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炉灶相关的基本参数和概念
  发布时间:2013/10/08 10:30  来源:农村可再生能源及生态环境动态2013年第9期  阅读次数:88  【字体:   
 作者:郝芳洲 

  1. 热量单位

  在炉(灶)的计算中,常涉及生物质燃料放出的热量或锅内被加热所吸收的热量,以往采用千卡(kcal)作为热量单位。即在标准的大气压力下,将1公斤纯水从19.5℃提高到20.5℃时所需的热量称作kcal。现在国家法定单位采用千焦/耳(kJ)作为热量单位,换算关系式为:1千卡=4.1816千焦。

  2. 气体状态的主要参数

  表示气体状态的主要参数有三个:压力、温度和比容。这三个参数彼此有一定关系。

  (1)压力

  在炉灶中,空气或烟气的流动全靠有压力差的存在才能产生。压力是单位面积上的作用力,它不是某一面积上的作用总力,所以它是物质受力强度的衡量指标。在工程计算中常采用每平方厘米上作用1公斤力作用单位,即公斤力/平方厘米(kgf/cm2)。它又称为1工程大气压,简称为1大气压。

  压力也可以用液柱高度来表示,常用的液体是水和水银。它们互相间的关系是:

  1标准大气压=760毫米水银柱高=10332毫米水柱高

  1工程大气压=1公斤/平方厘米=735.6毫米水银柱高=10米水柱高

  国际单位中,力的单位是牛顿(N),1kgf=9.8N;我们目前法定的压力计量单位为帕斯卡,简称帕(Pa),每平方米面积上作用1牛顿的力为1帕。

  A.大气压力

  在自然界中空气是有质量的,所以空气中的所有物体在任何方向上都要受到空气的压力,这个压力叫大气压力。

  B.表压力、绝对压力、负压力

  表压力是指压力表指示出来的压力值。绝对压力是指锅炉和炉具承受的实际压力,等于表压力加上当地大气压,即绝对压力=表压力+大气压。一般近似取值为0.1MPa(相当于1kgf/cm2)。负压力是指低于大气压力,也称之为真空度。

  (2)温度

  温度表示物质的冷热程度,但并不表征物质含有能量的多少。国际单位制推行的温度单位采用热力学温度开尔文,简称开(K)。而我国表示温度的单位习惯上都用摄氏度(℃)。摄氏度和开尔文,每1度大小是一样的,但数值上相差273度,即K=℃+273°,因此,温度间隔或温度差既可用开尔文表示,又可用摄氏度表示。以-273℃为零点的温度称为绝对温度。

  (3)比容与密度

  A.比容

  单位质量的体积(或容积)称为比容,比容用符号v表示,单位为米3/公斤(m3/kg)。这在气体中是很重要的衡量物性的参数,因为当气体受热后,也就是比容增大,密度减小,其相对质量也就减少了。烟囱所以会产生抽力,就是依靠气体受热后较轻,而产生上升运动获得的。

  B.密度

  某种物质单位体积的质量叫做这种物质的密度,符号ρ。国际单位为千克/米3(kg/m3),常用单位还有克/厘米3(g/cm3)。其数学表达式为ρ=m/V。在国际单位制中,质量的主单位是千克,体积的主单位是立方米,于是取1立方米物质的质量作为物质的密度。对于非均匀物质则称为“平均密度”。

  3. 比热

  比热是物质的物性参数。单位质量的物质,使其温度升高(或降低)1℃时所需的热量(或放出的热量)称为该物质的比热,其符号用C表示,单位为千焦/公斤·摄氏度(kJ/kg·℃)。水的比热为4.1816 kJ/kg·℃,即1kcal/kg·℃。也就是说,在一定的压力下,1公斤水温度升高(或降低)1℃所需的热量(或放出的热量)为4.1816千焦。所以比热又称为热容量。

  不同的物质比热也不同,表1为常用材料的比热。

  4. 显热与潜热

  显热指物质发生温度变化时所吸收或放出的热量。一般是指定压条件下的显热;也就是说,物质在加热(或吸热)的过程中相态不改变,原来是液体状态的还保持液体状态,是固体状态的还保持固体状态。随着加入(或吸收)热量的多少,其温度也作相应的变化。

  潜热指物质发生相变时,所吸收或放出的热量。相变一般在定压下发生,汽化热(凝结热)、融化热(凝固热)、升华热(凝聚热)等均属潜热,相变过程中温度不发生变化。也就是说,热能没有显示在温度的表示上,而是潜藏在物质内部。例如,在一个大气压条件下,把1kg、0℃的水烧开需热量100kcal(418kJ),而把1kg水全部气化则需热量540kcal(2256.7kJ),且在吸热过程中温度不变。汽化潜热的符号为r,单位为kJ/kg。

  表2列出了在不同沸点下的汽化潜热。

  5. 过量空气系数

  (1)理论空气量

  气体燃烧时所需要的氧气一般从空气中直接获得。1标准立方米(1Nm3)的气体完全燃烧所需要的最少空气量称为气体的理论空气量,以V0表示。

  (2)实际供给的空气量

  实际上燃料在炉(灶)内燃烧时,由于混合不均或不佳等原因,为了获得良好的燃烧,一般都是大于理论上供给空气量,以V表示。

  (3)过量空气系数

  实际供给的空气量(V)与理论空气量(V0)之比,也叫过剩空气系数,用α表示。

  显然,由于实际供给的空气量大于理论空气量(V>V0),所以α总是大于1. α的大小决定于燃烧过程,一般民用燃烧设备α值在1.2~1.4。在保证燃烧完全的情况下,尽量使α趋近于1。如果α过大,会降低燃烧温度,增加排烟热损失,使热效率降低。

  这里需要强调的是,不能采用加大α的方法来提高燃料的燃烬程度。因为虽然燃料的燃烬程度提高了,但多余的空气是在较高温度下随着烟气排出的,故排烟热损失会大大增加。所以,炉灶并不是加大通风就能节省燃料,应该改善混合条件,如增加二次风就是这个道理。α值在较小的情况下获得完全燃烧才会节省燃料。

  如何判断空气的供给量是否合适?在农家炉灶上测定空气供给量的多少是办不到的。因此,应采用烟气分析仪来测定烟气中CO和O2的含量,就可判断空气供给是否合适。若空气供给不够或不良,则CO含量会增加,O2的含量会较少;当空气供给过多时,O2的含量将会大量增加。需要注意的是,供给过多的空气或敞开炉(灶)门烧,渗入空气量过多,不但降低炉膛温度而且增加排烟热损失。(未完待续)(郝芳洲)

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