动力调度岗位培训教材

1、动力调度岗位培训教学大纲（高级）一、适用岗位动力调度岗位二、教学目的和要求掌握动力调度的基础理论知识、技术操作规程和安全操作规程，能独立进行在线操作和事故处理。三、教学内容 第一部分 动力调度岗位技术知识第一章 基 础 知 识教学要求：掌握动力系统有关的一些基本概念，为学习岗位操作奠定基础教学内容：1、 煤气、氧、氮、氩、蒸汽及压缩空气的性质及用途2、 比重、重量、密度、比容3、 气体流动基础知识4、 煤气的燃烧5、 气体的爆炸极限6、 液化石油气及天然气的性质及利用7、 单位制及单位转换第二章 动力介质的生产、回收与净化教学要求： 掌握主要动力介质的生产、回收和净化的工艺及相关参数等教学内容

2、：1、 焦炉煤气的生产、回收和净化2、 焦炉煤气的精制工艺3、 高炉煤气的生产、回收和净化4、 转炉煤气的生产、回收和净化5、 煤气的混合加压工艺6、 氧、氮、氩的生产工艺7、 压缩空气的生产工艺8、 蒸汽的生产工艺9、 液化石油气的混空工艺第三章 动力系统设备教学要求：了解动力系统主要设备及仪表的名称、用途、工作原理及运行相关参数教学内容：1、 煤气柜结构及工作原理2、 离心式鼓风机结构及工作原理3、 电除尘结构及工作原理4、 煤气精制装置结构及工作原理5、 制氧机结构及工作原理6、 空分塔结构及工作原理7、 锅炉结构及工作原理8、 空压机结构及工作原理9、 动力系统常见仪表第四章 动力系统

3、管网教学要求：了解动力系统管网布置情况、附属设备相关运行参数等教学内容：1、 煤气管网及附属设备2、 蒸汽管网及附属设备3、 氧气管网及附属设备4、 氮气管网及附属设备5、 压缩空气管网及附属设备6、 高压管网运行的注意事项第五章 动力系统的安全知识教学要求：熟悉动力系统各分系统的安全注意事项，掌握安全生产的基础知识教学内容：1、 煤气系统安全知识2、 氧氮氩系统安全知识3、 热力系统安全知识4、 空压系统的安全知识5、 液化石油气安全知识第二部分 动力调度岗位操作知识第六章 能源管理系统基础知识教学要求：了解能源管理系统的构成、管理方式及其管理功能教学内容：1、 能源管理目标和基本任务2、

4、能源管理策略3、 能源管理中心（EMS）4、 EMS 系统的主要功能5、 ERP的能源管理系统（EE）6、 EMS与ERP的关系7、 能源中心的管理方式8、 动力系统EMS操作规程第七章 动力系统运行调整操作教学要求：了解动力系统运行调整操作流程、系统运行标准及操作要领教学内容：1. 煤气系统调整2. 氧、氮、氩系统调整操作 3. 蒸汽系统调整操作 4. 压缩空气供需平衡调整 操作第八章 动力系统事故处理教学要求：了解动力系统事故处理流程及事故处理要领教学内容：1. 煤气系统事故处理2. 氧、氮、氩系统事故处理 3. 蒸汽系统事故处理 4. 压缩空气系统事故处理后序附表1：单位制换算表附表2：

5、宁波钢铁公司动力系统管网第一部分动力调度岗位技术知识第一章 基 础 知 识 第一节 煤气、氧、氮、氩、蒸汽及压缩空气的性质及用途1.高炉煤气高炉冶炼生铁的主要原料原矿或烧结矿，主要燃料是冶金焦，以及石灰石等附加物料组成的炼铁炉料。在冶金过程中，从高炉底部吹入的热空气与焦炭中的碳发生燃烧反应，生成二氧化碳。二氧化碳被焦炭中的碳还原成一氧化碳是一氧化碳做为还原剂将铁从铁矿石中还原出来。整个过程中产生的气体从炉顶流出就是高炉煤气。高炉煤气是无色、无味有毒的可燃气体。密度约1.3kg/m3，与空气密度相近，含27-30%的一氧化碳，故毒性很强。着火点为700，与空气混合的爆炸极限浓度为40-70%，低

6、发热值为3.15-4.0MJ/m3，理论燃烧温度为1500左右。2.焦炉煤气炼焦生产是煤的干馏过程，即没在隔绝空气加热时，其中的有机质在不同的温度下，发生一系列变化，结果形成数量和组成不同的气态、固态产物，最后在炼焦末期生成了焦炭，同时副产了大量的焦炉煤气。净化的焦炉煤气是无色、有奇臭的有毒气体。未经清洗的焦炉煤气因含焦油而呈黄色。含一氧化碳约7%，毒性较高炉煤气小，密度0.45-0.55 kg/m3。易燃、易爆、着火点为650，与空气混合的爆炸浓度极限为6-30%，理论燃烧温度为2150，低发热值为16.31-18.4 MJ/m3。3.转炉煤气氧气顶吹转炉在吹炼过程中，由于铁水中碳被氧化产生

