职业技能鉴定培训教材之二

1、职业技能鉴定培训教材之二净 化 车 间 转 炉 气 柜 工目 录第一章 煤气基础知识第二章 转炉煤气的生成第三章 转炉煤气生产工艺第四章 转炉煤气柜及主要设备第五章 转炉煤气回收系统的操作维护第六章 转炉煤气回收系统的安全操作第七章 转炉煤气回收系统的故障应急处理第八章 变频调速基础知识第一章 煤气基础知识第一节 名词解释 一、煤气的热值1Nm3燃气完全燃烧所放出的热量称为该燃气的热值，单位为KJ/Nm3或Kcal/Nm3。热值可分为高热值和低热值。高热值是指1Nm3燃气完全燃烧后其烟气冷却到原始温度，而其中的水蒸汽以凝结水状态排出时所放出的热量。低热值是指1Nm3燃气完全燃烧后其烟气冷却到原

2、始温度，但烟气中的水蒸汽仍为蒸汽状态时所放出的热量。燃气的高热值大于其低热值，差值为水蒸汽的气化潜热。二、荒煤气与净煤气荒煤气是指未经过净化的煤气。净煤气是指经过净化或达到净化标准的煤气。三、煤气的标准体积煤气与其它物体一样具有热胀冷缩的性能，因此一定数量的煤气在不同的温度情况下，体积是不相同的。温度上升，煤气体积就变大。具体体现，每上升1煤气体积就增加1/273。为了有一个统一的计算标准，一般以在摄氏零度大气压为760mm水银柱的情况下的气体体积作为标准。这就是标准体积，以Nm3表示。四、饱和水、机械水以及它们之间的变化规律所谓饱和水是指以水蒸汽的状态存在于煤气中的那部分水。机械水是指以液滴

3、的形态存在于煤气中的那部分水。煤气中的饱和水含量随煤气湿的升高而增加，且温度越高，变化越明显，当煤气由一高温降至某一低温是，饱和水就会有部分冷凝而转变为机械水。煤气中机械水的含量随煤气的流速、流向阳花变化而变化。当煤气的流速减慢，流向改变时，煤气中的机械水就会由于惯性力或重力的作用从煤气中分离出来。当煤气由某一低温升至某一高温时，煤气中的部分机械水被蒸发而变成饱和水。五、标准状况与标准体积通常将温度在0，大气压在1标准大气压下的状态称为标准状态。在标准状态下，1摩尔（mol）气体所占的体积为标准体积，约为22.4升。六、燃烧可燃物质在一定的温度下，与空气中氧气或其它氧化剂发生剧烈的氧化反应并伴

4、发光、发热现象的过程叫燃烧。七、理论空气需要量与实际空气需要量理论空气需要，是指每Nm3（或kg）燃烧按燃烧反应计量议程式完全燃烧所需的空气量，单位为Nm3/Nm3或Nm3kg。理论空气需要量也是燃气完全燃烧所需的最小空气量。燃气的热值越高，燃烧所需理论空气量也越多。八、理论燃烧温度、回火、脱火煤气燃烧时燃烧产物即废气所能达到的温度叫理论燃烧温度。当煤气流速小于煤气燃烧速度时，火焰向管道或设备内传播燃烧的现象叫回火。当煤气流速大于煤气燃烧速度时，火焰在远离喷嘴的地方燃烧的现象叫脱火。九、煤气燃点（着火点）当煤气达到一定温度，在有空气或氧气的供给下就会产生自燃，把产生自燃时的最低温度，叫煤气燃点

5、。高炉煤气燃点700，焦炉煤气燃点650。十、着火温度当燃料中的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，这便是燃烧现象。在燃烧现象中，首先有一个着火过程，着火过程是指燃料与氧化剂均匀混合后，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，一种是自然，一种是点火燃烧。1、自燃着火：使可燃混合物整个容积都达到某一温度，超过该温度，混合物便自动着火达到燃烧状态。这个过程叫做自燃着火，俗称“着火”。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自燃着火的最低温度。2、点火燃烧：在冷的混

6、合物中，用一个不大的点火源在某一局部地方点火，先引起局部着火燃烧，然后向其他地方传播，最终使整个混合物都达到着火燃烧，这叫做被迫着火或“点火”。点火温度与自燃着火温度相似。点火温度往往略高于着火温度。但无论哪种温度都随着具体的热力条件不同而不同。工业炉窑中可燃混合物的燃烧都是用点火的方法来引燃的。十一、爆炸极限在一容器或管道内，当可燃气体与空气或氧气的混合达到一定范围，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，混合气体中所含可燃气体的最大混合比叫爆炸上限，最小混合比叫做爆炸下限。十二、大气压和标准大气压大气压是指大气层对地球表面的单位面所产生的压力。它随地表海拔高，纬

