Politechnika Wrocławska 1999-06-12

Wydział Górniczy EOP

Rok IV semestr VIII

Projekt nr 3. z Pożarów Kopalnianych

Bilans ciepła w ognisku pożaru.

Temperatura gazów pożarowych.

Wykonał: Andrzej Majocha

1. Dane

• rodzaj paliwa : węgiel brunatny

• skład paliwa:

• udział masowy w paliwie węgla: c = 0,5

• udział masowy w paliwie wodoru: h = 0,02

• udział masowy w paliwie siarki: s = 0,0

• udział masowy w paliwie tlenu: o = 0,09

• udział masowy w paliwie azotu: n = 0,02

• udział masowy w paliwie wilgoci: w = 0,07

• skład gazów pożarowych ( w % obj.):

• CO₂ = 6,8 [ % ],

• CO = 0,6 [ % ]

• O₂ = 7,53 [ % ]

• CH₄ = 0,0 [ % ]

• N₂ = 78,04 [ % ]

• C_mH_n = 0,05 [ % ]

• dane charakteryzujące pożar i wyrobisko

• temperatura powietrza dopływającego do pożaru: t₀ = 24,5 [ °C ]

• sprawność spalania: η_sp = 0,70

• współczynnik będący stosunkiem ilości ciepła odbieranego w miejscu spalania materiału palnego do całkowitego ciepła wydzielonego w procesie spalania: σ = 0,09

• obwód przekroju poprzecznego wyrobiska: B =14 [ m ]

• współczynnik przejmowania ciepła: α = 5,87 [ W/(m²⋅K) ]

• współczynnik przewodzenia ciepła w masywie skalnym:

λ_s = 1,74 [ W/(m⋅K) ]

• współczynnik wyrównywania temperatury skał: a = 0,80⋅10^-6 [ m²/s ]

• czas liczony od powstania pożaru: τ = 2 [ h ]

• strumień masy gazów pożarowych:
  = 8 [ kg/s ]

• głęgokość ogniska pożaru mierzona od powierzchni kopalni: z = 100 m.

2. Obliczenie wartości opałowej paliwa - W_u

W_u = 36450c + 10500h - 13600o - 2500 (w +k)

W_u = 36450*0,5 + 10500*0,02 - 13600*0,09 - 2500(0,07+0,18)

W_u = 16986 kJ/kg

3.Obliczenie wskaźnika Tricketta:

TR = CO₂ + 0,75CO - 0,25H₂ / 0,265N₂ - O₂

_{TR = 6,8 + 075*0,6 - 0,25*6,98 / 0,265*78,04 - 7,53 = 0,41}

Ponieważ wskaźnik Tricketta mieści się w przedziale od 0,4 do 0,5 - wynika stąd iż palącym się materiałem nie jest węgiel a jest nim metan

Obliczenie wartości opałowej paliwa - W_u - dla metanu

3. Obliczenie teoretycznej masy powietrza potrzebnej do spalania 1kg materiału palnego - m_p

4. Obliczenie współczynnika nadmiaru powietrza dla spalania niezupełnego - λ

Metoda nr 1

V_ss - objętość suchych gazów pożarowych powstających ze spalenia 1 kg materiału palnego.

V_m - objętość kmola gazu doskonałego - V_m = 22,42 [ m³/kmol ]

[ N₂ ] - udział objętościowy azotu w gazach pożarowych

- masa cząsteczkowa azotu -

N₂, O₂ - udziały objętościowe azotu i tlenu w suchym powietrzu - N₂ = 78 [ % ],

O₂ = 21 [ % ]

M_C - masa węgla - M_C = 12 [ kg/kmol ]

metoda nr 2

λ = 21 / [21 - 79(O₂ - 0,5CO / N₂)]

λ = 21 / [21 - 79(7,53 - 0,5*0,6 / 78,04)]

λ = 1,53

5. Obliczenie temperatury spalania w ognisku pożaru - T_sp

T_o - temperatura powietrza doprowadzana do miejsca spalania

- właściwa pojemność cieplna gazów pożarowych przy stałym ciśnieniu

6. Obliczenie temperatury gazów pożarowych w odległości L = 500m.

- temperatura pierwotna górotworu

- stopień geotermiczny masywu skalnego

Obliczenie temperatury gazów pożarowych w odległości 0,5* L = 250m. W czasie 2h

Obliczenie temperatury gazów pożarowych w odległości L = 500m dla 0,5* τ = 1h

Obliczenie temperatury gazów pożarowych w odległości L = 250m dla 0,5* τ = 1h

7.Prędkość rozprzestrzeniania się gazów pożarowych

-Na skutek samozapalenia się węgla

1. z prądem powietrza

W_p = 1,2(w - 0,5)

b)pod prąd powietrza

W_p = 0,95w² - 1,7w + 0,16

8.Ocena niebezpieczeństwa wybuchu gazów pożarowych- na podstawie trzech wskaźników

a)wskaźnik Le Chateliera

L = CH₄/5 + CO/12,5 + H₂/4 + C_MH_N/2 + H₂S/4,3

L = 0,073

Ponieważ niebezpieczeństwo wybuchu występuje gdy wskaźnik Le Chateliera jest nie mniejszy od 0,6 zatem w moim przypadku wskaźnik ten pokazuje iż nie istnieje niebezpieczeństwo wybuchu

b)warunek O_2min -jeżeli O_2min będzie >=

O_2min = 12CH₄ + 6CO +5 (H₂ + C_MH_N) / CH₄ + CO + H₂ + C_MH_N

O_2min = 12*0 + 6*0,6 +5 (0 + 0,05) / 0 + 0,6 + 0 + 0,05

O_2min =

---