7、了炉气，因为炉内温度很高，所以碳的主要氧化物是一氧化碳，也决定了转炉煤气的组成成分。净化的转炉煤气是无色有毒气体，密度1.23 kg/m3，与空气相近，含一氧化碳约55-70%，故毒性特强。易燃、易爆着火点为650-700，与空气混合的爆炸浓度极限为20-70%，低发热值为7.2-8.4 MJ/m3。高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气都属于冶金副产煤气，经回收净化后，均做为冶金企业工业炉窑加热的主要燃料气，焦炉煤气亦可供应民用。4.天然气天然气是从地下开采出来的可燃气体。天然气的特点是无色有臭味，密度为0.7-0.8 kg/m3，比空气轻，甲烷含量大于95%，可是人窒息死亡。还有极易燃易爆，着火点为

8、550，与空气混合的爆炸极限为515%，低发热值为39.941.16 MJ/m3。5.氧、氮、氩气氧、氮、氩气是以空气为原料，通过过滤器、空气透平压缩机压缩，空气冷却塔等设备，利用了空气中氧氮氩的沸点的不同，应用冷却、换热、净化、压缩等工艺进行的分离制的。钢铁企业中的氧气主要用于炼钢转炉吹氧、高炉富氧鼓风和气割设备等，氮气主要用于煤气系统管道、设备等吹扫及置换等，氩气主要用做炼钢精练过程中的保护气。6.蒸汽、压缩空气冶金企业中自用蒸汽是通过燃烧高炉煤气和焦炉煤气等燃料，将水在工业锅炉中进行加热制得的，蒸汽分为中压蒸汽和低压蒸汽两种，一般中压蒸汽压力在3Mpa以上，主要用于高炉鼓风机的气轮机动力

9、用气，低压蒸汽压力在1Mpa以下，主要用做工艺管道及设备的吹扫及置换煤气或空气等。 压缩空气是把大气中的空气先经过过滤器，进入空压机进行压缩。压缩后的空气分两种：一种是普通压缩空气，直接送用户作为动力气源或吹扫用气；另一种是净化压缩空气，经过空压机压缩后的空气再进入干燥器，达到要求后送用户供仪表等设备的维护与检修用。7.液化石油气液化石油气是从石油的开采、裂解、炼制等生产过程中得到的副产品。液化石油气是碳氢化合物的混合物，其主要成分包括：丙烷（C3H8）、丙烯（C3H6）、丁烷（C4H10）、丁烯（C4H8）和丁二稀（C4H6），同时还含有少量的甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、戊烷（C5H1

10、2）及硫化氢（H2S）等成分。从不同生产过程中得到液化石油气，其组成有所差异。液化石油气是混合物，其相对密度随组成的变化而变化。液化石油气是易燃、易爆、易气化、易腐蚀、易产生静电的气体，空气中液化石油气的浓度高于10%时，就会使人头昏，以至窒息死亡一般液化石油气气体的相对密度为空气相对密度的1.22.0倍，液态相对密度大约0.51，液态液化石油气的体积膨胀系数大约是同温度下水的体积膨胀系数的10-16倍，液化石油气在空气中体积浓度爆炸极限约为1.5%9.5%，最小点火能量低于0.3毫焦耳，燃烧热值为9209212139 MJ/m3，液化石油气的电阻率约为10111014欧*厘米。第二节 可燃气

11、体的着火温度及爆炸极限1. 着火温度当燃料中可燃分子与氧化剂分子相接触，在一定的温度和浓度条件下，便发生燃烧反应，放出一定数量的热量，这便是通常见到的燃烧现象。在燃烧现象中，首先都有一个着火过程。着火过程是指燃料与氧化剂均匀混合之后，从开始化学反应，温度升高达到激烈的燃烧反应之前的一段过程。为了使可燃混合物着火和开始燃烧，在现实中有两种方式，简单的说一种是自燃，一种是点火燃烧。（1） 自燃着火：使可燃混合物整个容积都同时达到某一温度，混合物便自动地着火达到燃烧状态。这种过程叫做自燃着火，俗称着火。（2） 点火燃烧：在冷的混合物中，用一个不大的点热源，在某一局部地方点火，先引起局部着火达到燃烧状

12、态，然后向其它地方传播，最终使整个混合物达到着火燃烧，这叫做被迫着火或简称点火。着火温度表示可燃混合物系统化学反应可以自动加速而达到的自然着火的最低温度。但必须明确，着火温度是随具体的热力条件不同而不同的。人们对各种物质的着火温度进行实验测定，并把所测定的着火温度数值作为可燃物质的燃烧和爆炸性能的参考指标。在冶金企业中煤气都是作为工业炉窑的燃料。工业炉窑中可燃混合物的燃烧都是用点火的方式来引燃的。点火温度与上面所述的自燃着火温度在概念上有相似之处，即均指可以实现着火的最低温度。但数值上点火温度往往高于着火温度。只有当点火热源的温度更高一些，才会引起容器内发生激烈的燃烧反应而着火。点火温度与点火

13、的热源性质有关，用固体表面点火时，比表面积越小，点火温度也越高。如果固体表面对燃烧反应有触媒作用，则触媒作用越强的物质，其点火温度也越高，因为触媒作用降低表面处可燃物质的浓度。用电火花点火时，对于某种可燃混合物，存在着最小电火花能量，低于该能量则不能实现点火。实际上还常用小火把进行点火。此时，是否能够点火，取决于混合物的成分，小火把与混合物接触时间，小火把的火焰尺寸和温度等等，具体参数可由实验确定。从以上的叙述还可以看出，点火温度还与可燃物的性质有关。2.着火浓度界限着火浓度界限，即我们一般所说的燃烧浓度极限，研究表明不论是自燃着火或点火，着火条件都与可燃物的浓度有关。而可燃物的浓度又决定于系