7、度和气象条件而改变。标准大气压：国际上规定温度为0时海平面上的压强为101.325Kpa，即1标准大气压=101.325Kpa。十三、空化现象、汽蚀现象在某些水流某的些局部区域中，由于出现巨大的流速，会发生压强在该处显著地降低，使它达到和水温相应的汽化压强。这时水迅速气化，使一部分液体转化为蒸汽，出现了蒸汽汽泡的区域，汽泡随水流流入压强较高的区域而破灭，这种现象称为空化。空化对水力机械的有害作用称为汽蚀。十四、水击现象有压管中运动着的液体，由于阀门或水泵突然关闭，使得液体流速和动量发生急剧变化，从而引起液体压强的骤然变化，这种现象称为水击。十五、公称直径和公称压力管道和工艺设备的公称直径是为了

8、设计、制造、安装和检修方便而人为规定的一种标准直径，它既不是外径Dw，也不是内径，而是与D或Dw接近的整数，以DN表示。一般表示管道的外径，又表示壁厚，表示方法是：D外径（数）×壁厚数，如：无缝钢管D325×8，该管内径3258×2309mm介质工作温度在0，制品所允许承受的压力，称为公称压力。用PN表示。十六、火焰传播方式火焰的传播方式有三种：正常火焰传播、爆炸、爆燃第二节 煤气的生成原理及性质一、高炉煤气高炉煤气是高炉炼制生铁过程中产生的一种副产品。炼铁用的主要原料是铁矿石或烧结矿，主要燃料为冶金焦碳，熔剂是石灰石。它们按一定比例组成了炼铁炉料从炉顶加入炉内。

9、在高炉的下部通过风口吹入1000-1200的热空气，鼓风中的氧气、水蒸气与焦碳发生下旬化学反应：C + O2 = C O22C+ O2 = 2COC+H2O=CO+H2CO2+C=2CO鼓风中的蒸汽量较少，故生成气中氢气含量较少，氮气不参加化学反应，仍以原状态混在生成气中。生成气与铁矿石中铁的氧化物发生还原反应如下：Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2F e3O4+CO=3Fe+C O2FeO+CO=Fe+C O23Fe2 O3+H2=2Fe3O4+H2OFe3O4+H2=3FeO+H2OFeO+H2=Fe+H2O随着氧化物还原反应的进行，生成气中的一氧化碳及氢气逐渐减少，二氧化碳及水蒸气逐

10、渐增加，达到炉顶的气体就是高炉煤气。高炉煤气是无色、无味、有毒的可燃气体。组成成分：（百分比） CO2 CO H2 CH2 N2 10-13 27-30 1.0-2.0 0.3-0.8 57-59热 值：800-1000Kcal/M3或3360-4200KJ/M3着火温度：700左右爆炸极限：40-70%密 度：1.3Kg/M3理论燃烧温度：1500左右二、焦炉煤气焦炉煤气是炼焦过程中的副产品，炼焦是把经过破碎后按一定比例煤种配好的煤粉装入炼焦炉内，在隔绝空气的条件下加热至一定温度，将煤的挥发物和固体碳分离开，结果生成两种产品，即冶金焦碳和副产品焦炉煤气。焦炉煤气是无色、有奇臭（因含H2S）的

11、有毒气体。组成成分：（百分比）CO2 CO H2 CH4 N2 O2 C M Hn 2-36-9 56-60 22-262-40.4-0.6 2.2-2.6热 值：4100-4300Kcal/M3或(17220-18060KJ/M3)着火温度：650左右密 度：0.45-0.55Kg/M3爆炸极限：6-30%理论燃烧温度：2150左右三、转炉煤气氧气顶吹转炉炼钢在吹炼过程中，由于铁水中碳的氧化产生了炉气，其炉气量的大小取决于吹氧量及铁水含碳量的多少。因为炉内温度较高，所以碳的氧化物主要是CO，也就是转炉煤气的主要成分。组成成分：CO CO2 N2 O2 H250-70 10-2510-20 0

12、.3-0.8 0.5-2.0热 值：1800Kcal/M3或(7200-8400KJ/M3)着火温度：700左右密 度：1.23Kg/M3爆炸极限：20-70%理论燃烧温度：1980左右四、煤气成分的性质以上三种副产煤气都是由一些单一气体混合而成，其中可燃成分有CO、H2、C M Hn 、 H2S，不可燃气体成分有CO2、N2和少量O2。副产煤气中具有腐蚀成分的主要是H2S、CO2、O2，这些气体只有在有水时才具有腐蚀性。H2S、CO2在水中呈酸性，O2在水中有氧化性腐蚀。因此，为减少煤气对管道的腐蚀性，应去掉煤气中的水份。1、甲烷CH4 无色气体、微有葱臭、难容于水。Q低-35671KJ/M

13、3（8530Kcal/M3），与空气混合可引起激烈爆炸，爆炸范围为5.4-15%、着火温度650-750，当空气中甲烷浓度高达25-30%时才有毒性。2、氢气H2 无色无臭气体，难溶与水。Q低-10747.5KJ/M3（2570Kcal/M3），爆炸范围4.2-74%、着火温度580-590。3、一氧化碳CO2 无色无臭气体，Q低-16269KJ/M3（3020Kcal/M3），爆炸范围12.4-75%、着火温度644-658。一氧化碳极毒，空气中含0.06%即有害于人体，含0.2%时可使人失去知觉，含0.4%时迅速死亡，空气中允许的一氧化碳浓度为0.02g/M3。4、硫化氢H2S 具有浓厚的

