zgorevanju vodika v skladu z enačbo
42H2+2102+79N2=42H20+79N2
Za vsako prostornino H20 je 79:42 = 1,88 prostornine dušika.
V produktih zgorevanja naravnih, utekočinjenih in koksarniških plinov, tekočih goriv, drv, šote, rjavega premoga, dolgotrajnega in plinskega premoga ter drugih goriv s pomembno vsebnostjo vodika v gorljivi masi, veliko število vodna para, ki včasih presega prostornino CO2. Prisotnost vlage na vrhu
|
Tabela 36 Toplotna kapaciteta, kcal/(m3. °С) |
Live, seveda, poveča vsebnost vodne pare v produktih izgorevanja.
Sestava produktov popolnega zgorevanja glavnih vrst goriva v stehiometričnem volumnu zraka je podana v tabeli. 34. Iz podatkov v tej tabeli je razvidno, da vsebnost N2 v produktih zgorevanja vseh vrst goriva znatno presega skupno vsebnost C02-f-H20, v produktih zgorevanja ogljika pa znaša 79 %.
Produkti zgorevanja vodika vsebujejo 65% N2, produkti zgorevanja naravnih in utekočinjenih plinov, bencina, kurilnega olja in drugih ogljikovodikovih goriv vsebujejo 70-74% N2.
riž. 5. Volumetrična toplotna kapaciteta
Produkti zgorevanja
4 - produkti zgorevanja ogljika
5 - produkti zgorevanja vodika
Povprečno toplotno kapaciteto produktov popolnega zgorevanja, ki ne vsebujejo kisika, lahko izračunamo po formuli
C \u003d 0,01 (Cc02C02 + Cso2S02 + Cn20H20 + CN2N2) kcal / (m3 - ° С), (VI. 1)
Kjer so Сс0г, Cso2, СНа0, CNa volumetrične toplotne kapacitete ogljikovega dioksida, žveplovega dioksida, vodne pare in dušika, S02, S02, Н20 in N2 pa vsebnost ustreznih komponent v produktih zgorevanja, % (vol.) .
V skladu s to formulo (VI. 1) ima naslednjo obliko:
C \u003d 0,01 (Cc02 /? 02 + CHj0H20-bCNi! N2) kcal / (m3 "°C). (VI.2)
Povprečna volumetrična toplotna kapaciteta CO2, H20 in N2 v temperaturnem območju od 0 do 2500 °C je podana v tabeli. 36. Krivulje, ki označujejo spremembo povprečne volumetrične toplotne kapacitete teh plinov z naraščajočo temperaturo, so prikazane na sl. 5.
Iz mize. 16 podatki in krivulje prikazane na sl. 5 prikazuje naslednje:
1. Volumetrična toplotna kapaciteta CO2 bistveno presega toplotno kapaciteto H20, ta pa presega toplotno kapaciteto N2 v celotnem temperaturnem območju od 0 do 2000 °C.
2. Toplotna kapaciteta CO2 narašča z naraščanjem temperature hitreje kot toplotna kapaciteta H20, toplotna kapaciteta H20 pa hitreje kot toplotna kapaciteta N2. Kljub temu pa se utežene povprečne volumetrične toplotne kapacitete produktov zgorevanja ogljika in vodika v stehiometričnem volumnu zraka malo razlikujejo.
To stanje, na prvi pogled nekoliko nepričakovano, je posledica dejstva, da v produktih popolnega zgorevanja ogljika v zraku za vsak kubični meter CO2, ki ima največjo volumetrično toplotno kapaciteto, predstavlja 3,76 m3 N2 z minimalno volumetrično
|
Povprečne volumetrične toplotne kapacitete produktov zgorevanja ogljika in vodika so teoretično zahtevana količina zrak, kcal/(m3-°С)
|
Toplotna kapaciteta, v produktih zgorevanja vodika pa je na vsak kubični meter vodne pare, katere prostorninska toplotna kapaciteta je manjša od CO2, vendar večja od N2, polovična količina dušika (1,88 m3).