14、统的压力和可燃物的成分。依次，除了温度条件外，着火也只有在一定压力和成分条件下才能实现。实验表明，着火过程只有在一定的压力极限和成分极限内才能实现。在一定压力下可燃物的浓度小于某一数量或大于某一数量都不可能发生自燃着火，这个浓度范围便称为着火浓度界限；能实现着火的最小浓度称浓度下限，能实现着火的最大浓度称为浓度上限。点火（又称强制点火）过程也存在点火浓度界限，考虑到工业炉的燃烧多用点火过程，故引出点火浓度介限，而且着火浓度介限与点火浓度介限是相近的（严格说是不等于的）。在大多介绍点火浓度介限的资料中，其条件一般是：可燃混合物初始温度为常温，在空气中燃烧。3.爆炸极限在一容器或管道中，当可燃气体

15、与空气或氧气的混合比达到一定范围，并且遇到足够能量的火种或温度达到着火温度以上时，就会发生爆炸。此时，混合气体中所含燃气的最大混合比叫做爆炸上限，最小混合比叫做爆炸下限，几种单一可燃气体的爆炸极限见表：表1 几种气体或蒸汽的最低着火温度和爆炸极限气体种类最低着火温度爆炸极限（容积%）与空气混合与氧混合名称分子式与空气混合与氧混合下限上限下限上限一氧化碳CO61059012.5751396氢H25304504.15754.595甲烷CH46456454.915.4560乙烷C2H65305002.515.03.950.5丙烷C3H85104902.27.3乙炔C2H23352951.580.52

16、.893乙烯C2H45404853.234.03.080丙烯C3H64204552.29.7硫化氢H2S2902204.346.0氰HCN6.642.6（一）如多种可燃气体与空气或氧气混合，其爆炸极限用下式计算：L0=（%）式中：L0可燃混合气体的爆炸上（下）限（%）；Ni各气体组分的爆炸上（下）限（%）；Ni各气体组分的体积百分比（%）；（二）含有惰性气体的可燃气体爆炸极限；式中：Ld含有惰性气体时，混合气体的爆炸极限（上限或下限）（%）； Lk混合气体中可燃部分的爆炸极限（%）； d-惰性气体的体积百分数（%）。（三）影响爆炸的因素（1） 原始温度：混合气体的原始温度越高，爆炸极限的范围越

17、宽。（2） 原始压力：它对爆炸的影响无一定的法则可循，一般是压力增大，爆炸极限也扩大。（3） 惰性气体含量：与可燃气体在氧气中较空气中容易燃烧的情况相反，当可燃气体中混入气体后，爆炸范围变窄，当惰性气体的混合比提高到某一数值时，亦可制止混合物爆炸。（4） 容器的大小：如果容器太小（一般直径在5cm一下），将会由于器壁的散热效果不佳使其不能维持燃烧。（5） 火源的性质：静电火花的电流强度、火源和混合物接触时间的长短等，对爆炸极限均有一定影响。 第三节 物理量、单位及单位转换表征流体性质的基本参数及一些参数间的关系气体是流体，有流动性，具有粘性，所以在流动中将产生摩擦力。气体体积和重度随温度和压力

18、的不同而变化，是可压缩流体。气体的温度、压力、比容、重度等这些参数物理量，决定了煤气所处的状态，为了研究气体在静止和流动时的规律，首先必须确定这些物理参数。1. 密度和重度单位体积单一物质的质量，叫做物质的密度，用表示，单位为千克/米3。如过用m表示单一物质的质量，V表示该物质的体积，则 =千克/米3单一物质所受的重力，叫做该物质的重度，用表示，单位为千克力/米3。如果用G表示单一物质所受的重力，V表示该物质体积，则 =千克力/米3 密度与重度的关系=g工程单位表示的重度与国际单位表示的密度在数值上相等，但意义不同。2. 比容和比重单位质量的气体所占的体积，叫做气体的比容，用符号v表示，单位为

19、米3/千克，v=V/m米3/千克由此可见，比容与密度互为倒数关系。密度越大，比容越小；密度越小，比容越大。比重是物质的密度与水的密度之比，用符号d表示。因此，比重与密度成正比。密度越大，比重越大，密度越小，比重越小。而且，比重是没有单位的。3. 温度温度是表示物体冷热程度的物理参数。温度有华氏温度、摄氏温度和开氏温度。国际标准规定使用开氏温度表示（单位K），开氏温度也叫绝对温度。如果摄氏温度用t表示，绝对温度用T表示，则摄氏温度和绝对温度存在下列关系：T=t+273.15K 工程计算中，一般忽略小数点后的数值，就写成T=t+273K。可见，决对温度把摄氏温度的零下273作为起点，叫绝对零度。4

