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文檔簡(jiǎn)介
城市燃?xì)飧攀?/p>
城市燃?xì)馐菑某鞘?、鄉(xiāng)鎮(zhèn)或居民點(diǎn)中的地區(qū)性氣源點(diǎn),通過輸配系統(tǒng)供給居民生活、商業(yè)、工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)、采暖通風(fēng)和空調(diào)等各類用戶公用性質(zhì)的,且符合國家規(guī)范燃?xì)赓|(zhì)量要求的可燃?xì)怏w。一般包括人工煤氣、天然氣、液化石油氣。燃?xì)馔ǔS稍S多單一氣體混合而成,其組分主要是可燃?xì)怏w,同時(shí)也含有一些不可燃?xì)怏w。可燃?xì)怏w主要有碳?xì)浠衔?、氫及一氧化碳等;不可燃?xì)怏w主要有氮?dú)狻⒍趸技把鯕獾?。此外,燃?xì)庵羞€含有少量的混雜氣體及其他雜質(zhì),例如水蒸氣、氨、硫化氫、萘、焦油和灰塵等。一、燃?xì)夥诸?/p>
實(shí)際工程中,我國燃?xì)庖话惆雌涑梢虿煌譃槿箢?,即常用的天然氣、人工煤氣、液化石油氣。另外隨著技術(shù)進(jìn)步,許多新型的城市燃?xì)庖膊粩嗟玫介_發(fā)和應(yīng)用。
1.天然氣
天然氣是指通過生物化學(xué)作用及地質(zhì)變質(zhì)作用,在不同地質(zhì)條件下生成、運(yùn)移,在一定壓力下儲(chǔ)集的可燃?xì)怏w。按形成條件不同,可分為氣田氣、石油伴生氣、凝析氣田氣、煤成氣、礦井氣等。是由低分子碳?xì)浠衔锝M成的混合氣體,主要成分是甲烷(CH4),安全性相對(duì)較高,按照來源可分為如下三種。
(1)氣田氣產(chǎn)自天然氣田中的天然氣稱氣田氣。在地層壓力作用下燃?xì)庥泻芨叩膲毫?,往往達(dá)到1~10MPa。甲烷含量約80%~98%,還含有乙烷、丙烷、丁烷等烴類物質(zhì)和二氧化碳、硫化氫、氮?dú)獾确菬N類物質(zhì),其低熱值約36MJ/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)。如我國四川的天然氣屬于這一類,CH4含量90%以上,熱值33~36MJ/m3。
(2)石油伴生氣石油伴生氣是石油開采過程中析出的氣體,在分開器中由于壓力降低而進(jìn)一步析出。它包括氣頂氣和溶解氣兩類。石油伴生氣的特征是乙烷和乙烷以上的烴類含量一般較高,所以熱值較高,其低熱值約48MJ/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)。華北油田、大慶油田生產(chǎn)的天然氣都是石油伴生氣,如大慶石油伴生氣,CH4含量80%,其他烷烴含量15%,熱值約42MJ/m3。
(3)煤層氣也稱為煤田氣,是成煤過程中所產(chǎn)生并聚集在合適地質(zhì)構(gòu)造中的可燃?xì)怏w,其主要組分為甲烷,同時(shí)含有少量二氧化碳等氣體,熱值約40MJ/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)。
(4)礦井氣礦井氣也稱為礦井瓦斯,是從煤礦礦井中抽出的可燃?xì)怏w。一般是當(dāng)煤采掘后形成自由空間時(shí),煤層伴生氣移動(dòng)到該空間,與空氣混合形成礦井氣。其組分中甲烷含量30%~55%、氮30%~55%、氧5%~10%、二氧化碳4%~7%。由于含氮量很高,所以熱值較低,其熱值約12~20MJ/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)。撫順、鶴壁等礦區(qū)城鎮(zhèn)將礦井氣作為城市燃?xì)馐褂靡讯嗄辍H鐡犴樏旱V礦井氣,CH4含量30%~55%,熱值12~19MJ/m3。
2.人工煤氣