Posledično se povprečne volumetrične toplotne kapacitete produktov zgorevanja ogljika in vodika v zraku izenačijo, kot je razvidno iz podatkov v tabeli. 37 in primerjava krivulj 4 in 5 na sl. 5. Razlika v tehtanih povprečnih toplotnih kapacitetah produktov zgorevanja ogljika in vodika v zraku ne presega 2 %. Seveda ležijo toplotne kapacitete produktov zgorevanja goriva, ki je sestavljeno predvsem iz ogljika in vodika, v stehiometričnem volumnu zraka v ozkem območju med krivuljama 4 in 5 (osenčeno na sliki 5).
Produkti popolnega zgorevanja različnih vidov; goriva v stehiometričnem zraku v temperaturnem območju od 0 do 2100 °C imajo naslednjo toplotno kapaciteto, kcal/(m3>°C):
Nihanje toplotne kapacitete produktov zgorevanja različne vrste goriv je razmeroma malo. pri trdno gorivo z visoko vsebnostjo vlage (drva, šota, rjavi premog itd.) je toplotna kapaciteta produktov zgorevanja v enakem temperaturnem območju večja kot pri gorivu z nizko vsebnostjo vlage (antracit, premog, kurilno olje, zemeljski plin itd.) .) . To je posledica dejstva, da se pri zgorevanju goriva z visoko vsebnostjo vlage v produktih zgorevanja poveča vsebnost vodne pare, ki ima večjo toplotno kapaciteto v primerjavi z dvoatomnim plinom - dušikom.
V tabeli. 38 prikazuje povprečne volumetrične toplotne kapacitete produktov popolnega zgorevanja, ki niso razredčeni z zrakom, za različna temperaturna območja.
Tabela 38
|
Vrednost povprečne toplotne kapacitete produktov zgorevanja goriva in zraka, ki niso razredčeni z zrakom, v temperaturnem območju od 0 do t ° С
|
Povečanje vsebnosti vlage v gorivu poveča toplotno kapaciteto produktov zgorevanja zaradi povečanja vsebnosti vodne pare v njih v istem temperaturnem območju v primerjavi s toplotno kapaciteto produktov zgorevanja goriva z nižjo vsebnostjo vlage. vsebnostjo, hkrati pa znižuje temperaturo zgorevanja goriva zaradi povečanja prostornine produktov zgorevanja zaradi vodnega para.
S povečanjem vsebnosti vlage v gorivu se volumetrična toplotna kapaciteta produktov zgorevanja poveča v določenem temperaturnem območju, hkrati pa se temperaturni interval zmanjša od 0 do £max zaradi zmanjšanja vrednosti<тах. ПОСКОЛЬКУ ТЄПЛОЄМКОСТЬ ГЭЗОВ уМвНЬ — шается с понижением температуры, теплоемкость продуктов сгорания топлива с различной влажностью в интервале температур от нуля до <тах для данного топлива претерпевает незначительные колебания (табл. 39). В соответствии с этим можно принять теплоемкость продуктов сгорания всех видов твердого топлива от 0 до tmax равной 0,405, жидкого топлива 0,401, природного, доменного и генераторного газов 0,400 ккал/(м3-°С).
To omogoča znatno poenostavitev določanja kalorimetrične in izračunane temperature zgorevanja (po metodi, opisani v poglavju VII). Dovoljena napaka v tem primeru običajno ne presega 1% ali 20 °.
Iz upoštevanja krivulj 4 in 5 na sl. 5 je razvidno, da je razmerje toplotne kapacitete produktov popolnega zgorevanja ogljika v stehiometričnem volumnu zraka v temperaturnem območju od 0 do t ° C, na primer od 0 do
|
Toplotna kapaciteta produktov zgorevanja od 0 do t’mayL različnih vrst trdnih goriv z vsebnostjo vlage od 0 do 40 % v stehiometričnem volumnu zraka
|
200 in od 0 do 2100 °C so praktično enake razmerju toplotnih kapacitet produktov zgorevanja vodika v istih temperaturnih območjih. Določeno razmerje toplotnih kapacitet C' ostane praktično konstantno za produkte popolnega zgorevanja različnih vrst goriva v stehiometričnem volumnu zraka.