20、. 压力单位面积上所受的垂直作用力称为压强，工程上常称为压力。压力的单位在国际单位制中为N/m2即Pa（帕斯卡），工程单位为千克力/ m2，此外还有许多习惯用的单位。常见压力单位之间的换算关系如下：1物理大气压（标准）=101300帕斯卡=101.3千帕 =1.033千克力/厘米2 =10330千克力/米2 =10.33米水柱 =760毫米汞柱由于1kgf/cm2与物理上的1标准大气压数值上很相近，而kgf/cm2在工程上很常用，故称为工程大气压。压力表所显示的读数，并非表内压力的实际值，而是表内压力比表外大气压高出的值。若表内、外压力相等，则压力表读数为零。压力的实际数值称为绝对压力，从压力

21、表上读出的数值称为表压力，两者的关系为： 表压力=绝对压力-大气压力真空表上的读数是所测压力的实际值比大气压力小多少，称为真空度。真空度与绝对压力的关系为： 真空度=大气压力-绝对压力5. 粘度真实流体都有粘性，用粘度表示。流体在圆管内流动，管中心处流速最大，而管壁处的流速为零，速度是沿着半径方向往中心增大，至管中心达最大值。因此管内流动的流体，在一定条件下可视为一层套着一层的，各层的速度不同，流速小的层起拖曳作用，流速大的层起带动作用。流体层的彼此相互作用形成了流体的内摩擦，流体流动时为克服这种内摩擦要消耗能量。决定流体流动时内摩擦大小的因素很多，其中属于物理性质方面的是流体的粘度，衡量流体

22、的粘性大小的物理量成为粘度。 粘度单位：克/厘米.秒=泊（P）由于泊做单位比较大，以它来表示物质的粘度数值就很小，如20时水的粘度为0.0102泊，空气的粘度为0.000186泊，所以通常用1/100泊即厘泊（CP）来做粘度的单位。国际单位制 kg/m.s 千克/米.秒 Pas国际单位与物理单位的换算：1Pas=1kg/m.s=10g/cm.s=10P=100CP 工程单位制 千克（力）.秒/米2流体的粘度随温度变化而变化，温度升高，液体的粘性减小；而对气体来说，温度升高，气体粘性增大。压力变化时，液体的粘度基本上不变，气体粘度也可视为不变。在流体力学中，还常碰到与密度的比值符号表示即：= c

23、m2/s=斯，厘米2/秒式中：粘度系数密度重度g重力加速度显然，运动粘度系数和粘度系数（又叫动力粘性系数），都同样表示气体粘性的大小。6.国际单位制与工程单位制的单位转换（1）压力单位换算barPaat（kgf/cm2）atmmmHgmmH2O（kgf/m2）巴帕工程大气压标准大气压毫米汞柱毫米水柱11×1051.01979.8692×10-17.5006×1021.0197×1041×10-511.0197×10-59.8692×10-67.5006×10-31.0197×10-19.8067×

24、;10-19.8067×10419.6784×10-17.3556×1021×10-41.01331.0133×1051.033217.6000×1021.0332×1049.8067×10-59.80671×10-49.6784×10-57.3556×10-21（2）功、热量、能量单位换算KJKgf.mkcalkw.hhpsh千焦公斤力.米千卡千瓦小时马力小时11.0197×1022.3885×10-12.7708×10-43.7767×10-

25、49.8067×10-312.3423×10-32.47241×10-63.7037×10-64.18684.2694×10211.163×10-31.5812×10-33.6000×1033.671×1058.5985×10311.35592.6478×1032.7005×1056.3242×1037.355×10-11（3）功率单位换算WKcal/hkgf.m/shp瓦千卡/时公斤力.米/秒马力18.5985×10-11.0197×

26、10-11.3596×10-31.16311.1859×10-11.5812×10-39.80678.43211.3333×10-27.355×1026.3242×102751（4）其他单位换算热量流通W/m2Kcal/（m2.h）导热系数W/（m.K）Kcal/（m.h.）18.5985×10-118.5985×10-11.16311.1631对流换热系数传热系数W/（m2.K）Kcal/（m2.h.）比热KJ/（kg.K）Kcal/（kg.）18.5985×10-112.3885×10-11

27、.16314.18681动力粘度Kg/（m.s）kgf.s/m2运动粘度m2/sm2/h11.0197×10-1136009.086712.7778×10-41第四节 气体状态方程 气体的膨胀性比液体大的多。因此，在压强和温度变化时，气体体积的变化是比较显著的。其变化规律服从热力学定律。如果此时气体的压强不太高，而温度又不太低时，则气体近似地遵守理想气体定律。1. 气体的体积与温度的关系：在一定压力条件下，气体的体积与气体的绝对温度成正比。即式中：T00时气体的绝对温度KV00时1标准大气压时，气体体积 米3Ttt时气体的绝对温度Kt时1标准大气压时，气体体积 米3显然，当

28、压力不变时，气体体积随温度的升高而增大，反之亦然。为计算方便，上式可写成如下形式：Vt= V0（）=V0（1+）米32. 气体体积与压力的关系：在温度一定时，气体体积与气体绝对压力成反比。即P1V1=P2V2=Vn，式中：P1、P2、Pn表示同一温度下气体的各个绝对压力值。单位为帕或毫米水柱等。V1、 V2、 、Vn表示同一温度下气体，各相应压力下的气体体积 米3从上式可以看出，在温度一定时，气体的体积随气体所受压强增大而减少，随气体所受压强减小而增大。3. 当气体的体积不变时，气体的压强与气体的绝对温度成正比。即 P2=P1从上式可以看出：当气体的体积一定时，气体的绝对压力值随气体的绝对温度

