第三章氣體燃料

1、燃料與燃燒學(xué)氣體燃料主要內(nèi)容單一氣體的主要性質(zhì)煤氣成分的表示方法及發(fā)熱量計(jì)算高爐煤氣焦?fàn)t煤氣發(fā)生爐煤氣天然氣轉(zhuǎn)爐氣分類冶金爐及工業(yè)爐窯所用的氣體燃料：l高爐煤氣 (B Gas)l焦?fàn)t煤氣 (COG-coke-oven gas)l轉(zhuǎn)爐煤氣l發(fā)生爐煤氣l天然氣氣體燃料優(yōu)點(diǎn)氣體燃料優(yōu)點(diǎn)燃燒簡便，容易完全燃燒；燃燒簡便，容易完全燃燒；調(diào)節(jié)控制方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；調(diào)節(jié)控制方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；燃燒后無固體灰渣，清潔方便；燃燒后無固體灰渣，清潔方便；對(duì)設(shè)備磨損小，可以長距離管道輸送；對(duì)設(shè)備磨損小，可以長距離管道輸送；容易凈化，以減少環(huán)境污染；容易凈化，以減少環(huán)境污染；可以高溫預(yù)熱，提高燃燒溫度，節(jié)約

2、燃料；可以高溫預(yù)熱，提高燃燒溫度，節(jié)約燃料；只要避開爆炸范圍，可任意調(diào)節(jié)熱負(fù)荷，控制爐只要避開爆炸范圍，可任意調(diào)節(jié)熱負(fù)荷，控制爐內(nèi)氣氛和壓力。內(nèi)氣氛和壓力。氣體燃料的可燃成分混合成分中可燃?xì)怏w成分lCO，H2，CH4，其他氣態(tài)碳?xì)浠衔铮琀2S不可燃?xì)怏w成分lCO2，N2，少量O2，水蒸氣，焦油蒸氣，粉塵等固體顆粒單一氣體的物理化學(xué)性質(zhì)甲烷（CH4）乙烷（C2H6）氫氣（H2）一氧化碳（CO）乙烯（C2H4）硫化氫(H2S)二氧化碳（CO2）氧氣（O2）爆炸濃度極限爆炸濃度極限 是燃?xì)獾闹匾再|(zhì)之一，因?yàn)楫?dāng)燃?xì)夂涂諝猓ɑ蜓鯕猓┗旌蠒r(shí)，如果這兩種氣體達(dá)到一定比例時(shí)，就會(huì)形成具有爆炸危險(xiǎn)的混合氣體

3、。該氣體與火焰接觸時(shí)，即形成爆炸。但是并非任何比例的燃?xì)饪諝饣旌蠚怏w都會(huì)發(fā)生爆炸，只有在燃?xì)饪諝饣旌蠚怏w中可燃?xì)怏w的濃度在一定范圍時(shí)，氣體才能發(fā)生爆炸，此范圍是從爆炸下限的某一最小值到爆炸上限的某一最大值。混合氣體的爆炸極限取決于組成氣體的爆炸極限及其摩爾分率。 l可燃?xì)怏w，蒸氣或粉塵在空氣中的濃度低于爆炸下限時(shí)，遇明火既不會(huì)爆炸，也不會(huì)燃燒。l若高于爆炸上限時(shí)，遇明火雖然不會(huì)爆炸，但是可以燃燒。l有時(shí)經(jīng)過燃燒一段時(shí)間后，因吸入空氣，使可燃?xì)怏w或蒸氣在空氣中的濃度下降，達(dá)到爆炸極限于是發(fā)生爆炸。 普通燃燒特性普通燃燒特性爆燃低限點(diǎn)爆燃高限點(diǎn)2200(1204)% 濃度環(huán)境溫度點(diǎn)火引燃無傳播緩慢

