燃氣應(yīng)用第六章課件

第六章燃氣互換性

第一節(jié) 燃氣互換性和燃具適應(yīng)性具有多種氣源的城市，常常會遇到以下兩種情況。一種情況是隨著燃氣供應(yīng)規(guī)模的發(fā)展或有更合適的氣源出現(xiàn)，某一地區(qū)原來使用的燃氣要長時期由性質(zhì)不同的另一種燃氣所代替。另一種情況是在基本氣源產(chǎn)生緊急事故，或在高峰負荷時，由于基本氣源不足，需要在供氣系統(tǒng)中摻入性質(zhì)與原有燃氣不同的其他燃氣。當(dāng)燃氣成分發(fā)生變化而導(dǎo)致其熱值、密度和燃燒特性發(fā)生變化時，燃具燃燒器的熱負荷、一次空氣系數(shù)、燃燒穩(wěn)定性、火焰結(jié)構(gòu)、煙氣中一氧化碳含量等燃燒工況就會改變。由于民用燃具分散在千家萬戶，不可能將全部燃燒器逐個更換或重新調(diào)整。因此以一種燃氣代替另一種燃氣，必須考慮互換性問題。當(dāng)燃氣成分變化不大時，燃燒器燃燒工況雖有改變，但尚能滿足燃具的原有設(shè)計要求，那么這種變化是允許的。第一節(jié) 燃氣互換性和燃具適應(yīng)性設(shè)某一燃具以a燃氣為基準(zhǔn)進行設(shè)計和調(diào)整，由于某種原因要以s燃氣置換a燃氣，如果燃燒器此時不加任何調(diào)整而能保證燃具正常工作，則表示s燃氣可以置換a燃氣，或稱s燃氣對a燃氣而言具有“互換性”。a燃氣稱為“基準(zhǔn)氣”，s燃氣稱為“置換氣”。反之，如果燃具不能正常工作，則稱s燃氣對a燃氣而言沒有互換性。s燃氣能置換a燃氣，并不代表a燃氣一定能置換s燃氣。燃氣互換性是對燃氣生產(chǎn)單位提出的要求，它限制了燃氣性質(zhì)的任意改變。同時，燃具對于燃氣性質(zhì)變化在不加任何調(diào)整的前提下應(yīng)有一定的適應(yīng)能力。所謂“通用”燃具，通過更換或調(diào)節(jié)燃燒器的個別部件，使燃具適應(yīng)性質(zhì)相差很大的不同燃氣，不能解決本章所涉及的燃氣互換性和燃具適應(yīng)性問題。

第二節(jié)華白數(shù)華白數(shù)是代表燃氣特性的一個參數(shù)。兩種不同性質(zhì)的燃氣，只要它們的華白數(shù)相等，就能在同一燃具上獲得同一熱負荷，也稱熱負荷指數(shù)。Q=KW或Q=K1W1

一次空氣系數(shù)α′與√s成正比，與理論空氣需要量V0成反比，由于V0與H成正比，因此與H成反比。這樣，一次空氣系數(shù)α′就與華白數(shù)W成反比：當(dāng)兩種燃氣的燃燒特性差別較大時，單靠華白數(shù)不足以判斷兩種燃氣是否可以互換。除了華白數(shù)以外，還必須引入火焰特性這樣一個較為復(fù)雜的因素：所謂火焰特性，可定義為產(chǎn)生離焰、黃焰、回火和不完全燃燒的傾向性。

第三節(jié)火焰特性的影響引射式大氣燃燒器都具有部分預(yù)混火焰（本生火焰）的共同特點，因而具有本質(zhì)相同的火焰特性。

正常的部分預(yù)混火焰應(yīng)該具有穩(wěn)定的、燃燒完全的火焰結(jié)構(gòu)。在以燃燒器火孔熱強度為縱坐標(biāo)，以一次空氣系數(shù)為橫坐標(biāo)的坐標(biāo)系上作出離焰、回火、黃焰和燃燒產(chǎn)物中CO極限含量曲線。這四條曲線總稱為燃氣燃燒特性曲線。圖6—l燃燒特性曲線l—離焰極限；2—回火極限；3—黃焰極限；4—CO極限第三節(jié)火焰特性的影響不同的燃氣在同一只燃具上通過實驗所作出的燃燒特性曲線不同。可以看出這兩種燃氣對離焰、回火、黃焰和不完全燃燒的不同傾向性。同一種燃氣在不同的燃具上作出的特性曲線也是不同的，但是只要兩種燃具的基本型式相同，那么不同燃氣在這兩種燃具上所作出的特性曲線的相對位置仍能保持不變。表明這兩種燃氣如果在這種典型燃具上能夠互換，那么在其他類似燃具上也能夠互換。在燃氣溫度不變的情況下，某一燃具的運行工況取決于燃氣的燃燒特性、火孔熱強度和一次空氣系數(shù)。當(dāng)燃氣性質(zhì)改變時，燃氣燃燒特性和華白數(shù)同時改變。燃氣燃燒特性的改變引起特性曲線位置的改變，華白數(shù)的改變引起燃具運行點的改變。當(dāng)以一種燃氣置換另一種燃氣時，應(yīng)保證置換后燃具的新工作點落在置換后新的特性曲線范圍之內(nèi)。圖6-2互換時燃具工作狀態(tài)的變化圖1-3基準(zhǔn)氣運行點的極限調(diào)整位置第三節(jié)火焰特性的影響火焰?zhèn)鞑ニ俣仁菍?dǎo)致各種燃氣燃燒特性不同的重要因素。在燃氣中增加火焰?zhèn)鞑ニ俣容^快的成分(例如氫和乙炔)，將增加其回火傾向性。但是必須結(jié)合華白數(shù)同時考慮。所有的惰性氣體都能使火焰變硬，產(chǎn)生與氫和一氧化碳相同的效果。在考慮燃氣中某一成分的變化對火焰特性的影響時，必須綜合考慮火焰?zhèn)鞑ニ俣?，華白數(shù)等各種因素的影響。圖6-4在人造燃氣中摻入各種氣體時回火傾向性的變化第四節(jié)燃氣互換性的判定2.燃燒勢一個反映內(nèi)焰高度的指數(shù)，用來判定離焰、回火和CO互換性。假定火孔截面速度場分布是均勻的，則內(nèi)焰高度為：式中h——內(nèi)焰高度；