29、升高而升高，随气体的绝对温度降低而降低。4. 气体状态方程气体的温度、压力、体积之间存在如下关系：PV=nRT也可写成： 式中：P气体的压强 牛/米2V气体的体积 米3T气体的绝对温度 Kn气体的物质的量 摩尔R通用气体常数，国际单位制中，R=8.314焦/摩尔K5. 分压力根据道尔顿定律：混合气体的压力等于混合气体所含的各种气体分压之和，以P表示混合气体的压力，而P1、P2、Pi等表示各种气体的分压力，得到 P=P1+P2+Pi对各组成气体在一定温度下，可以写出下列关系： PiV混=P混ViPi=P混=yiV混yi=式中： Pi、Vi混合气体中第I种气体的分压力、分容积，yi第I种组分占混合

30、气体的百分比。由此可见，当混合气体的总压一定时，组成气体的分压力与其体积成分成正比，即分压力越大，体积越大。或者说，各组成气体的体积成分等于它的分压力与总压力之比。第五节 流体在静止状态下的基本规律1. 流体的静力平衡1） 静止流体内部任意一点的压力，称为该点处的流体静压力。流体静压力（压强）有三个重要特性。（1）流体静压力（压强）的方向与作用面垂直。也就是说，压力必然沿内法线的方向作用于作用面。如果是外法线方向，则成了拉力，因而在拉力的作用下也会破坏流体的平衡。另外如果压力不垂直与作用面，则可以分解成垂直方向的力和切向力，而切向力的存在将破坏流体的平衡。所以流体静压力的方向与作用面垂直。（2

31、）从各方向作用于某一点上的流体静压力相等。如果不相等，将会产生运动破坏静平衡。（3）同一水平各点的流体静压力都相等。但不同的水平面上，静压力不相等；即流体静压力随位置高低而变，表示此变化关系可用流体静止状态的平衡方程式来计算。3） 静力学平衡方程式 P2hZ2P1Z1A图12如图12所示，静止流体中取A米2，高为h米的长方柱体。流体柱在水平方向和垂直方向的力都处于平衡状态。在水平方向上，根据流体静力学的第3个特性，静止流体同一水平面上各点的压力相等，长房柱流体在水平方向上受到的是大小相等，方向相反的压力，这些互相平衡，使流体柱在水平方向上平衡。在垂直方向上，流体柱受三个作用力，向上作用于底面的

32、总压力P1=P1A，向下作用于顶面的总压力P2 P2=P2A，向下的流体柱重量，G=Ah气柱静止时，各力平衡，则有： P1A-P2A- Ah=0P1=P2+h=P2+gh 式中：P1流体柱下部绝对压力 N/m2P2流体柱上部绝对压力 N/m2h流体柱高度 米流体的重度 千克力/米2流体密度 千克/米3上式即流体静力学基本方程式。也可以写成：P1=P2+（Z2-Z1）P2+Z2 =P1+Z1=常数 方程式表明：a、静止流体内部某一水平面上的压力与其位置及流体的重度有关，所在位置越低，则压力越大。b、在静止流体中，任意点的Z和P/值之和为常数。 等压面的概念：流体中压强相等的点所组成的面称为等压面

33、。在等压面上静压力为常数。仅在重力作用下的静止流体中，等压面是一个水平面。第六节 气体流动的基本规律气体在管道内的流动可看成轴向流动，并没有其他方向的流动，因此可看作一维流通来分析。并且我们只分析稳定流动状况。连续生产中的流体流动，在正常条件下多属于稳定流动，在开车或停车阶段则是不稳定流动。 我们分析流动所用的方法，是考虑一个系统的进、出口两处各种性质、状态的差异，通过质量守恒（连续性方程）和能量守恒计算，得到表示流动中流速变化与能量变化的基本方程式。由于分析所注意的是流体性质的宏观变化而不是微观变化，所以是宏观的衡算。1.流体的连续性方程图13连续流动示意图121A1C12A2C212 如图

34、13所示系统，在稳定流动中，流体从11截面处进入的质量流量等于从截面22流出的流量。即m1=m2=m1A1C1=2A2C2=AC千克/秒式中：m1：为截面11处质量流量 千克/秒 A1：为截面11处的截面积 米2C1：为截面11处的流体流速 米/秒1：为截面积11处流体的密度 千克/米3m2、A2、C2、2分别为截面22处的质量流量、截面积、流速和密度，单位同上。上式即稳定流动下流体的连续性方程。对于温度和压力变化不大的，稳定流动的低压气体，可近似适用下式： V1=V2 V1、V2为11、22处的流体流过的体积流量 米3/秒A1C1=A2C2 米3/秒即可认为流动过程中密度不变。此式也可适用于