V tabeli. 40 prikazuje razmerja toplotnih kapacitet produktov popolnega zgorevanja goriva z nizko vsebnostjo balasta, ki prehaja v plinaste produkte zgorevanja (antracit, koks, premog, tekoče gorivo, naravni, naftni, koksarni plini itd.) v temperaturnem območju od 0 do t ° C in v temperaturnem območju od 0 do 2100 °C. Ker je toplotna kapaciteta teh vrst goriva blizu 2100 ° C, je navedeno razmerje toplotnih kapacitet C' enako razmerju toplotnih kapacitet v temperaturnem območju od 0 do t in od 0 do tm&x-
V tabeli. 40 prikazuje tudi vrednosti C', izračunane za produkte zgorevanja goriva z visoko vsebnostjo balasta, ki med zgorevanjem goriva prehaja v plinaste produkte zgorevanja, to je vlaga v trdnem gorivu, dušik in ogljikov dioksid v plinastih goriva. Toplotna kapaciteta teh vrst goriva (les, šota, rjavi premog, mešani generator, zrak in plavžni plini) je 1600-1700 °C.
Tabela 40
|
Razmerje med toplotno kapaciteto produktov zgorevanja C' in zraka K v temperaturnem območju od 0 do t ° C do toplotne kapacitete produktov zgorevanja od 0 do
|
Kot je razvidno iz tabele. 40 se vrednosti C' in K malo razlikujejo tudi pri produktih zgorevanja goriva z različno vsebnostjo balasta in toplotno močjo.
Toplota zgorevanja. Neto kurilna vrednost suhega plinastega goriva Qf se močno spreminja od 4 do 47 MJ/m3 in je odvisna od njegove sestave – razmerja in kakovosti gorljivih in negorljivih snovi.
komponente. Najnižjo vrednost Qf ima plavžni plin, katerega povprečna sestava je okoli 30 % gorljivih plinov (predvsem ogljikov monoksid CO) in okoli 60 % negorljivega dušika N2. Največji
Vrednost Qf za povezane pline, katerih sestava je označena z visoko vsebnostjo težkih ogljikovodikov. Zgorevalna toplota zemeljskih plinov niha v ozkem območju Qf = 35,5…37,5 MJ/m3.
Spodnja kurilna vrednost posameznih plinov, ki sestavljajo plinasta goriva, je podana v tabeli. 3.2. Glej razdelek 3 za metode za določanje kalorične vrednosti plinastih goriv.
Gostota. Obstajata absolutna in relativna gostota plinov.
Absolutna gostota plina rg, kg/m3, je masa plina na 1 m3 prostornine, ki jo ta plin zaseda. Pri izračunu gostote posameznega plina se prostornina njegovega kilomo-la vzame za 22,41 m3 (kot za idealni plin).
Relativna gostota plina Rotn je razmerje med absolutno gostoto plina pri normalnih pogojih in podobni gostoti zraka:
Rotn \u003d Rg / Pv \u003d Rg / 1,293, (6,1)
Kjer sta rg, pE absolutna gostota plina in zraka pri normalnih pogojih, kg / m3. Relativna gostota plinov se običajno uporablja za primerjavo različnih plinov med seboj.
Vrednosti absolutne in relativne gostote enostavnih plinov so podane v tabeli. 6.1.
Gostota mešanice plinov pjM, kg/m3, je določena na podlagi pravila aditivnosti, po katerem so lastnosti plinov povzete po njihovem volumskem deležu v mešanici:
Kjer je Xj volumetrična vsebnost 7. plina v gorivu, %; (rg); - gostota j-tega plina, ki je del goriva, kg/m3; n je število posameznih plinov v gorivu.
Vrednosti gostote plinastih goriv so podane v tabeli. P.5.
Gostoto plina p, kg/m3, odvisno od temperature in tlaka, lahko izračunamo po formuli
Kjer je p0 gostota plina pri normalnih pogojih (T0 = 273 K in p0 = 101,3 kPa), kg/m3; p in T sta dejanski tlak, kPa, in absolutna temperatura plina, K.