14、臭蛋味、易溶于水。Q低-23669.6KJ/M3（5660Kcal/M3），爆炸范围4.3-46.5%、着火温度364、性极毒，浓度达0.1%时可致死亡。5、二氧化碳CO2 略有气味的无色气体，易溶于水。空气中二氧化碳浓度达25mg/1时对人体即有危险，浓度为162mg/1时可致命。6、氧气O2 无色无臭气体第三节 流体的基础知识燃气生产及供应过程中所涉及的流体主要是各种燃料气、燃料油、水和空气等。一、温度与温标温度是表示物体冷热程度的物理量。温标是为量度物体温度高低而对温度零点和分度分法所做的一种规定，是温度的单位制。目前我国采用的基本温标是热力学温标，亦称“开氏温标”或“绝对温标”。热力学

15、温度以开氏温度（K）表示，开氏温度也叫绝对温度。除此之外，还可以用摄氏温度表示（）。如果绝对温度为T，摄氏温度为t，则二者有下列关系： T = t + 273.15 K工程计算，常简化为T = t + 273 K可见绝对温度是把摄氏零下237作为起点，即绝对零点。二、流量与流速（一）流量单位时间内通过一定截面积的流体体积或质量叫流量。流量的单位以体积表示的有：m3/h（米3/时、L/min）、（升/分），以质量表示的有kg/h（千克/时）、t/h（吨/时）。通常对地气体多用体积流量单位，液体多用质量流量单位。（二）流速流体在单位时间内流经的距离叫流速。通常用m/s（米/秒）表示。流体在管道内流

16、动时，由于流体与管壁的摩擦时，同一截面上各点流速是不同的。管道中心处流速最大，愈靠近管壁流速愈小。在工程计算中，常用体积流量除以管道截面积，即用流体在管道中的平均流速表示： 式中：W流体的流速，单位m/s（米/秒）； 圆周率3.1416 V流体的体积流量，单位m3h（米/时）； D管道的内径，单位m（米）（三）流速选择工业上在输送流体的管道中，对流速大小选择应有一定范围。这是因为流速太小不能充分利用管道的输送能力，流速太大则通过管道的阻力就大，同时用于克服阻力所消耗上的能量也增大，而且在流速变化时易产生强烈的水力冲击。最适宜的流速应使管道的设备及设备运行费用为最低，一般在以下范围适宜。普通液体

17、：0.53.0m/s；粘度很大的液体：0.51.0m/s；送风机输送的气体：8-20m/s；压缩机输送的气体：1520/s；流速的选取除与流体性质及允许的阻力损失有关外，还与管道直径有关，一般管道直径变大时，流速也相应变大。煤气管道的经济流速一般如下：管道直径Dg(mm)200400500800900120013001500160020002000高炉煤气流速(m/s)466109121114121614焦炉煤气流速(m/s)610814121814201616混合煤气的流速介于二者之间。天然气由于具有较高的压力，可根据允许的压力降算出管道流速，一般均较高。三、压力或压强垂直作用于物体单位面积

18、（A）上的力（F），称为压强（P），工程上称为压力。即P-F/A单位N/m2（牛顿/米2）压强的国际单位为帕（斯卡），符号为Pa 1pa-1N/m2各种压强单位间的换算关系为：1物理大气压=101300N/m2=1.033kg.f/cm2=10.33m水柱=760mm汞柱=101.32KPa1工程大气压=1kg.f/cm2=10m水柱=735mm汞柱=98.0665Kpa在实际应用时，应区别大气压、绝对压强（力）及相对压强（力）。大气压：指大气的压力，用气压计测得。绝对压强：指从绝对真空算起的压强，可由压力表测得的相对压强（即表压力）加上大气压强的绝对值之和而得，即是：P绝=P相P大相对压强：

19、以大气压强为零算起的压强。大于或小于大气压强的相对压强，分别称为正相对压强或负相对压强，负相对压强的绝对值习惯称为“真空度”。 P相P绝P大 P真P大P绝 绝对压强与相对压强之间的关系表示于图1-1中。四、密度单位体积液体所具有的质量叫做该流体的密度。SI单位为kg/m3，常用的倍数单位有g/m3或g/L混合气体的密度按下式计算：Rr1a1r2a2rnan式中：r1r1rn混合气体中每一组分的密度； a1a1an混合气体中每一组分的体积百分数。煤气的密度可由其组成的体积百分数按下式计算：r0.01(1.977CO21.539H2S1.261CmHn1.429O21.25CO0.09H0.717

20、CH21.25N2)如已知气体的分子量为M，因每千克分子理想气体在标准状况（101.3254Kpa压、0）下的体积均为22.4m3，所以气体在标准状况下的密度也可由下式求得： r0M/22.4单位kg/m3混合气体的分子量Mm为： MmM1a1+M2a2+Mnan式中MMMn 混合体中各组分的分子量；a1a2an 混合气体中各组分的体积百分数。考虑到气体因压力、温度的改变以及由此而引起的饱和水蒸汽含量的变化，工作状态下的气体密度根据下式进行校正：r( r0d)273/(273t)×p/101325×0.804/0.804d式国：r湿气体密度（kg/m3）; r0标准状态下干

