Politechnika Wrocławska

Wydział Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii

Wentylacja i pożary III

Projekt nr 2

Temat : Bilans ciepła w ognisku pożaru

Temperatura, wybuchowość gazów pożarowych oraz prędkość ich rozchodzenia

Wykonała:

Justyna Serwik

Nr albumu: 126619

Specjalność: GI

Sprawdzający:

Dr B. Madeja-Strumińska

Dane wejściowe do projektu:

Wyznaczyć temperaturę gazów pożarowych w ognisku pożaru oraz w odległości L = 300 m dla następujących danych:

Rodzaj paliwa : Węgiel brunatny

Skład paliwa (udział masowy w paliwie):

• c = 0,50

• h = 0,02

• s = 0

• o = 0,09

• n = 0,02

• w = 0,07

Skład gazów pożarowych (w % obj.):

• CO₂ = 3,04

• CO = 1,6

• O₂ = 13,53

• CH₄ = 0,0

• N₂ = 81,83

Dane charakteryzujące pożar i wyrobisko :

• t₀ = 24,5 [°C]

• η= 0,70

• σ = 0,09

• B =14 [m]

• α = 5,87 [W/(m²⋅K)]

• λ_s = 1,74 [W/(m⋅K)]

• a = 0,8 ⋅10^-6 [m²/s]

• τ = 2 [h]

• m_p= 8 [kg/s]

• z = 50 [m]

1. Określenie rodzaju palącego się materiału w ognisku pożaru za pomocą wskaźnika Tricketta:

Wskaźnik Tricketta wskazuje na to, ze pali się węgiel brunatny.

2. Wyznaczenie wartości opałowej paliwa ( węgla brunatnego ) :

[kJ/kg]

[kJ/kg]

3. Wyznaczenie teoretycznej masy powietrza potrzebnej do spalenia jednego kg materiału palnego:

4. Wyznaczenie współczynnika nadmiaru powietrza:

1. ze wzoru pierwszego :

[m³/kg]

gdzie :

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

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

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

- masa cząsteczkowa azotu, [kg/kmol] = 28 kg/kmol

2. ze wzoru drugiego (uproszczonego) :

1. Wyznaczenie temperatury spalania w ognisku pożaru:

Temperatura (bezwzględna) powietrza doprowadzona do miejsca spalania :

gdzie:

t_o- temperatura, [°C] = 24,5 °C

Temperatura spalania w ognisku pożaru :

[K]

[K]

gdzie:

W_u- wartość opałowa paliwa, [kJ/kg]

η - sprawność spalania,

c_p - właściwa pojemność cieplna, [J/(kg*K)]

m_p- teoretyczne zapotrzebowania powietrza do spalania 1kg materiału palnego,

λ- współczynnik nadmiaru powietrza,

T_o - temperatura ( bezwzględna ) powietrza doprowadzona do miejsca spalania, [K]

σ - współczynnik będący stosunkiem ilości ciepła odbieranego w miejscu spalania materiału palnego do całkowitego ciepła wydzielonego w procesie spalania,

2. Wyznaczenie temperatury gazów pożarowych:

Temperaturę pierwotną górotworu wyznaczono z zależności:

[°C]

[°C ] → 310,54 [K]

gdzie:

H- głębokość zalegania, [m]

Γ- średni stopień geotermiczny dla Górnego Śląska, [m/°C ]

Temperatura gazów pożarowych odpowiednio:

1. dla L = 300 [m], τ = 2 [h] = 7200 [s]

[K]

2. dla L = 300 [m], τ = 1 [h] = 3600 [s]

3. dla L = 150 [m], τ = 2 [h] = 7200 [s]

4. dla L = 150 [m], τ = 1 [h] = 3600 [s]

gdzie:

- temperatura pierwotna górotworu, [K]

τ - czas od momentu powstania pożaru, [s]

B - obwód wyrobiska, [m]

α - współczynnik przejmowania ciepła, [W/m²*K]

a - współczynnik wyrównywania temperatury, [m²/s]

λ_s - współczynnik przewodnictwa cieplnego skał, [W/m*K]

L - odległość od miejsca pożaru, [m]

m_p - strumień masy powietrza, [kg/s]

c_p - właściwa pojemność cieplna, [J/(kg*K)

T_sp - temperatura w ognisku pożaru (spalania), [K]

3. Wyznaczenie prędkości rozprzestrzeniana się gazów pożarowych :

Wyznaczenie prędkości powietrza :

[m³/s]

[m³/s]

[m³/s]

[m²]

[m/s]

gdzie :

- strumień objętości powietrza, [m³/s]

- strumień masy powietrza, [kg/s]

B - obwód wyrobiska, [m]

A - pole przekroju poprzecznego wyrobiska, [m²]

w - prędkość powietrza, [m/s]

ρ - gęstość powietrza, [kg/m³]

Na skutek samozapalenia się węgla

1. z prądem powietrza :

w_p = 1,2∙(w - 0,5) [m/h]

w_p = 1,2∙(0,59 - 0,5) = 0,10 [m/h]

2. pod prąd powietrza :

w_p = 0,95∙w² - 1,7∙w + 0,16 [m/h]

w_p = 0,95∙0,59 ² - 1,7∙0,59 + 0,16 = - 0,51 [m/h]

1. Ocena niebezpieczeństwa wybuchu gazów pożarowych

1. za pomocą wskaźnika Le Chateliera

Ponieważ L = 0,128 nie istnieje niebezpieczeństwo wybuchu gazów pożarowych.

2. z warunku na O_2min :

Ponieważ O₂ = 13,53 warunek O₂ >= O_2min jest spełniony - może dojść do wybuchu.

3. z warunku na temperaturę zapłonu gazów pożarowych :

T_g > T_z

T_g - temperatura gazów pożarowych, [°C]

T_z - temperatura zapłonu węgla [°C] = 300-400 °C = 573-673 K

Warunek jest spełniony.

1. Wnioski

Temperatura gazów pożarowych zależy przede wszystkim od odległości od miejsca pożaru. Wraz ze zmniejszaniem tej odległości zauważamy znaczny wzrost temperatury gazów pożarowych. Zależy ona również od czasu jaki upłynął od chwili powstania pożaru.

Ocenę niebezpieczeństwa wybuchu gazów pożarowych przeprowadzono na podstawie trzech wskaźników. Ponieważ dwa z nich zostały spełnione istnieje duże niebezpieczeństwo wystąpienia wybuchu.

---