4、反應(yīng)w/o點(diǎn)火源自引燃溫度未點(diǎn)火爆燃在任意濃度瞬時(shí)點(diǎn)燃容量溫度 F(C)甲烷（CH4）無色氣體，微有蔥臭分子量取16與空氣混合可引起強(qiáng)烈爆炸，爆炸濃度范圍2.515%著火溫度530750臨界溫度：-82.5 在空氣中濃度較高時(shí)才有毒性低發(fā)熱量：35740kJ/m3乙烷（C2H6）無色無臭氣體分子量取30爆炸濃度范圍2.515%著火溫度510630 臨界溫度：-34.5 低發(fā)熱量：63670kJ/m3氫氣（H2）無色無臭氣體空氣中爆炸濃度范圍480%著火溫度510590臨界溫度：-239.9 低發(fā)熱量：10790kJ/m3（書上有錯(cuò)）1990年，齊魯石化公司勝利煉油廠第八屆職工運(yùn)動(dòng)會(huì)開幕前，由2

5、00名小學(xué)生組成的氫氣球方隊(duì)在體育場(chǎng)入口處發(fā)生氣球爆燃事故，130人被不同程度地?zé)齻?一氧化碳（CO）無色無臭氣體分子量28空氣中爆炸濃度范圍12.580%臨界溫度：-197低發(fā)熱量：12630kJ/m3著火溫度610658 火焰為藍(lán)色CO有劇毒乙烯（C2H4）具有窒息性乙醚氣味的無色氣體，麻醉作用易爆炸，爆炸濃度范圍2.7535%著火溫度540547臨界溫度：+9.5 低發(fā)熱量：58770kJ/m3空氣中濃度達(dá)到0.1%對(duì)人體有害硫化氫(H2S)無色氣體，臭雞蛋氣味易爆炸氣體，爆炸濃度范圍4.345.5%著火溫度：364 低發(fā)熱量：23074kJ/m3易溶于水極有毒氣體，室內(nèi)大氣中最大允許濃

6、度為0.01g/m3腐蝕性氣體NH3 在水中呈堿性H2S 在水中呈酸性CO2 在水中呈酸性HCN 在水中呈酸性O(shè)2 在水中具有氧化性腐蝕毒性氣體H2SHCNSO2CONH3C6H62、工廠儲(chǔ)存有、工廠儲(chǔ)存有Wy=12.4，QDWy=20000kJ/kg煤煤100t，存放時(shí)間長，含水量降低為，存放時(shí)間長，含水量降低為Wy=7.0，試問煤的質(zhì)量變?yōu)槎嗌?，試問煤的質(zhì)量變?yōu)槎嗌伲?QDWy變?yōu)槎嗌?？變?yōu)槎嗌伲拷猓好旱馁|(zhì)量變?yōu)椋航猓好旱馁|(zhì)量變?yōu)椋篏=100(1-12.4%)/(1-7%)=94.2 (t)煤中的水分從煤中的水分從12.4t減少到減少到6.6t，減少了，減少了5.8t煤全部燃燒后釋放熱量為

7、煤全部燃燒后釋放熱量為10000020000+ 25125800 =2014569600kJ故：故：QDWy=2014569600/94200=21386kJ/kg煤氣成分的表示方法煤氣成分的表示方法l氣體燃料的濕成分氣體燃料的濕成分CO濕濕+H2濕濕+CH4濕濕+CO2濕濕+N2濕濕+O2濕濕+H2O濕濕=100 其中：其中：CO濕濕、 H2濕濕-100m3燃料中該成分的含量燃料中該成分的含量l氣體燃料的干成分氣體燃料的干成分CO干干+H2干干+CH4干干+CO2干干+N2干干+O2干干=100 其中：其中： CO干干、 H2干干-100m3干燃料中該成分的含量干燃料中該成分的含量l氣體燃料

8、中所含的水分在常溫下等于該溫度下氣體燃料中所含的水分在常溫下等于該溫度下的飽和水蒸氣量的飽和水蒸氣量換算公式換算公式氣體燃料干濕成分換算關(guān)系氣體燃料干濕成分換算關(guān)系H2O濕濕-100m3濕氣體中所含水蒸氣的體積濕氣體中所含水蒸氣的體積水蒸氣濕成分關(guān)系式水蒸氣濕成分關(guān)系式100OH100%X%X2濕干濕干干濕H2OH2O2g00124. 01g00124. 0100OH1g水蒸氣的體積是：水蒸氣的體積是：1m3干氣體所吸收的水蒸汽的重量可由附錄干氣體所吸收的水蒸汽的重量可由附錄5查得，即為：查得，即為：l所以得到所以得到1m3干氣體中所吸收水蒸汽的體積干氣體中所吸收水蒸汽的體積l1m3濕氣體中所