21、气体的密度（kg/m3）； d1标准立方米干气体在压力为P，温度为t时的饱和湿含量（kg/m3）； t工作状态下的温度（）； Pdq 当地大气压力（Pa）； P气体的表压（pa）； 0.804标准状态下水蒸汽的密度（kg/m3）。液体混合物的密度rm可由下式求得：1/rmX/r1x2/r2Xn/rn式中：x1x2xn 为混合物中每一组分配重量百分数；r1 r2rn为混合物中每一组分的密度（kg/m3）五、粘性流体由于分子间的内磨擦作用而表现有粘性。粘性的大小常用动力粘度、运动粘度，条件粘度来表示。（一） 动力粘度（绝对粘度）实验证明，流体的摩擦力（t）与速度递度（dw/dh）作用面积（f）成正

22、比，即 tu×dw/dh.f式中：u为比便系数，称为流体的动力粘度（或绝对粘度），SI单位为Pa.S，也可表示成N.S/m2。目前仍使用泊（P）1P=0.1Pa.S（二）运动粘度流体的动力粘度与其密度之比值称运动粘度，SI单位m2/s即： v=ug/r 式中：V运动粘度m2/s； U动力粘度kgf.s/ m2; r流体密度kg/m2； g重力加速度9.81 m2/s。运动粘度V（斯）的单位换算：1斯（st）=100厘斯（cst）=1厘米2/秒=1×10-4米2/秒；（三）条件粘度（又称比粘度）我国常用条件粘度中的恩氏粘度（E）来表示工业上的油品粘度，对于燃油，运动粘度与恩氏

23、粘度之间的换算按下式计算： rt0.0731Et0。0631/Et (斯)式中：rt油品在t时的运动粘度（斯） Et油品在t时的恩氏粘度（E）流体的粘度除与流体的种类有关外，还和流体的温度有关。液体的粘度随温度升高而减小，气体的粘度随温度的升高而增加。对于重油，在输送过程中粘度是一个很重要的技术参数，它直接影响到重油的输配及燃烧过程，因此必须给足够的重视。六、层流与湍流当粘性流体在一直管里流动时，随着条件的不同，其截面的速度分布及阻力损失等规律均不相同，对此，英国物理学家雷诺，曾在实验中进行了详细地观察。实验装置如图1-2所示。容器A及容器B由一根玻璃管相连接，其中装有水。水可以从容器A经玻璃

24、管流入容器B。水在管内的流速靠容器B下部的阀门D调节，在玻璃管的进口处用一细管导入红墨水，当用调节阀门改变水的流速时，可以明显地看出，管中的红色水线会出现不同的状态。当流速很小时，管中红色线清晰可见，毫无混淆现象。这种流动称为层流运动。见图1-3a；若增加速度，红色水线开始弯曲，见图1-3b；当速度继续加大到某一数值时，流动状态突然变化，红色水线初呈涡状，进而混淆于整个管内，这时管内流动已不再是层次分明，而是出现了大大小小的漩涡，见图1-3c，流体质点运动的轨迹错综复杂，除向流动方向运动外，还有横向及反向运动。这种运动称为湍流运动（湍流或紊流）。增加流体在管内的流速会由层流转变为湍流，相反，当

25、降低管内流体时，由湍流又会变为层流，这两种流态发生变化时的速度叫临界速度，这个速度对于不同流体在不同温度，不同管径的情况下都有不同的数值，但若以雷诺数Re作判断时，发现有统一的规律。雷诺数是一个无因次数，即：Re·d/v=w·d·r/u·g式中：流体在管内的平均流速m/s； r 流体的密度kg/m3； d管子的直径m； u绝对粘度kg·s/m2； v运动粘度m2/s； g重力加速度（9.81m/s3）。实践证明：当流体在管内流动时Re2300为层流；Re10000时为湍流，当2300Re10000时，流体处于两种流态间的过渡状态，称为过渡流。一

26、般来说，截面形状对速度分布及阻力大小都是有影响的，但实践证明在湍流状态下，非圆截面管道，若以当量直径计算时，则可以应用圆管阻力公式，而不至有太大的误差。所谓当量直径（de），它是水力半径（r2）的4倍，即de=4 r1，而水力半径（r2）的定义为：流体的截面（A）与浸润周边（n）之比，即r2=A/n，对圆管来说，A=/4d2，n=d，于是rv=d/4或d=4rv。对于外半径为（R），内半径为（r）的环开满截面，其de为：de=4×(Rr)/27·（R2+r2）=2（Rr）引用当量直径之后，雷诺数可表示为：Re=dew·r/u·g七、压缩性实际流体都是可压