r——火孔半徑；

υ——火孔氣流平均速;Sn——燃氣-空氣混合物燃燒速度。由于比l大很多，因此上式可簡化為：第四節(jié)燃氣互換性的判定可見，如果某個指數(shù)要反映內(nèi)焰高度，它應(yīng)該是燃氣相對密度s和燃燒速度Sn的函數(shù)，而Sn則又應(yīng)是燃氣化學(xué)組分的函數(shù)。德爾布經(jīng)過大量試驗數(shù)據(jù)的整理，確定該函數(shù)的形式如下：式中Cp——燃燒勢；H2、CO、CH4、CmHn——燃氣中可燃成分(除甲烷外)的體積成分；

a、b、c、d——相應(yīng)的系數(shù)；

s——燃氣相對密度。在a、b、c、d四個系數(shù)中，有一個可以任選。德爾布選定a=1，然后在控制燃燒器上進行了一系列試驗，以確定其他系數(shù)。經(jīng)過多次修正，最后得出的燃燒勢計算公式如下：第四節(jié)燃氣互換性的判定上述各系數(shù)可以由相應(yīng)的圖表查得，我國國家標(biāo)準(zhǔn)采用如下簡化公式計算燃燒勢：式中k——各種CmHn的特定系數(shù)：

u——由于燃氣中含氧量及含氫量不同而引入的系數(shù)；

υ——由于燃氣中含氫量不同而引入的系數(shù)。式中K1——與燃氣O2含量有關(guān)的系數(shù)，

——燃氣中O2的體積分?jǐn)?shù)，%第四節(jié)燃氣互換性的判定用具有不同W’和Cp值的燃氣在典型燃具上進行試驗，就可以作出等離焰線，等回火線和等CO線。這三條曲線所限制的范圍就是具有不同W’和Cp值的燃氣在該燃具上的互換范圍。華白數(shù)的允許波動范圍一般為5％～10％。這樣，在W‘-Cp坐標(biāo)系上就可作出一條為華白數(shù)允許變化上限(Ws／Wa=1.1)，另一條為華白數(shù)允許變化下限(Ws／Wa=0.9)的直線。由五條曲線所限制的范圍abcde就是燃氣允許互換范圍，又稱德爾布互換圖。將城市燃氣管網(wǎng)中實際應(yīng)用的所有典型燃具的互換圖合并在同一坐標(biāo)系上，其內(nèi)部界限所組成的范圍就是滿足所有典型燃具要求的互換范圍。圖6—7德爾布互換圖l—等離焰線；2—等回火線；3—等CO線；Ws’—置換氣校正華白數(shù)；Wa’—基準(zhǔn)氣校正華自數(shù)德爾布互換域反映了某一類燃具能夠適應(yīng)的燃氣范圍，也就是說只要燃氣的華白數(shù)和燃燒勢在此范圍內(nèi)，此類燃具就能正常工作。目前工程上通常采用華白數(shù)與燃燒勢來判定置換氣的互換性。將城市燃氣按華白數(shù)和燃燒勢進行分類，形成一個標(biāo)準(zhǔn)系列，并對每一類燃氣提出一組試驗氣，每一組試驗氣由一個基準(zhǔn)氣和三個界限氣組成，其中：0-基準(zhǔn)氣、1-黃焰和不完全燃燒界限氣、2-回火界限氣、3-離焰界限氣。各類城市燃氣的試驗氣見附錄。城市燃氣套用這一標(biāo)準(zhǔn)，要求每一種燃氣必須是在某一系列所規(guī)定的華白數(shù)和燃燒勢范圍內(nèi)，或者說當(dāng)某燃氣的華白數(shù)和燃燒勢在此系列某一類別的范圍內(nèi)時，就將其劃歸此類別，并規(guī)定其華白數(shù)和燃燒勢的波動范圍不得超出此類別所規(guī)定的范圍。同時在燃具的生產(chǎn)中，使用對應(yīng)的該類燃氣的界限氣來檢驗燃具的適應(yīng)性。這樣就可以有效地解決燃氣的互換性和燃具的適應(yīng)性問題。類別華白數(shù)W（kJ／m3）燃燒勢Cp標(biāo)準(zhǔn)范圍標(biāo)準(zhǔn)范圍人工燃氣3R13.7112.63~14.6677.746.5~85.84R17.7817.38~19.03107.964.7~118.75R21.5719.81~23.1793.954.4~95.66R25.6923.85~27.95108.363.1~111.47R31.6028.57~33.12120.971.5~129.0天然氣3T12.2812.22~14.3522.021.0~50.64T17.1315.75~18.5424.924.0~57.36T23.3521.76~25.0118.517.3~42.710T41.5239.06~44.8433.031.0~33.01