35、不可压缩流体（如水）的流动。从上式可看出，在不可压缩流体的稳定流动中，流动断面大则流速小，流动断面小则流速大。2.稳定流动的伯努利方程 在稳定条件下，没单位时间若有质量为m的流体通过截面1进入划定体积（图14）也必有质量为m的流体从截面2送出。流体本身具有一定的能量，它便带着这些能量输入划定体积或以划定体积输出。能量有各种形式，但只是与流动有关的才需要考虑，其中包括下列几项：21P2P1 v22v11图14 压力能或流动功示意图（1）内能 内能是贮存于物质内部的能量，由原子与分子的运动及彼此的相互作用而来，从宏观的角度看，它决定于流体的状态，因此与流体的温度有关，压力的影响一般可忽略。单位质量

36、的流体的内能以U表示，其国际单位为j/kg，故质量为m 的流体的内能=mU（2）位能 这是流体因处于地球重力场内而具有的能量。规定一个计算位能起点的基准水平面，若流体与基准水平面的垂直距离为Z（在此水平面以上Z值为正，以下为负），则位能等于将流体提升距离Z所需的功，故质量为m的流体的位能=mgz（3）动能 这是流体因运动而具有能量，等于将流体从静止加速到流速C所需功。质量为m的流体的动能=mc2/2（4）压力能 将流体压进划定体积时需要对抗压力作功。所作的功便成为流体的压力能输入划定体积。参看图14，流体通过某截面时所受到的上游压力为：P=PA若质量为m的流体的体积V，则通过该截面所走的距离为

37、：L=V/A将质量为m的流体压过该截面的功便为：PL=（PA）（V/A）=PV这种功是在流体流动时才出现的，因此称为流动功。流体通过入口截面1之后，这种功便成为流体的压力能而输入到划定体积，通过出口截面2之后，将流体压出去的功也成为流体的压力能从划定体积输出。故得：质量为m的流体的压力能=PV质量为m的流体所具有的总能量mE，即为上述四项之和：mE=mv+mgZ+mc2/2+PV此为伴随流体进、出划定体积而输入或输出的能量。除此之外，能量不依附着流体也可以通过其他途径进、出划定体积。他们是：（1）热 若管道上连接有加热器或冷却器，流体通过时边吸收或放热。令没单位体积流体通过划定体积的过程中吸收

38、的热qe质量为m 的流体所吸热=mqe若流体吸入热量，则q 为正，放出热量则为负。（2）功 若管路上安装了泵或鼓风机等流体输送设备向流体作功，便有能量从外界输入到划定体积内。反之，流体也可以通过水和机械等向外界作功而输出能量。令没单位质量流体通过划定体积的过程中所接受的外功为We，则质量为m 的流体所接受的功=mWe若流体接受外功，则We为正，向外作功则为负。后面将伴随流体经过截面1输入的能量用下标1表示，经过截面2输出的能量用下标明，则对图14所示流动系统所作的总能量衡算便为： mU1+mgZ1+mc12/2+P1V1+mqe+mWe= mU2+mgZ2+mc22/2+P2V2（1）将（1）

39、式的每一项除以m又令V/m=v代表流体的比容，则得到以单位质量流体为基准的稳定流动的总能量衡算式：U1+gZ1+c12/2+P1v1+qe+ = U2+gZ2+c22/2+P2v2（2）U+gZ+（C2）/2+（Pv）= qe+ We（3）U与Pv之和为H）（单位质量流体的焓），故总能量衡算式又可写成H1 +gZ1+c12/21+qe+ We = H2+gZ2+c22/2（4）H+gZ+（C2）/2= qe+ We（5）（5） 中所含的能量可划分为两类，一类是机械能，即位能、动能、压力能，功也可以归入此类。此类能量在流体流动过程中可以相互转变，亦可转变为热或流体的内能。另一类包括内能和热，这二

40、者在流动系统内不能直接转变为机械能而用于流体输送。设流体是不可压缩的，式（2）中的v1=v2=v=1/；流动系统中无热交换器（1）（5），式中的qe=0；流体温度不变，则（2）式中U2=U1。流体在管道内流动时要做功以克服流动的阻力，故其机械能有所消耗。消耗了的机械能转化为热。此热不能自动地变回机械能而用于流体输送，只是将流体的温度忽略为升高，既略为增加流体的内能。若按等温流动考虑，则这微量之热也可以视为散失到流体中系统以外去。既然机械能衡算中不计入内能与热，则因克服流动阻力而消耗的机械能便应视为散失到划定体积的能量而列入输出项中，即于衡算式的输出项目中增加h每单位质量流体通过划定体积的过程中

41、所损失的能量，其单位与We相同，为m2/s2。式（4）于是成为：gZ1+c12/21 +P1/+ We = gZ2+c22/2+ P2/+h（6）若流体流动过程中无外加功加入并不对外作功，则上式（6）可简化为：gZ1+c12/21 +P1/= gZ2+c22/2+ P2/+h（7）（7）为伯努利方程式中：g重力加速度9.81米/秒2Z1、Z2断面11、22距基准面高度 米截面处流体的密度 千克/米3P1、P2截面11、2|2的静压 帕h两截面间的能量损失从（7）式可以看出：1） 实际流体由于粘度，流动中要产生摩擦损失。所以在稳定流动中，前一断面的总压（静压、位压、动压之和）等于后一断面的总压（