27、缩的，即流体密度是随着压强与温度的变化而改变。例如：水温不变的情况下，每增加一个大气压，它的体积比原来减少0.005%，而当温度不变时，只要给气体以足够的压力，就可以被压缩到一个很小的空间。由此可见，流体是可以压缩的，只不过象水那样的流体压缩性很小，可以当作不可压缩的流体看待，而空气就有很明显的压缩性。但应指出，空气在一般情况下（其速度比音速小得多及终压之变化不大于原来压强的20%），其密度变化很小，可以忽略，此时空气亦可当作不可压缩的流体。因此，根据压缩性，可把流体划分为两大类，一类是不可压缩的流体，一类是可压缩的流体。而是否考虑流体的压缩性则必须视具体情况而定。八、连续性流体是由不断运动的

28、分子构成的，在研究实际问题时，常需要把真正的流体分子结构用一种简化形式予以代替，即将流体看作是由无数流体微粒或质点连续组成的连续介质。所谓流体质点是这样的小块流体：它的大小与放置在流体中的实物或流体运动所涉及的空间相比较。是微不足道的，但比分子自由成长度要大得多，它包含足够多的分子，能施行统计平均的方法其宏观特征量（如压强、密度、宏观速度）等，从而使我们可以考察这些宏观量的变化情况。因此，连续性的假设首先意味着流体介质在宏观上各流体质点是连续的，其次还意味着其质点在运动过程中也始终是连续的。引用这一假定后，就大大简化了对流体平衡及运动问题的研究，由这一假设所得出的结果与实际很吻合。这就表明这一

29、假设是合理和正确的。当然连续性的假设不能任意推广，例如在高真空中气体稀薄，空气就不能再能当作连续介质了。下面我们例举几个例题，进行演算，以便加深对流体流动基本概念的理解。例1、高炉煤气在溢流文氏管出口处的温度为56，试用热力学温度表示之。已知： t=56 求：T=？解：T=273.5+t=273.15+56=329.15K例2、欲建一条H720*6的混合煤气管道，当流速为10m/s时，问1小时可输送煤气量为多少立方米？已知：d=720（2×6）708mm0.708m w=10m/s求：体积流量V=？解：V/4·d2×3600=3.14/4×0.7082&

30、#215;10×3600=14165m3/h例3、测得高炉煤气洗涤塔入口煤气压力为56Kpa，若大气压强为102Kpa，问相当于绝对压强为多少？已知：P相=56Kpa，P大=102Kpa求：P绝=？解：P绝= P相+ P大=56+102=158 Kpa例4、有一个减压塔内真空度为81 Kpa当时大气压力为100 Kpa，问绝对压力为多少？已知：P真=81Kpa，P大=100Kpa求：P绝=？解：P绝= P大- P真=100-81=19 Kpa例5、已知高炉煤气的密度可由体积百分数按下式求得：CO2 CO CH4 N2 O2 H2 10.2 32.12 0.34 55.56 0.17

31、1.61求其密度。解：高炉煤气的密度可由体积百分数按下式求得：r=0.01(1.977 CO2 +1.25CO+0.717 CH2+1.25 N2 +1.49 O2 +0.09 H2)=0.01(1.977×10.21.25×32.120.717×0.341.25×55.561.429×0.17×0.09×1.61)1.3040kg/m3也可以用分子量进行计算：Mm=0.01(44.01 CO2+28.01CO+16.04 CH4 +28.02 N2+32 O2+2.06 H2) =0.01(44.01×1.022

32、8.01×32.1216.04×0.3428.02×55.5632×0.172.016×1.6)=29.20r0Mm/22.429.20/22.41.3036kg/m3由此可见，两种方法计算结果相近。例6、某一高炉煤气净化文氏管，喉口压力为52.48Kpa，温度为54，当喉口截面为（400*700mm2），流速为100m/s时，求喉口处雷诺数Re。解：高炉煤气在标准状态下的密度r01.314 kg/m3干煤气，实际工作状态下的密度应进行压力、温度及湿含量的校正：r喉=（r0+f）×273/（273+t） ×（101.325+

33、p）/101.325×0.804/（0.804+f）式中：P喉口处煤气压力50Kpa；t喉口处煤气温度54；f压力为PKpa，温度为t时，煤气的饱和湿含量（kg/m3干煤气）。由P=101.325+52.480=153.805Kpa，t=54查饱和气体含湿量计算图得：f=0.0805kf/ m3干煤气r喉=（r0+f）×273/（273+t） ×（101.325+p）/101.325×0.804/（0.804+f）=（1.31+0.0805）×273(273+54)×(101.32552.48)101.325×0.804(0

34、.8040.085)1.395×273327×153.80101.325×0.8040.889=1.599 kg/m3湿煤气如前所述，对于非圆截面管道，若以当量直径de代替时，雷诺数可表示为：Re=de·w·r/ug式中：w喉口处流速100（m/s）Dc=4×f/II=4×(0.4×0.7)/2(0.4×0.7)=0.57m高炉煤气54时，查表u=1.88810-6s/m2 Re（0.51×100×1.599）（1.888×10-6×9.81）44029901000