以固體、液體或氣體(包括煤、重油、輕油、液體石油氣、天然氣等)為原料經(jīng)轉(zhuǎn)化制得的,且符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《人工煤氣》(GB13612)質(zhì)量要求的可燃?xì)怏w。按制氣原料和方法分,主要有干餾煤氣、氣化煤氣、油制氣和高爐煤氣等,人工煤氣又簡(jiǎn)稱為煤氣。
(1)干餾煤氣
以煤為原料,用焦?fàn)t或直立式炭化爐等進(jìn)行干餾所獲得的可燃?xì)怏w稱為干餾煤氣。其中高溫干餾煤氣是煤在1OOO℃左右隔絕空氣加熱產(chǎn)出的,在冶金行業(yè)作為生產(chǎn)焦炭時(shí)的副產(chǎn)煤氣,主要成分是甲烷和氫氣,用于工業(yè)爐窯或其他工廠低熱值煤氣混合使用,也可作城市煤氣的氣源。焦?fàn)t煤氣甲烷和氫含量高,氫含量接近60%,有相當(dāng)數(shù)量甲烷含量在20%以上,還含有少量一氧化碳,約占8%左右,其低熱值約16.7MJ/m3。
連續(xù)式直立炭化爐煤氣是干餾煤氣與部分水煤氣形成的混合氣體,其組成以氫為主,約占55%左右,一氧化碳和甲烷分別占17%~18%,其低熱值約為15MJ/m3。
(2)氣化煤氣
以固體燃料為原料,在氣化爐中通入氣化劑,在高溫條件下經(jīng)氣化反應(yīng)而得到的可燃?xì)怏w,稱為氣化煤氣。主要組分為一氧化碳和氫氣。按所采納的氣化劑的不同,又可分為如下3種。
①空氣氣化煤氣
以空氣為氣化劑,主要成分是一氧化碳和氮?dú)狻?/p>
②水煤氣
以水蒸氣為氣化劑,采納空氣和水蒸氣分階段吹入發(fā)生爐而得到,主要成分是一氧化碳和氫氣。
③混合發(fā)生爐煤氣
以空氣和水蒸氣混合氣體作為氣化劑而生產(chǎn)的煤氣,也簡(jiǎn)稱發(fā)生爐煤氣,其可燃成分有一氧化碳、氫氣、甲烷及少量的重碳?xì)浠衔?。它克服了空氣煤氣和水煤氣的氣化效率低和耗熱、散熱大的缺點(diǎn),提升了熱效率,因而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。
煤在常壓下,經(jīng)氣化所得的發(fā)生爐煤氣,其組成中氮?dú)夂吭?0%以上,其次為一氧化碳和氫,其低熱值為10MJ/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)。
在2.0~3.0MPa的壓力下,用純氧和水蒸氣作氣化劑制得的氣化煤氣,稱為蒸氣一氧氣煤氣。其組成中氫含量超70%,并含相當(dāng)數(shù)量的甲烷(15%以上),其低熱值約為15MJ/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)。
(3)油制氣
以石腦油或重油為原料,經(jīng)熱加工制取的可燃?xì)怏w稱為油制氣。依制取加工方法不同,可分為熱裂解氣、蓄熱催化裂解氣和部分氧化油制氣,主要成分為CmHn、CH4、H2,熱值13~46MJ/m3。
其制氣工藝為將原料油噴入充滿水蒸氣的蓄熱反應(yīng)器內(nèi),使油受熱裂解而制得的燃?xì)鉃闊崃呀庥椭茪狻F浣M成以氫及甲烷為主,并含有相當(dāng)數(shù)量的乙烯,其低熱值約為35MJ/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)。在有催化劑存在的條件下,使原料油進(jìn)行催化裂解反應(yīng)而制得的燃?xì)夥Q為催化裂解油制氣。其組成以氫為主,并含有相當(dāng)數(shù)量的甲烷和一氧化碳,其低熱值約為17MJ/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)。將原料油、蒸汽和氧氣混合,在較高溫度下發(fā)生部分氧化反應(yīng)而制成的燃?xì)夥Q為部分氧化油制氣。其組成以氫和一氧化碳為主,低熱值約為10MJ/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)。(4)高爐煤氣
