《第四章 焦炉内气体流动与煤气燃烧》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章 焦炉内气体流动与煤气燃烧（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目 录第一节 流体力学基本知识1一、流体的主要物理量11、压强（压力）12、温度23、密度24、粘度35、流量36、流速4二、气体状态方程式4三、柏努力方程式51、柏努力方程式52、流体流动的类型63、阻力与阻力系数6四、柏努力方程式在焦炉上的应用71、焦炉内气体流动的特点72、焦炉实用气流方程式及其应用83、阻力、压力差与气体流量的关系10五、动量原理在焦炉上的应用121、焦炉废气循环122、变量气流方程式及其应用13第二节 煤气性质与燃烧16一、煤气性质161、煤气组成162、煤气发热值163、煤气密度174、煤气的加热特性17二、煤气燃烧171、燃烧反应172、燃烧方式183、燃烧极限1
2、84、煤气爆炸18三、燃烧计算181、空气系数192、空气需要量和废气生成量的计算燃烧的物料平衡193、燃烧温度燃烧的热平衡20第三节 热效率与耗热量21一、焦炉传热21二、焦炉的热效率21三、炼焦耗热量22l、耗热量计算222、耗热量的影响因素23第四章 焦炉内气体流动与煤气燃烧第一节 流体力学基本知识一、流体的主要物理量1、压强（压力）垂直作用于流体单位面积上的力，称为流体压力强度，或称为流体静压强，简称压强，在焦炉调火中习惯上称压力。P=F/A (4-1)式中 F-垂直作用于流体表面上的压力，N;A-作用面的面积，m2；P-流体的静压力，Pa（帕）。在工业上压力是用压力计来测定的。从压力
3、计上直接读出的数值，只是被测定的真实压力（称为绝对压力）与当时当地的外界大气压力的差值。当被测流体的绝对压力大于外界大气压力时，压力计所测得的压力值称为表压（正压），此时绝对压力=大气压力十表压 (4-2)当被测流体的绝对压力小于外界大气压力时，压力计所测得的压力值称为真空度（负压），在焦炉调火中，常把负压称为吸力。此时绝对压力=大气压力一真空度 (4-3)大气压力就是地球周围空气层所形成的压力，它随地区的海拔高度不同而不同，也因季节、晴雨等气候变化而稍有变化，通常以纬度为45处海平面的平均压力作为标准，一个标准大气压等于Pa。在海拔高度小于11km范围内，大气压力可由下式求得：P= (1-0
4、.02257H)5.256 Pa (4-4)式中 P-大气压力，Pa;H-海拔高度，km。例4-1 用斜型微压计测得某焦炉集气管压力为100Pa，该地区当时大气压力为81197Pa，求绝对压力。解 绝对压力=大气压力十表压=81197100=81297Pa=81.297kPa例4-2 用微压计测得某焦炉分烟道吸力为200Pa，该地区当时大气压力为Pa，求绝对压力。解 绝对压力=大气压力一吸力= - 200=Pa=100.063kPa2、温度温度是表征物体冷热程度的物理量。一般采用百分温标（即摄氏温标）的度数()来量度，这种温标是在标准大气压下以水的冰点为0，以水的沸点作为100来表示。国际单位
5、制(SI)的温标以开尔文为单位，符号为K,1K等于水三相点热力学温度的1/273.16。热力学温度一般称为绝对温度，它与摄氏温度的关系为：TK=t273.15 (4-5)3、密度单位体积流体的质量称为密度，即=m/v (4-6)式中 m流体的质量，kg;V-流体的体积，m3-流体的密度，kg/m3。对于理想气体，在标准状态下(Pa，0)，每千摩尔气体的体积为22.4m3，所以，其密度为0=M/22.4 ( 47)式中 M理想气体分子量，kg/kmol。焦炉水力计算中，所涉及的气体的温度不太低，压力也不太高，水蒸汽含量很少，可以作为理想气体进行计算。在计算混合气体平均密度时，可将式(4-7)中的
6、M由气体平均分子Mm代替，Mm可由下式求得：Mm = MAYAMBYB-MnYn (4-8)式中 MA,MBMn气体混合物中各组分的分子量，kg/kmolYA,YB-Yn-气体混合物中各组分摩尔分率。考虑到焦炉炉内气体压力多在一个大气压左右，即P0，这样，在工作状态下，气体密度Pt与0的关系为： (4-9)气体中水蒸汽的含量随其温度的变化而变化，湿气体在工作状态下的密度可按下式计算(4-10)式中f1m3干气体在t时，被水蒸汽饱和后所含水蒸汽质量，kg/m3.,0. 804一一水蒸汽密度，kg/m3；P湿工作状态下湿气体密度；0，To，T同前。例4-3 焦炉煤气体积组成为(%)：H259.5，
7、CH425.5；CO6.0，CmHn2.2，CO22.4；N24.0；O20.4；求其平均密度及饱和温度为20的湿煤气工作状态密度。解：CmHn按80%C2H4和20%C6H6计算4、粘度流体流动时产生内摩擦力的这种特性，称为粘性，衡量流体粘性大小的物理量称为粘度，以符号表示，单位为Nsm2。气体的粘度与温度的关系为： (4-11)式中C-实验常数气体的粘度只有在极高或极低的压力下才有变化，一般情况下可不予考虑对于低压下混合气体的粘度，则可采用下式： (4-12)式中 Yi混合气体中某一组分摩尔分率；i混合气体中某一组分的粘度；Mi-混合气体中某一组分的分子量。5、流量单位时间内流经通道任一截