35、0由此可见，煤气在喉口处是处于湍流状态。第四节 气体状态议程式气体有两个特性，一是没有一定的外形，无论用什么样的容器来装气体，气体分子都会充满整个容器；二是能压缩。如果在圆筒内装有气体，上面有一活塞，在活塞上施加压力，气体就会被压缩。筒内压力与温度也会上升。这说明气体的压力、温度、体积之间存在着一定关系。如果温度不变，一定重量的气体的体积与压力成正比，即体积随着压力增加而缩小，反之随着压力减小而增大。用下列公式表示： P1/P2= V1/V2式中：P气体的绝对压力； V气体的体积。如果压力不变，一定重量气体的体积与温度成正比，即气体温度越高，气体体积就越大，用下列公式表示：V1/V2= T1/

36、T2式中：T气体的绝对温度如果气体的温度、体积及压力同时改变，那么它们之间的关系为： P1V1/T2= P2V2/T2此式即为气体状态方程式。它告诉我们，一定重量的气体，其PV/T是个常数。这样只要知道其中两个量，就可求得第三个量。因此，为了比较各种气体状态，必须使其中的两个条件相同，再从第三个量的大小来比较，其较为方便的方法是在压力与温度相同的条件下来比较气体的体积。在国际上已确定温度为0、压力为101.325Kpa（760毫米水银柱）是标准条件，任何气体处于这种标准条件下就叫做标准状态。例1、煤气温度为40，管道内煤气压力为10 Kpa时的煤气流量为1000m3/h，问换算成标准状态下的流

37、量是多少？解：T1=273+40=313k P1=101.325+10=111.325KpaV1=10000 m3/hT0=273kP0=101.325 Kpa将上述数值代入状态方程，得 V0= P1 V1 T0（111.325×10000×273）（101.325×313）9566 m3/h因为煤气中含有饱和水份，所以当煤气温度及压力改变时，应考虑由于湿含量的变化而对煤气体积进行换算，换算公式为：Vt湿= V0（273t）273×101.325（Pdgp）×（1f0.804）式中：Vt湿当温度为t，压力为P时，被水蒸汽饱和的煤气体积流量单位m

38、3/h P煤气在工作状态下的绝对压力Kpa T煤气在工作状态下的温度（） Pdg当地的大气压（Kpa）（对海拔高度不大的地方可以取101.325Kpa） F1 m3干煤气在温度为t，压力为P时所含饱和水蒸汽的重量（kg/m3） 0.804标准状态下水蒸汽的密度（kg/m3） V0干干煤气在标准状态下的体积流量（m3/h）例 2、通过某溢流文氏管的高炉煤气的标准体积流量为135000 m3/h，此时喉口处煤气温度为64，压强63kpa。当大气压强为101.325kpa，求通过喉口处煤气的实际流量。解：V0干=135000 m3/h T1=273+64=337K P1=101.325+63=164

39、.325(kpa)由t =64， P=164.325kpa，查饱和气体含湿量计算图得f=0.138kg/ m3，将上述数值代湿含量变化煤气体积换算公式得V135000×337237×101.325163.325×（10.1380.804）121284（m3/h）第五节 流体静力学基本方程式流体静力学研究的是流体在相对平衡时的规律及其应用。实际流体静止时，由于不运动而不表现出其内部摩擦力，所以理想流体平衡时的规律也适用于实际流体。一、流体静力学基本方程式平衡流体内，静压强与位置的关系，是静力学理论的问题。为此，我们在静止流体中任取一截面为A，质量为G的垂直液柱，如图

40、1-4所示。在水平面Z0和Z处作用看静压强P0及P，由于液体平衡因而存在下列关系式： p/g×F= P0/g×F+G= P0/g×F+rf（Z0Z） p= P0+r·g（Z0Z）为此即为静力学基本方程式，它说明平衡流体内任一点静压强的大小与流体密度及位置高低有关。在同一水平面上各点所受的压强相同。不同水平面上各点的压强则视距流体表面的距离而异，若一点的压强改变时，其它任一点的压强也将相应地改变。止式又可写成 （PP0）/ （r·g）= Z0Z不难看出，静压强与流体密度的比值（P/gr）是以长度L作为它的因次，因此，为了表述流体的静压强（P、P0

41、），除采用单位面积上受力大小的方式外，也可采用与之相应的液柱或气柱高度，因而P/gr通常叫作静压高度，简称静压头。几何高度Z通常称作位压头，此时静力学方程式可改写为：P/r·g+Z= P/r·g+ Z0=常数即静压头与位压头之和为常数。二、流体静力学方程式的应用（一）U型液柱压强计U型液柱压强计中盛有密度为（r）的液体，当两侧所受压强不同时，两侧液柱将有不同的高度（图1-5），若两侧的压强分别P1为P1及P2，取水平面12截面的液柱于1、2点，此时 P10/g= P1/g+ Z1r P10/g= P2/g+ Z2r式中的Z1、Z2为两侧液面距1、2点的高度。按流体静力学基本

42、方程式，该两点的压强P10、P20必然相等，于是得出：（P1P2）/g=P/g=r（Z1Z2）=RhP1P2= r·g·H式中：II为两侧的液面差（即读数）。由此可见，液柱压强计的液面差即表示取压管所联系统的压强差。（二）倾斜式液柱压强计当测量的压强和压强差不大时，读数H必然很少，而得精确读数，可采用倾斜式液柱压强计。 H=Lsin P1/gr= P2/gr+H P1= P2+ gr+H = P2+ gr Lsin P1P2 = gr Lsin可见，倾斜角0越小，读数放大的倍数就越大。（三）煤气管道冷凝水排出器煤气在输送过程中，经常有冷凝物及杂质沉积在管道中，如不及时排掉会