9、含水蒸汽的體積濕氣體中所含水蒸汽的體積gm /00124. 018104 .22333/2mggOH干33/00124. 02mmgOH干干干濕H2OH2O2g00124. 01g00124. 0OH發(fā)熱量計(jì)算發(fā)熱量計(jì)算氣體燃料氣體燃料 KJ/m3 QG=126.2CO+127.5H2+397.1CH4+ 693.9C2H6+627C2H4+255H2S+20.1H2O QD=126.2CO+107.8H2+357.4CH4+ 635.4C2H6+589.4C2H4+234.1H2S混合氣體的發(fā)熱量混合氣體的發(fā)熱量 Q混混=X1Q1+X2Q2 X1+X2=1具體氣體燃料學(xué)習(xí)要點(diǎn)具體氣體燃料學(xué)習(xí)

10、要點(diǎn)來源來源作用作用成分成分發(fā)熱量發(fā)熱量氣體燃料來源氣體燃料來源轉(zhuǎn)爐煤氣轉(zhuǎn)爐煤氣轉(zhuǎn)爐煉鋼過程的副產(chǎn)品，每噸鋼約產(chǎn)氣轉(zhuǎn)爐煉鋼過程的副產(chǎn)品，每噸鋼約產(chǎn)氣90m3高爐煤氣高爐煤氣高爐煉鐵過程得到的副產(chǎn)品，高爐的燃高爐煉鐵過程得到的副產(chǎn)品，高爐的燃料的熱量約有料的熱量約有60%轉(zhuǎn)移到高爐煤氣中轉(zhuǎn)移到高爐煤氣中焦?fàn)t煤氣焦?fàn)t煤氣煉焦生產(chǎn)的副產(chǎn)品，也稱為荒焦?fàn)t煤氣煉焦生產(chǎn)的副產(chǎn)品，也稱為荒焦?fàn)t煤氣發(fā)生爐煤氣發(fā)生爐煤氣將固體燃料在煤氣發(fā)生爐中進(jìn)行氣化而將固體燃料在煤氣發(fā)生爐中進(jìn)行氣化而得到的人造氣體燃料得到的人造氣體燃料天然氣天然氣 優(yōu)質(zhì)氣體燃料，產(chǎn)地在石油產(chǎn)區(qū)或?yàn)閱蝺?yōu)質(zhì)氣體燃料，產(chǎn)地在石油產(chǎn)區(qū)或?yàn)閱渭兊奶烊?/p>

11、氣田純的天然氣田氣體燃料的成分氣體燃料的成分轉(zhuǎn)爐煤氣轉(zhuǎn)爐煤氣主要可燃成分為主要可燃成分為CO，含量在，含量在45%-65%高爐煤氣高爐煤氣主要可燃成分為主要可燃成分為CO，25%-31%，還含有大量的，還含有大量的N2和和CO2，占占63%-70%焦?fàn)t煤氣焦?fàn)t煤氣可燃成分為可燃成分為H2，46%-61%；CH4，21%-30%，CO，5%-8%發(fā)生爐煤氣發(fā)生爐煤氣空氣發(fā)生爐煤氣：氣化劑：空氣?？諝獍l(fā)生爐煤氣：氣化劑：空氣。CO，20%-30%H2，15%，N2，50%-60%水煤氣：氣化劑：水蒸氣。水煤氣：氣化劑：水蒸氣。 CO,40%-45%H2,45%-53%混合發(fā)生爐煤氣：氣化劑：空氣水