42、静压、位压和动压之和）加上11至22断面间的能量损失之和。2） 流体在稳定流动中，各能量间可相互转换，各能量都可直接地消耗于能量损失。3） （7）式是宏观分析的结果，为考虑其流体的内能和焓的变化，外界和系统无热交换，所以是机械能平衡方程式。并且也只考虑了在重力作用下的情况。4） （7）式只适用于不可压缩流体，总的流动系统中沿程情况不变。5） 如果在两个所选择的断面（11和22）之间装有泵或风机，这将使流过的流体获得能量，设单位质量流体（1千克/秒），因此而获得的能量，或功记为W，则实际不可压缩流体的伯努利方程可写成如下形式：Z1+c12/2g +P1/+ W = Z2+c22/2g+ P2/+

43、h 或Z1+c12/2g +P1/g+ W = Z2+c22/2g+ P2/g+h6） 实际不可压缩流体的伯努利方程说明，流体静止状态下的基本方程是伯努利方程的一种特殊形式。当流体静止时C1=C2=0，h=0伯努利方程就可写成为Z+P1/= Z2+P2/3.流体流动中的能量损失h由于实际流体具有粘性，所以在流动中要有摩擦阻力损失，这就是上面提到的h。由于有阻力损失就要引起流体的机械能下降，也就是总压头下降，各种实际流体工程的计算都要引用伯努利方程，而伯努利方程的计算又有赖于首先掌握阻力损失的计算。 流体运动的能量损失按照造成这种损失的外在原因不同而又可分为沿程阻力损失h和局部阻力损失h两种。即

44、：h= h+ h 帕（公斤力/米2）（米流体柱）下面简要介绍流体流动中的一些性质及状态的判别。1） 流动形态层流和紊流的判别实验表明，在管道中流动的流体，当流速小的时候，管内流体互不相混合，此种流动，称为层流。当速度增大到一定时，引起局部流体流动产生混乱。当管中流速继续增大整个流体显得十分混乱。此种流动称为紊流，有叫湍流。中间发生局部混乱的流态叫过渡区。当层流时，阻力损失与速度的一次方成正比，hC。紊流运动时，阻力损失与流速的二次方成正比hC2。过渡区的阻力损失在层流和紊流之间。流体运动的形态不同，阻力、能量损失规律也不一样。因此在计算阻力、能量损失之前，首先需要确定流体运动的类型。判别的标准

45、就是雷诺数，用符号Re表示之。Re=雷诺数是个无量纲的数式中：C横断面流体的平均速度 米/秒d横断面的直径或当量直径 米运动粘度系数 米2/秒 流体在圆管内流动，当流体充满管内时，d即圆管直径。当流体未充满圆管，或者不是在圆管内流动，用当量直径表示d 当量直径d=当上述各数已知时，Re数就可求出。实验证明：当Re当2300当Re在工程上，计算中一般只判明是层流还是紊流，所以，当Re，是紊流，当Re，按层流计算。2） 沿程阻力损失h沿程阻力损失h产生整个流动路程上，是由于流体的粘性和流体质点之间的互相碰撞而产生；而局部阻力产生于管道中的管件（如弯头、三通等）、阀件、出入口处等，是由于这些局部位置

46、所造成的对流动的障碍或干扰而产生的附加阻力。根据理论分析，实验和实际经验证明，沿程损失h与流速C，管道直径，流体密度，粘度，管道长度L及管壁粗糙度有关。 流动状态（层、紊流）影响到沿程阻力大小，而流动状态决定于雷诺数Re值。因此，上述的d、c、这几个因素结合在一起，组成无因次准数Re，反映出流态对阻力的影响。 经验证明，同样粗糙度的管道，直径较小的管道阻力较直径大的管道大。因此，粗糙度对阻力的影响是通过相对粗糙度反映出来。沿程阻力与管道长度L成正比，管道越长，阻力损失越大。经验证明，阻力的大小与管道的直径成反比。因此用反映管道的几何特征对阻力的影响。沿程阻力损失可用下式计算：h= 米流体柱式中

47、的叫做摩擦因子或摩擦系数。要确定沿程阻力的大小，关键在于要知道摩擦系数的大小。值在层流时可以从理论上推出。=在紊流状态，需通过实验确定，计算部分这里不作详述。3）局部阻力损失 管路上的流动阻力处管壁所引起的摩擦阻力而外，还包括管路局部位置如进出口、弯头、阀门等处额外出现的阻力，产生比同样长度的直管还大的阻力，这种由于在局部地方流动受到障碍和干扰而产生的附加阻力叫局部阻力。为了与沿程阻力的表示方法一致，局部阻力损失可表示为：h= 米流体柱局部阻力系数，对大多数管件和阀件，其值要通过实验确定。局部阻力也可表示为：h= 米流体柱从上式可以看出，这时已把局部阻力伸算成相当Le米长的直管的沿程阻力。Le

48、叫当量长度。有关局部阻力系数的值，可在有关专业书籍及设计手册中查到，此处不列举了。4.减少阻力损失的措施 我们已知道，管道中的阻力损失包括沿程阻力损失h和局部阻力损失 h，在上面也研究了影响阻力损失的因素。所以要减少阻力损失也得分别减少上述两种损失，措施大致有：1） 选取适当的流体流速阻力损失随流速增大而急剧增加，所以流速过大，会带来大的压降，增加能耗。但流速过小，又会造成管道断面增大，浪费材料并占用较大的空间。煤气管道的经济流速和直径的一般关系如下表：管径（毫米）200400500800900120013001500160020002000以上高炉煤气流速（米/秒）4661091211141

