Politechnika Wrocławska Wrocław

Wydział Geoinżynierii

Górnictwa i Geologii

Projekt nr 2

Temat : Bilans cieplny w ognisku pożaru.

Temperatura i prędkość rozprzestrzeniania się gazów pożarowych.

Ocena wybuchowości gazów pożarowych.

Wykonał :

DANE 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 = 8,8

• CO = 3,6

• O₂ = 8,53

• CH₄ = 0,36

• N₂ = 78,57

• C_mH_n = 0,14

• Dane charakteryzujące pożar i wyrobisko :

• t₀ = 24,5 [°C]

• η_sp = 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]

• 
  = 8 [kg/s]

• z = 90 [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 = 22,42 - objętość gazu doskonałego, [m³/kmol]

M_C = 12 - masa węgla, [kg/kmol]

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

2. ze wzoru drugiego (uproszczonego) :

1. Wyznaczenie temperatury spalania w ognisku pożaru :

Temperatura ( bezwzględna ) powietrza doprowadzona do miejsca spalania :

gdzie:

t_o = 24,5 - temperatura , [ْC] ???

Temperatura spalania w ognisku pożaru :

[K]

[K]

gdzie:

W_u = 18556 - wartość opałowa paliwa, [kJ/kg]

η_sp - sprawność spalania,

c_p = 1100 - właściwa pojemność cieplna, [J/(kg*K)]

m_p = 6,085 - teoretyczne zapotrzebowania powietrza do spalania 1kg materiału palnego,

λ = 1,475 - współczynnik nadmiaru powietrza,

T_o = 297,65 - temperatura ( bezwzględna ) powietrza doprowadzona do miejsca spalania, [K]

σ = 0,09 - 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 wyznaczyłem z zależności :

[ْC]

[ْC] => 282,97 [K]

gdzie:

H = 90 - głębokość zalegania, [m]

Γ = 33 - 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 = 14 - obwód wyrobiska, [m]

α = 5,87 - współczynnik przejmowania ciepła, [W/m²*K]

a = 0,8*10^-6 - współczynnik wyrównywania temperatury, [m²/s]

λ_s = 1,74 - współczynnik przewodnictwa cieplnego skał, [W/m*K]

L - odległość od miejsca pożaru, [m]

= 8 - strumień masy powietrza, [kg/s]

c_p = 1100 - właściwa pojemność cieplna, [J/(kg*K)

T_sp = 1260,5 - 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 = 14 - obwód wyrobiska, [m]

A = 11,32 - pole przekroju poprzecznego wyrobiska, [m²]

w = 0,59 - prędkość powietrza, [m/s]

ρ = 1,2 - 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 = 0,43 istnieje niebezpieczeństwo wybuchu gazów pożarowych.

2. z warunku na O _{2 min} :

Ponieważ O₂ = 8,53, nie jest spełniony warunek O₂ >= O_{2 min} , a zatem może dojść do wybuchu.

3. z warunku na temperaturę zapłonu gazów pożarowych :

T_g > t_z

T_g = 114,45 - temperatura gazów pożarowych, [°C]

t_z = 600 - temperatura zapłonu gazów, [°C]

Warunek nie 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 przeprowadziłem na podstawie trzech wskaźników. Ponieważ dwa z nich zostały spełnione istnieje duże niebezpieczeństwo wystąpienia wybuchu.

---