Skoraj vse vrste plinastih goriv so lažje od zraka, zato se ob puščanju plin nabira pod stropi. Iz varnostnih razlogov je pred zagonom kotla nujno preveriti odsotnost plina na najverjetnejših mestih njegovega kopičenja.
Viskoznost plinov narašča z naraščajočo temperaturo. Vrednosti dinamičnega koeficienta viskoznosti p, Pa-s, je mogoče izračunati z uporabo empirične Seser-Landove enačbe
Tabela 6.1
Značilnosti sestavin plinskega goriva (pri t - O ° C chr \u003d 101,3 kPa)
|
Kemični |
molska masa M, |
Gostota |
Koncentrati v razsutem stanju |
||
|
Ime plina |
Absolutno |
Sorodnik |
Zionske meje vžiga plina v mešanici z zrakom,% |
||
|
gorljivi plini |
|||||
|
Propilen |
|||||
|
ogljikov monoksid |
|||||
|
vodikov sulfid |
|||||
|
nevnetljivi plini |
|||||
|
Ogljikov dioksid |
|||||
|
žveplov dioksid |
|||||
|
kisik |
|||||
|
Atmosferski zrak. |
|||||
|
vodna para |
Kjer je p0 koeficient dinamične viskoznosti plina pri normalnih pogojih (G0 = 273 K in p0 - 101,3 kPa), Pa-s; T je absolutna temperatura plina, K; C - koeficient, odvisen od vrste plina, K, je vzet iz tabele. 6.2.
Za mešanico plinov lahko koeficient dinamične viskoznosti približno določimo iz vrednosti viskoznosti posameznih komponent:
Kjer je gj masni delež j-tega plina v gorivu, %; Zu - koeficient dinamične viskoznosti j-te komponente, Pa-s; n je število posameznih plinov v gorivu.
V praksi se pogosto uporablja koeficient kinematične viskoznosti V, m2/s, ki
ki je z dinamično viskoznostjo p preko gostote p povezana z odvisnostjo
V = r / r. (6,6)
Ob upoštevanju (6.4) in (6.6) lahko koeficient kinematične viskoznosti v, m2/s, odvisno od tlaka in temperature, izračunamo po formuli
kjer je v0 koeficient kinematične viskoznosti plina pri normalnih pogojih (Go = 273 K in p0 = 101,3 kPa), m2/s; p in G sta dejanski tlak, kPa, in absolutna temperatura plina, K; C - koeficient, odvisen od vrste plina, K, je vzet iz tabele. 6.2.
Vrednosti koeficientov kinematične viskoznosti za plinasta goriva so podane v tabeli. P.9.
Tabela 6.2
Koeficienti viskoznosti in toplotne prevodnosti komponent plinskega goriva
(pri t \u003d 0 ° С ir \u003d 101,3 kPa)
|
Ime plina |
Faktor viskoznosti |
Koeficient toplotne prevodnosti N03, W/(m-K) |
Sutherlandov koeficient C, K |
|
|
Dinamični r-106, Pa-s |
Kinematika v-106, m2/s |
|||
|
gorljivi plini |
||||
|
Propilen |
||||
|
ogljikov monoksid |
||||
|
vodikov sulfid |
||||
|
nevnetljivi plini Ogljikov dioksid |
||||
|
kisik |
||||
|
Atmosferski zrak |
||||
|
Vodna para pri 100 °C |
Toplotna prevodnost. Molekularni prenos energije v plinih je označen s koeficientom toplotne prevodnosti 'k, W / (m-K). Koeficient toplotne prevodnosti je obratno sorazmeren s tlakom in narašča z naraščanjem temperature. Vrednosti koeficienta X je mogoče izračunati s pomočjo Sutherlandove formule
Kjer je X,0 toplotna prevodnost plina pri normalnih pogojih (G0 = 273 K in Po = 101,3 kPa), W / (m-K); p in T sta dejanski tlak, kPa, in absolutna temperatura plina, K; C - koeficient, odvisen od vrste plina, K, je vzet iz tabele. 6.2.