49、216大于14焦炉煤气流速（米/秒）61081412181420大于16大于162） 尽量减少管道长度 管道越长，h也就越大，所以要合理安排，尽量减少管道长度。3）尽量减少管道的局部突变，以减少局部损失，管道的局部变化越小，局部阻力损失也就越小；通常用断面的逐渐变化代替断面的突然变化；用圆弧拐弯或折弯代替直角折弯；合理的选择阀门及阀门直径；合理设计三通等。 第二章 动力介质的生产、回收与净化1.焦炉煤气的生成原理及净化过程1.1焦炉煤气的生成原理 焦炉煤气是炼焦过程中的副产品，炼焦是把经过粉碎后，按一定比例煤种配好的煤粉装入焦炉内，在隔绝空气的条件下，用高炉煤气（经蓄热室预热）或焦炉煤气燃烧进

50、行加热至一定的温度，将煤气的挥发物和固定碳分离开，结果生成两种产品，即冶金焦炭和副产品焦炉煤气。 煤的热解大致可分为一下阶段：干燥和预热200以前是煤的干燥和预热阶段，同时析出吸附在煤中的二氧化碳、甲烷等气体。开始分解温度在250-350，煤开始分解，产生化合水、二氧化碳、一氧化碳、甲烷及少量的焦油。生成胶质体温度在350-450，生成大量的液体，高沸点焦油蒸汽和固体微粒，并形成一个多分散相的胶体系统，即胶质体。胶质体的产生是逸出的气体受阻，于是煤料对炭化室墙壁产生膨胀压力，这对于生成熔融良好的耐磨焦炭和大块度极为重要，这时胶质使炭化室产生的煤气分割成三路。一路煤气在两胶质层中间穿过温度较低的

51、煤料上升到炭化室顶部空间，胶质层与炭化室墙壁间的两路煤气则沿950左右的炉墙上升到炭化室顶部空间混合成平均组成的煤气。胶质体固化温度在450-550，胶质体中的液体进一步分析，一部分以气态析出，一部分固化半焦。至此，煤气发生量达到总量的40-50%，其主要成分是甲烷（50%左右）及部分含氢量不多的气体（10%左右）。半焦收缩温度在550-650，半焦进一步析出气体而收缩，同时出现裂纹。由于焦油高温分解产生大量的氢和碳氢化合物，这一阶段煤气产率也占总量的40%，故对炼焦煤气的最终组成起了重大的影响。生成焦炭温度在650-950，半焦继续析出气体，继续收缩变紧，最后生成焦炭。此间，焦油蒸汽与炽热的

52、焦炭相遇，进一步热分解，生成氢气、一氧化碳和少量甲烷。这个过程叫二次分解。因此，焦炉煤气主要是干馏过程中，煤质热分解和煤的液体馏分（焦油）热分解产生的气体混合物，但二者的成分是不同的。煤料加热温度的上升是从炭化室两侧炉墙向中心渐进，但由于各炭化室装煤时间不同，而生产又是连续进行的，所以，煤气成分并不显现出阶段性差异来。1.2焦炉煤气净化的重要性焦炉煤气中含有大量副产品，如氨、焦油、萘、轻油等化工原料，不回收是不经济的。焦炉煤气中含有大量的萘、焦油等，容易凝结堵塞管道，不能安全输送。焦炉煤气中含有的硫化氢及其燃烧后的产生的二氧化硫均毒，硫化氢的存在读设备起腐蚀作用，用以加热钢坯能影响刚才质量。1

53、.3焦炉煤气的净化工艺 2焦炉煤气的精制工艺2.1原料焦炉煤气组成和精制焦炉煤气质量（1）原料焦炉煤气组成组成H2COCO2O2CH4N2CnHmV%62.888.432.330.4219.944.02.0组成H2SHCN萘焦油NH3H2Omg/Nm3200-40050-饱和压力：5.5KPa温度：1-40（2）精制焦炉煤气产品质量 H2S：20 mg/Nm3 焦油：10 mg/Nm3 萘：100 mg/Nm3（夏季）；50 mg/Nm3（冬季）2.2焦炉煤气精制工艺2.2.1原理 本装置采用“并联塔式变温吸附精制脱硫”工艺，在脱出硫化氢的同时，一次性脱出焦炉煤气中的焦油、氨和萘等有害物质，得到合格的净化煤气。 （1）吸附剂的吸附常温时，气态硫化氢与空气中的氧气能发生下列反应：2H2S+O2=2H2O+2S+Q这是一个放热反应。一般条件下，其反应速度很慢。催化剂可以加速其反应。对该反应而言，活性炭是良好的催化剂，并兼有催化作用和吸附作用。脱硫的反应，主要在活性炭空隙的内表面进行。由于表面自由能的存在，对工业气体中的分子具有一定的吸附作用。水蒸气在活性炭中，除存在多分子层的吸附外，还存在毛细管的凝结作用。因此，在室温下进行脱硫时，活性炭的空隙表面层上凝结着一薄层水膜。利用硫化氢在水中的溶