12、蒸氣?；旌习l(fā)生爐煤氣：氣化劑：空氣水蒸氣。CO和和H2含量變化含量變化較大較大天然氣天然氣甲烷以及乙烷等飽和碳?xì)浠衔锛淄橐约耙彝榈蕊柡吞細(xì)浠衔餁怏w燃料的發(fā)熱量氣體燃料的發(fā)熱量轉(zhuǎn)爐煤氣轉(zhuǎn)爐煤氣不高，為不高，為6270-7530KJ/m3高爐煤氣高爐煤氣不高，不高，37624180KJ/m3理論燃燒溫度：理論燃燒溫度：14001500焦?fàn)t煤氣焦?fàn)t煤氣很高，很高，1589017140KJ/m3多與高爐煤氣或發(fā)生爐煤氣混合使用多與高爐煤氣或發(fā)生爐煤氣混合使用發(fā)生爐煤氣發(fā)生爐煤氣空氣發(fā)生爐煤氣：空氣發(fā)生爐煤氣：3780-4620KJ/m3水煤氣：水煤氣：10080-11340KJ/m3，高熱值煤氣高

13、熱值煤氣混合發(fā)生爐煤氣：混合發(fā)生爐煤氣：5040-6720KJ/m3天然氣天然氣 熱值最高，熱值最高，3344041800KJ/m3氣體燃料的作用氣體燃料的作用轉(zhuǎn)爐煤氣轉(zhuǎn)爐煤氣l轉(zhuǎn)爐煙氣的處理方式有燃燒法與未燃法兩種轉(zhuǎn)爐煙氣的處理方式有燃燒法與未燃法兩種 燃燒法燃燒法即爐氣沖出爐口進(jìn)入煙罩后，令其與足即爐氣沖出爐口進(jìn)入煙罩后，令其與足夠的空氣混合，使煙氣中可燃成分完全燃燒，形夠的空氣混合，使煙氣中可燃成分完全燃燒，形成大量的高溫廢氣，再經(jīng)冷卻、凈化，通過風(fēng)機(jī)成大量的高溫廢氣，再經(jīng)冷卻、凈化，通過風(fēng)機(jī)抽引排放于大氣之中。抽引排放于大氣之中。 廢氣廢氣 廢熱鍋爐廢熱鍋爐未燃法未燃法是爐氣沖出爐口進(jìn)

14、入煙罩，通過控制使煙是爐氣沖出爐口進(jìn)入煙罩，通過控制使煙氣中可燃成分盡量不燃燒，再經(jīng)冷卻、凈化后，氣中可燃成分盡量不燃燒，再經(jīng)冷卻、凈化后，由風(fēng)機(jī)抽引送入回收系統(tǒng)貯存加以利用。由風(fēng)機(jī)抽引送入回收系統(tǒng)貯存加以利用。轉(zhuǎn)爐煤氣轉(zhuǎn)爐煤氣 煙氣的成分煙氣的成分處理方式處理方式成分成分/%煙氣溫?zé)煔鉁囟榷?COCO2N2O2H2CH4未燃法未燃法(煤氣煤氣)60-8014-195-100.4-0.61500-1600燃燒法燃燒法(廢氣廢氣)0-0.37-1474-8011-200-0.40-0.21800-2400氣體燃料的作用氣體燃料的作用轉(zhuǎn)爐煤氣凈化方式轉(zhuǎn)爐煤氣凈化方式l煙塵的凈化方式也有兩種，即濕式

15、凈化與干式煙塵的凈化方式也有兩種，即濕式凈化與干式凈化凈化濕式凈化系統(tǒng)是通過水沖洗煙氣中的塵埃，沖洗濕式凈化系統(tǒng)是通過水沖洗煙氣中的塵埃，沖洗后的煙氣得到凈化，煙塵形成了泥漿，除去水分后的煙氣得到凈化，煙塵形成了泥漿，除去水分加以利用。加以利用。干式凈化系統(tǒng)可通過塵埃的重力沉降、離心、過干式凈化系統(tǒng)可通過塵埃的重力沉降、離心、過濾和靜電等原理使氣與塵分離，凈化后的塵埃是濾和靜電等原理使氣與塵分離，凈化后的塵埃是干粉顆粒，也可回收利用。干粉顆粒，也可回收利用。 目前絕大多數(shù)頂吹轉(zhuǎn)爐的煙氣是采用未燃法、目前絕大多數(shù)頂吹轉(zhuǎn)爐的煙氣是采用未燃法、濕式凈化回收系統(tǒng)，稱濕式凈化回收系統(tǒng)，稱OG系統(tǒng)；有的也