Vrednosti koeficientov toplotne prevodnosti za plinasta goriva so podane v tabeli. P.9.
Toplotna kapaciteta plinastega goriva na 1 m3 suhega plina je odvisna od njegove sestave in je na splošno definirana kot
4L=0.01(CH2H2+Ccos0 +
CCH4CH4 + cCo2cOg + - + cx. X;), (6,9) - toplotne zmogljivosti sestavnih delov goriva, oziroma vodika, ogljikovega monoksida, metana, ogljikovega dioksida in /-te komponente, kJ / (m3-K); H2, CO, CH4, CO2, ..., Xg--
Toplotne kapacitete gorljivih sestavin plinastega goriva so podane v tabeli. P.6, negorljiv - v tabeli. P.7.
Toplotna kapaciteta mokrega plinastega goriva
Cgtl, kJ/(m3-K), je opredeljen kot
<тл = ctrn + 0,00124cHzq йтля, (6.10) где drTn- влагосодержание газообразного топлива,
Eksplozivnost. Mešanica gorljivega plina z zrakom v določenih razmerjih ob prisotnosti ognja ali celo iskre lahko eksplodira, torej se vname in gori s hitrostjo, ki je blizu hitrosti širjenja zvoka. Eksplozivne koncentracije vnetljivega plina v zraku so odvisne od kemične sestave in lastnosti plina. Meje vžiga prostorninske koncentracije za posamezne gorljive pline v zmesi z zrakom so navedene prej v tabeli. 6.1. Vodik (4.. .74% prostornine) in ogljikov monoksid (12.5...74%) imata najširše meje vžiga. Za zemeljski plin povprečna spodnja in zgornja meja vžiga sta 4,5 oziroma 17 vol. %; za koks - 5,6 in 31%; za domeno - 35 in 74%.
Toksičnost. Toksičnost razumemo kot sposobnost plina, da povzroči zastrupitev živih organizmov. Stopnja strupenosti je odvisna od vrste plina in njegove koncentracije. Najbolj nevarni komponenti plina sta v tem pogledu ogljikov monoksid CO in vodikov sulfid H2S.
Strupenost plinskih zmesi je odvisna predvsem od koncentracije najbolj strupenih sestavin, ki so v zmesi, medtem ko se njen škodljivi učinek praviloma izrazito poveča ob prisotnosti drugih škodljivih plinov.
Prisotnost in koncentracijo škodljivih plinov v zraku lahko ugotavljamo s posebno napravo – plinskim analizatorjem.
Skoraj vsi naravni plini so brez vonja. Da bi odkrili uhajanje plina in sprejeli varnostne ukrepe, se zemeljski plin odišavi, preden vstopi v glavni tok, to je, da je nasičen s snovjo, ki ima oster vonj (na primer merkaptani).
Toplota zgorevanja različnih vrst goriva je zelo različna. Za kurilno olje je na primer nad 40 MJ/kg, za plavžni plin in nekatere vrste oljnega skrilavca pa okoli 4 MJ/kg. Tudi sestava energetskih goriv je zelo različna. Tako se lahko enake kvalitativne lastnosti, odvisno od vrste in znamke goriva, med seboj močno razlikujejo.
Podane lastnosti goriva. Za primerjalno analizo se v vlogi lastnosti, ki povzemajo kakovost goriva, uporabljajo podane lastnosti goriva, %-kg / MJ, ki se praviloma izračunajo po formuli
Kjer je хг indikator kakovosti delovnega goriva, %; Q[ - specifična toplota zgorevanja (najnižja), MJ/kg.