43、旨起管道的堵塞，而直接排放又会引起煤气的泄漏，利用流体静力学的基本原理设计的冷凝水排出器可以很好地解决这一问题。根据静力学方程式 P0/gr+ Z2= P/gr+ Z1 PP0=（Z2Z1）gr=Hrg H=（PP0）/rg式中：P0大气压力（pa） P煤气的计算压力（pa） R水的密度（kg/m3） H排污管插入深度，也叫冷凝水排出器的计算高度（m）考虑到煤气压力的波动，为了保证安全，水封有效高度为计算高度加50mm，按此高度设计成的冷凝水排出器可以保证煤气管道在工作状态下，连续不断地排出冷凝物而不至于冒煤气。例1设煤气管道的计算压力为9810kpa（表压），求此管道上冷凝水排出器的有效高度

44、。根据静力学方程式 H=（PP0）/rg H=9810/（1000×9.81）=1（m） H有效=1+0.5=1.5(m)例2、有一减压容器，其真空计所指示的真空度P真=81.6kpa，若大气压力为101.73kpa，试计算（1）容器内的绝对压强P绝= P大P真=101.7381.6=20.13（2）水在管内上升的高度H=（PP0）/rg= P真/rg=（81.6×1000）（1000×9.81）8.318(m)第六节 流体运动中的质量守恒-连续性方程式流体在运动过程中，即不能产生也不能消失，应该服从质量守恒定律。将这一定律用于讨论流体的运动，就得到流体运动的连续

45、性方程式。流体在密闭管道中作稳定流动，在既不向其中添加也不发生漏损时，经过任一断面的流体重应该是相等的。经过截面F的流体重量应与截面F的流体重量相等，以r及r分别表示两截面处的流体密度，W及W表示平均速度，则：G=F1r1W1=F2r2w2=FrW=常数式中：G任意截面的流体质量（kg/s） F任意截面的面积（m2） R任意截面处的流体密度（kg/m3） W任意截面上流体的平均速度（m/s）上式即为流体的连续性方程式。若流体为不可压缩，即r=常数，这时上式可写成：F1W1=F2w2=FW=常数亦即速度与管道的截面积成反比。截面积小的地方速度大，截面积大的地方速度小。例1、为了满足某一用户的生产

46、需要，拟新建一条混合煤气管道，选管径为H4266时，流速为10m/s，若选用管径为H5296时，流速为多少？解：H4266管道的截面积为：d=426-(62)=414mm=0.414(m)F=/4d=/40.414=0.135(m)H5296管道的截面积为：D=529-（62）=517(mm)=0.517(m)F=/4D=/40.517=0.209(m)FW=FW 则W2= F1 W1/ F2=0.135×10/0.209=6.46(M/S)第七节 流体运动中的能量守恒柏努利方程流动流体具有一定的能量，足以克服流体在流动过程中的阻力，否者则流体就处于相对静止状态，流体在流动时，其能量

47、主要表现为机械能流动流体的机械能表现为形式有三种1、位能（位压头）：流体受重力的作用，在不同高度具有不同的位能，它等于将流体由某一任意选取的基准面升高到到该高度所做的功 位能-mgz kg/m2/s2m流体质量kg Z流体距离基准面的高度2、动能（动压头）：流体因运动而具有的能量等于将流体从静止加速到流速w所需的功。 动能=1/2·mw2 kg/m2/s2 w流体流速 m/s3、压力能（静压头）：流动的流体内部与静止流体内部同样具有一定的静压能，流动流体必须克服静压能对截面产生的压力，即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。压力能-PV （kg

48、/m2/s2） V流体体积质量为m的流体所具有的总能量即为上述三项之和：流动中没有阻力的流体称为理想流体，对于理想流体而又无外功加入，则：mgz1mw1/2P1V=mgz2mw2/2P2V=常数=h（总压头）或z1w21/2gP1/g= z2w21/2gP2/g =常数上式称为柏努利方程当有外功加入并有能量损耗时，流体流过两不同截面时总压头发生变化，即 h=h1h2第八节 管路阻力流体在流动过程中产生的阻力损失分为两大类：一类是流体在直管中由于流体内部及流体与管壁之间摩擦而造成的阻力损失，称摩擦阻力损失或沿程阻力损失；另一类是流体在流动过程中由于方向或速度的突变以及流过管件或阀门所产生的阻力损

49、失，叫局部阻力损失。1、摩擦阻力流体在管路中流动时产生的摩擦阻力与下有因素有关：1）流体的粘度、密度；2）流体的速度；3）管路的直径、长度；4）管壁的粗糙度。2、局部阻力局部阻力产生的原因是流体在管道中发生局部变形，如拐弯、扩张、收缩及遇障碍物等。这时就会发生流体与管壁之间的冲击或流体质点问的冲击，这些冲击现象必然造成能量损失。这种能量损失的大小与管件或构件的形式、结构、尺寸等几何条件及表面情况都有密切关系。第二章 转炉煤气的生成 一、转炉煤所的生成转炉煤气：转炉炼钢吹炼过程中在炉内反应生成的气体叫转炉煤气。生成：氧气顶吹转炉煤气的生成，主要来自铁水中碳的氧化，产生量的大小主要取决于吹氧量及铁