16、采用系統(tǒng)；有的也采用未燃、干式凈化回收系統(tǒng)，又稱未燃、干式凈化回收系統(tǒng)，又稱LT系統(tǒng)。系統(tǒng)。轉(zhuǎn)爐氣的利用轉(zhuǎn)爐氣的利用化學(xué)能利用化學(xué)能利用l例如：在一定條件下得到甲酸鈉，是一種染化例如：在一定條件下得到甲酸鈉，是一種染化原料，而且也生產(chǎn)草酸和甲酸的基本原料原料，而且也生產(chǎn)草酸和甲酸的基本原料余熱利用余熱利用l轉(zhuǎn)爐煙氣溫度高達(dá)轉(zhuǎn)爐煙氣溫度高達(dá)1600，可以采用氣化冷，可以采用氣化冷卻煙道回收卻煙道回收煙塵利用煙塵利用l煙塵中有近煙塵中有近60%的鐵經(jīng)過回收烘干后可作為的鐵經(jīng)過回收烘干后可作為精礦粉使用精礦粉使用氣體燃料的作用氣體燃料的作用焦?fàn)t煤氣焦?fàn)t煤氣l利用焦?fàn)t煤氣發(fā)電利用焦?fàn)t煤氣發(fā)電可節(jié)約煤發(fā)

17、電時(shí)，長時(shí)間的運(yùn)輸費(fèi)用可節(jié)約煤發(fā)電時(shí)，長時(shí)間的運(yùn)輸費(fèi)用熱值比較高，便于溫度控制熱值比較高，便于溫度控制燃?xì)庖淄耆紵?，廢氣量少，相比煤炭沒有固體廢渣，燃?xì)庖淄耆紵?，廢氣量少，相比煤炭沒有固體廢渣，大氣污染小大氣污染小用焦?fàn)t煤氣制取甲醇用焦?fàn)t煤氣制取甲醇l甲醇是理想的民用燃料和燃料添加劑，是新一代能源甲醇是理想的民用燃料和燃料添加劑，是新一代能源化工重要的有機(jī)起始原料化工重要的有機(jī)起始原料可以獲得許多重要的化工產(chǎn)品，如焦油、苯、氨可以獲得許多重要的化工產(chǎn)品，如焦油、苯、氨氣體燃料的作用氣體燃料的作用天然氣天然氣l氣田氣：從地下氣層中引出，甲烷含量高達(dá)氣田氣：從地下氣層中引出，甲烷含量高達(dá)95%

18、-98%，液化較難，常壓下要冷凍到，液化較難，常壓下要冷凍到-162才能液化，可使用管道運(yùn)輸才能液化，可使用管道運(yùn)輸l油田氣：主要產(chǎn)于油田附近，甲烷含量為油田氣：主要產(chǎn)于油田附近，甲烷含量為75%-87%，油田氣一般通過加壓的方法使，油田氣一般通過加壓的方法使其液化。其液化。氣體燃料的作用氣體燃料的作用天然氣儲(chǔ)存的方式天然氣儲(chǔ)存的方式l加壓儲(chǔ)存加壓儲(chǔ)存 油田氣油田氣l冷凍儲(chǔ)存冷凍儲(chǔ)存 氣田氣氣田氣l地下儲(chǔ)存。地下儲(chǔ)存。 氣體燃料的作用氣體燃料的作用天然氣需求預(yù)測(cè)天然氣需求預(yù)測(cè)l1999年，我國天然氣消費(fèi)量為年，我國天然氣消費(fèi)量為220億億m3，2000年約年約250億億m3 。l預(yù)計(jì)預(yù)計(jì)2010年，年，800-1000億億m3 ，在能源，在能源需求總量中占需求總量中占6%左右。左右。l預(yù)計(jì)預(yù)計(jì)2020年，年，1800-2000億億m3 ，在能源，在能源需求總量中占需求總量中占10%左右。左右。天然氣消費(fèi)結(jié)構(gòu)天然氣消費(fèi)結(jié)構(gòu)0%50%100%其它82.7%84.3%