Tako, na primer, za izračun znižanega
Vlažnost Vsebnost pepela žvepla S „p in
Dušik N^p (za stanje delovanja goriva)
Formula (7.1) ima naslednjo obliko, %-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)
Kot ilustrativen primer je okvirna naslednja primerjava, če v kotlih enake toplotne moči kurimo različna goriva. Torej, primerjava zmanjšane vsebnosti vlage v premogu v bližini Moskve
Razred 2B (WЈp = 3,72% -kg / MJ) in Nazarov-
Premog 2B (W^p = 3,04%-kg / MJ) kaže, da bo v prvem primeru količina vlage, vnesena v kurišče kotla z gorivom, približno 1,2-krat večja kot v drugem, kljub dejstvu, da delovna vlažnost premoga v bližini Moskve (W [ \u003d 31%) je manjša od
Nazarovski premog (Wf = 39%).
pogojno gorivo. V energetiki je bil za primerjavo učinkovitosti uporabe goriva v različnih kotlovnicah, načrtovanje pridobivanja in porabe goriva v ekonomskih izračunih uveden koncept konvencionalnega goriva. Kot standardno gorivo se sprejme takšno gorivo, katerega specifična kurilna vrednost (najnižja) v delovnem stanju je enaka Qy T = 29300 kJ/kg (oz.
7000 kcal/kg).
Za vsako naravno gorivo obstaja tako imenovani brezdimenzijski toplotni ekvivalent E, ki je lahko večji ali manjši od enote:
Termofizične lastnosti plinastih produktov zgorevanja, potrebne za izračun odvisnosti različnih parametrov od temperature danega plinastega medija, je mogoče določiti na podlagi vrednosti, navedenih v tabeli. Zlasti te odvisnosti za toplotno kapaciteto dobimo v obliki:
C psm = a -1/ d,
kje a = 1,3615803; b = 7,0065648; c = 0,0053034712; d = 20,761095;
C psm = a + bT sm + cT 2 sm,
kje a = 0,94426057; b = 0,00035133267; c = -0,0000000539.
Prva odvisnost je boljša glede na natančnost približevanja, drugo odvisnost pa lahko uporabimo za izvedbo izračunov nižje natančnosti.
Fizikalni parametri dimnih plinov
(pri P = 0,0981 MPa; R CO2 = 0,13; str H2O = 0,11; R N2 = 0,76)
| t, °С | γ, N m -3 | s p, W (m 2 ° С) -1 | λ 10 2, W (m K) -1 | a 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 |
PRILOGA 3
(referenca)
Prepustnost zraka in dima zračnih kanalov in ventilov
1. Za določitev puščanja ali puščanja zraka v zvezi s prezračevalnimi kanali protidimnih sistemov se lahko uporabijo naslednje formule, pridobljene s približevanjem tabelaričnih podatkov:
za zračne kanale razreda H (v območju tlaka 0,2 - 1,4 kPa): ΔL = a(R - b)z, kje ΔL- sesanja (puščanja) zraka, m 3 / m 2 h; R- tlak, kPa; a = 10,752331; b = 0,0069397038; z = 0,66419906;
za zračne kanale razreda P (v območju tlaka 0,2 - 5,0 kPa): kjer a = 0,00913545; b=-3,1647682 10 8 ; c =-1,2724412 10 9 ; d= 0,68424233.
2. Za normalno zaprte požarne lopute številčne vrednosti specifične značilnosti odpornosti proti dimu in prepustnosti plina, odvisno od temperature plina, ustrezajo podatkom, pridobljenim med požarnimi preskusi različnih izdelkov v eksperimentalni bazi VNIIPO:
| 1. Splošne določbe. 2 2. Začetni podatki. 3 3. Odvod dima. 4 3.1. Odstranjevanje produktov zgorevanja neposredno iz kurljivega prostora. 4 3.2. Odstranjevanje produktov zgorevanja iz sosednjih prostorov. 7 4. Dovod dima. 9 4.1. Dovod zraka v stopnišča. 9 4.2. Dovod zraka v jaške dvigal.. 14 4.3. Dovod zraka v predprostorne zapore.. 16 4.4. Kompenzacijski dovod zraka. 17 5. Tehnične lastnosti opreme. 17 5.1. Oprema za sisteme za prezračevanje dima. 17 5.2. Oprema za sisteme za dovod dima. 21 6. Načini nadzora požara. 21 Literatura.. 22 Dodatek 1. Določitev glavnih parametrov požarne obremenitve prostorov. 22 Priloga 2. Toplotnofizikalne lastnosti dimnih plinov. 24 Dodatek 3. Prepustnost zraka in dima zračnih kanalov in ventilov. 25 |