50、水含碳量的多少，化学反应式为： 2C O22CO 2C 2O22CO2 2CO O22CO2单位时间转炉产气量的大小和吹氧强度有关。吹氧强度愈大和时间愈短，则小时产气量就愈大。吹氧时间一般小型转炉为1416分钟，大型转炉为2224分钟。在吹炼前期，铁水的温度低，铁水中易于氧化的元素硅锰等首先氧化，其次是磷、硫等元素，同时也有少部分铁也随之氧化，此时吹入的氧主要被用于上述杂质的氧化，碳的氧化速度低，转炉煤气产量比较钞，此时煤气温度也较低。随着上述元素氧化反应大量放热，熔池温度也相应提高，待铁水中硅、锰氧化差不多之后，熔池温度已超过1400，出现碳和氧的剧烈反应，炉气中CO含量逐渐增加，转炉煤气量

51、也随之增到最大值。在吹炼后期，随着铁水中碳的减少，煤气量下降，煤气中CO含量亦相应减少，而煤气温度则随着熔池温度的不断上升而增加，所以在吹炼过程中，煤气量是不断变化的，吹氧初期和吹氧终期少，最大煤气量一般产生于吹炼期的1/22/3区间内。二、炉尘的生成转炉吹炼时，由于在高温作用下铁水的蒸发，气流的剧烈搅拌，CO气泡的炸裂以及喷溅等原因，产生大量炉尘，成分是Fe和Fe2O2，其颗粒直径在炉气未经燃烧时，大部分为1020m，而燃烧后则大部分为1m。在冶炼过程中，还有散状炉料的粉状部分易被煤气带出。第三章 转炉煤气生产工艺氧气顶吹转炉在吹炼期间，产生大量含尘煤气，它的温度和CO含量都很高，遇到空气就

52、立即燃烧。完全燃烧时，烟气温度可达2600以上。这样高的温度，对于一般水冷度，但结果将使烟气量比原始煤气量增加数倍，相应增加了烟气处理系统的投资和占地面积，且大量热能也未能利用；另一方法是利用热能，将过剩空气量控制到合适的程度，并改进烟罩结构，用废热锅炉回收热能，生产蒸汽。这两种方法，都是将煤气充分燃烧后再进行净化处理，故一般称之谓“燃烧法”。另一种处理方法是，采用可以升降的活动烟罩和控制抽气量的调节装置，使煤气在收集过程中尽量不燃烧或燃烧量处于低限，以回收煤气，综合利用，此种处理煤气的方法一般称之谓“未燃法”。用“未燃法”回收煤气，并不是指在整个吹氧期都能回收，因为在吹炼初期和吹炼末期的数分

53、钟内，炉气发生量较少，而且CO量也较低，所以回收时间只取中间一段，前后两段煤气可令其在炉口与一定比例的空气混合燃烧后净化放散。为区别它们的性质，将前后二段燃烧时问称为“前烧期”和“后烧期”，中间一段时间称为“回收期”。由于转炉炼钢是周期性的，因此煤气回收操作也是间断的，必然使煤气和空所交替地在净化系统通过，若不采取措施，很容易引起爆炸事故，故需用惰性气体吹扫管道，以达到不使煤气和空气混合。前烧期和后烧期就起到这样的作用。当它们燃烧后产生的废气（主要是CO2和N2），通过净化系统时，分别扫清了原系统中的空气和煤气，达到安全防爆的目的。因此，在决定前烧期和后烧期的时间时，一方面取决于回收煤气对CO

54、含量的要求，同时还应考虑到用废气吹扫管道所需要的时间。在一般情况下，前烧期和后烧期均可取4分钟左右。一、“燃烧法”和“未燃法“的比较（一）在能的利用上，“燃烧法”是以废热锅炉回收热量，因工艺操作的连续性，其热效率要比普通锅炉低20%（包括化学能转换为热能）。“未然法”虽只能回收煤气的物理热，但主要是回收了CO，除可作热值较高的燃料气外，还可以作原料气用于合成化工，故利用前途更广泛。（二）在燃气性质上，由于“燃烧法”中CO已经燃烧完全，烟气中主要是CO2、N2等隋性气体，系统运行就很安全；“未燃法”的煤气中CO含量很高，系统中的防爆防毒都应有严格的要求。（三）在烟气体积上，由于“燃烧法”和“未燃法”中的CO燃烧程度不同，其体积增长系数显著不同。通常“燃烧法”生成的单位烟气体积要较“未燃法”大25倍。因此“燃烧法”的设备和管道庞大，如装有废热锅炉，厂房建筑也更为高大。与燃烧法比较，“未燃法”的设备管道，水电耗量、占地面积、投资费用等均相应减少，但若回收CO，尚需配备一定水平的控制检测