8、面的流体量，称为流量。一般有两种表示方法。1)体积流量：单位时间内流经通道任一截面的流体体积，称为体积流量。符号为V单位为m3/S，m3h。由于气体体积随温度和压力的改变而变化，当气体流量以体积流量表示时，须注明温度和压力。2)质量流量：单位时间内流经通道任一截面的流体质量，称为质量流量。符号为G;单位为kg/s，kg/h。质量流量与体积流量的关系为：G=V (4-13)6、流速单位时间内流体在流动方向上流过的距离，称为流速。符号为w，单位为m/s。流体流经管道截面上各点的流速是不同的。管道中心流速最大，越靠近管壁流速越小，至管壁处流速降至零。流体流经管道截面上某点的流速，称为点流速。在工程计
9、算中，通常所称流速都是指流体流经整个管道截面上的平均流速。其表达式为：w = V/F (4-14)式中F与流动方向相垂直的管道截面积，m2 V流量m3/s例4-4 要求某焦炉地下室煤气主管输送焦炉煤气的流量V0=6000 m3/h试选择煤气主管管径。解：按规定主管内煤气流速不大于12m/s现选w0=10m/s，则查管道规格，确定选用4786钢管，煤气实际流速为工作状态下气体流速Wt与标准状态下气体流速W。之间换算式为 (4-15)二、气体状态方程式气体有两个主要特性，其一没有一定的外形，无论用什么形状的容器来装气体，气体分子都会充满整个容器；其二，是气体的压缩性与热胀冷缩现象。气体的压力容积和
10、温度这三个状态参量间存在着一定的关系，(4-16)(或 PV=nRT (4-17)式中 R摩尔气体常量，即在一定的温度和压力下，同体积的任何气体的摩尔数相同，R=8.314kj/(kmolk)n摩尔数n=m/M（m是质量，M分子量）式(4 - 16)或(4- 17)称为气体状态方程，把该方程用于实际气体时计算结果和实验数值会有或大或小的偏差，但是焦炉生产中，所涉及的主要气体，如焦炉煤气，高炉煤气、空气及废气等其压力不太高，温度不太低，它们的压力、容积和温度之间的相互关第都满足理想气体状态方程。在焦炉调火中，经常需要将处于工作状态的气体换算成标准状态，或者相反例4-5 加热煤气温度为40，管道内
11、煤气压力为1000Pa测得煤气实际流量为9000m3/h，换算成标准状态下流量应是多少？解 由式(4 - 14)得三、柏努力方程式1、柏努力方程式根据能量守恒定律，对单位质量流体流动的机械能进行衡算，可得下式t (4-18)假定流体流动时，没有能量损失，即hf=0，并且又没有系统加入外功，We=0式4-18可简化为 (4-19)式中gz位能，J/kg， g重力加速度，m/s2； w2/2动能，J/kg; P/静压能，J/kg; We向系统加入外功J/kg; hf能量损失，J/kg； 下标1,2为分别始末两截面处的数值。柏努力方程式常用下述两种形式描述：第一种，将4-18式各项除以重力加速度(g
12、)，并令He=We/g，Hf=hf/g，则以压头形式表示的柏努力方程式为：(4-20)式中z位压头，m液柱； w2/2g动压头，m液柱 P/g静压头，m液柱； He 输送设备对流体所提供的有效压头，m液柱： Hf 压头损失，m液柱。第二种，将4-18式中各项乘以流体密度p，即得以压力形式表示的柏努力方程式： (4-21)式中：zg位压力，Pa;w2/2动压力，Pa;P静压力，Pa;Hf = P压力降，Pa;We外力使系统增加的压力, Pa。2、流体流动的类型流体的流动有两种显然不同的流动类型：滞流（层流）和湍流（紊流）。流体作滞流流动时，其质点始终沿着与管轴平行的方向作有规则运动，质点之间互不
13、混合；流体作湍流流动时，流体质点除了沿管道方向向前流动外，各质点的运动速度在大小和方向上随时发生变化，于是质点间彼此碰撞并互相混合。由于质点碰撞而产生的附加阻力较由粘性所产生的阻力大得多，所以碰撞将使流体前进阻力急剧加大。研究证明：流体的流速w;流体流经管道的直径d；流体的密度及粘度组成的复合数群dw/是判别流体流动类型的一个准则，这个数群称为雷诺准数，以符号Re表示。实验结果表明，当Re2000时，为滞流；Re4000时，为湍流；2000Re4000时，为过渡流，可能是滞流，也可能是湍流，与外部条件有关。 3、阻力与阻力系数流体流动时，由于流体具有粘性，因此，在流体与管壁之间、流体与流体之间
14、产生摩擦力，阻碍流体的流动，这就是流体阻力。流体阻力可分成直管阻力与局部阻力两类。直管阻力是流体流经一定管径的直管时，由于摩擦而产生的阻力；局部阻力是流体在流动中，由于管道的某些局部障碍，例如改变流动方向、断面变化、在各种管件里流动等产生的阻力。柏努力方程中的hf项是指所研究系统的总阻力损失，包括直管阻力和局部阻力。(1)直管阻力计算直管阻力的一般公式： (4-22)式中：K直=L/d导，直管阻力系数L直管长度，md管道的直径（对非圆形管道，即为当量直径de)，m(a)层流时的=64/Re（圆形管道）(4-23)上式适于圆形管道。对于非圆形管道，在计算阻力时采用当量直径，即(4-24)非圆形管道时，按下式计算：=B/Re(4-25)对于正方形通道：B=57对于长方形通道：长：宽=2：l时，B=62长：宽=4：l时，B=73（b）湍流时的流体转入湍流区后，初期=A/Ren（(4-26) 对于光滑金属管道：A=0.32，