高爐煤氣是煉鐵時(shí)產(chǎn)生的副產(chǎn)氣,主要組分是一氧化碳和氮?dú)?,低熱值約為3.8~4.2MJ/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)。高爐氣可以作為焦?fàn)t的加熱煤氣,也可用作鍋爐的燃料或與干餾煤氣摻混用于冶金工業(yè)的加熱工藝。3.液化石油氣
也稱LPG(LiquefiedPetroleumGas),由天然氣系或石油氣系的碳?xì)浠衔镌诔叵录訅悍珠_的可燃物,是開采和煉制石油過程中的副產(chǎn)品。天然氣系的液化石油氣,主要組分有丙烷,丙烯,正、異丁烷和正、異丁烯等石蠟系碳?xì)浠衔铮送馍杏猩倭课焱榧捌渌s質(zhì)。石油氣系的液化石油氣,主要成分除丙烷與丁烷外,還含有丙烯、丁烯等烯系碳?xì)浠衔?。氣態(tài)液化石油氣熱值為93MJ/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)左右;液態(tài)液化
(1)沼氣
各種有機(jī)物質(zhì)在隔絕空氣的條件下發(fā)酵,在微生物作用下經(jīng)生化作用產(chǎn)生的可燃?xì)怏w稱為沼氣,亦稱生物氣。其主要組分為甲烷和二氧化碳,還有少量氮和一氧化談。熱值為46MJ/kg左右。
(2)輕烴燃?xì)?/p>
輕烴燃?xì)獾脑吓c天然氣、液化石油氣同屬烷烴類石油產(chǎn)品,其主要成分為戊烷(C5H12)、己烷(C6H14)。由于戊烷、己烷在常溫常壓狀態(tài)下呈液態(tài),因此輕烴燃?xì)庠诔爻籂顟B(tài)下也是液態(tài)。在使用時(shí),輕烴燃?xì)饨?jīng)氣化設(shè)備以物理方式進(jìn)行氣化并按一定比率與空氣混合,便可產(chǎn)生可燃燒的氣體,再通過管網(wǎng)輸送到用戶的燃燒器具供給使用。
輕烴燃?xì)獾闹茪庠蟻碓词謴V泛,主要來源于油(氣)田、煉油廠、溶劑油廠、石油化工廠、天然氣凈化廠等。
(3)二甲醚
二甲醚又稱甲醚,簡(jiǎn)稱DME,分子式:C2H6O。二甲醚在常壓下是一種無色氣體,具有稍微醚香味。傳統(tǒng)上,二甲醚主要用于氣霧制品噴射劑、氟利昂替代制冷劑、溶劑等,另外也可用于化學(xué)品合成,用途比較廣泛。
20℃時(shí),二甲醚的蒸氣壓力約為0.5MPa。二甲醚的飽和蒸氣壓低于液化石油氣,燃燒性能好,熱效率高,燃燒過程中無殘?jiān)?、無黑煙,CO、NO排量低,二甲醚還可摻入液化石油氣、煤氣或天然氣混燒并能提升熱值。此外,燃?xì)馔ǔ_€按燃?xì)鈮毫?表壓)來劃分(壓力單位MPa)?!豆I(yè)管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定:低壓
0≤P≤中壓
1.6<P≤10高壓
P>10《城鎮(zhèn)燃?xì)庵贫ㄒ?guī)范》規(guī)定:低壓
P≤中壓B
0.01<P≤中壓A
0.2<P≤次高壓B
0.4<P≤次高壓A
0.8<P≤
高壓B
1.6<P≤
高壓A
2.5<P≤《工業(yè)企業(yè)煤氣安全規(guī)程》編制說明中提出工廠煤氣按壓力分類做如下劃分:低壓
中壓
0.1<P≤高壓
P≥二、燃?xì)鈫我唤M分氣體性質(zhì)燃?xì)庵谐R姷膯我粴怏w的性質(zhì)如下所述。(1)氫氣(H2)
無色無臭氣體,相對(duì)分子質(zhì)量2.016,密度0.0899kg/m3,相對(duì)密度0.069,難溶于水,熱值2578kcal/m3,爆炸極限范圍(20℃,常壓)4.0%~75.9%,著火溫度580~590℃。(2)甲烷(CH4)
無色氣體,微有惡臭,相對(duì)分子質(zhì)量16.04,密度0.7174kg/m3,相對(duì)密度0.5548,難溶于水,熱值8576kcal/m3,爆炸范圍(20℃,常壓)5.0%~15.0%,著火溫度650~750℃,濃度達(dá)10%以上時(shí),有窒息性毒性。(3)乙烷(C2H6)
無色無臭氣體,相對(duì)分子質(zhì)量30.07,密度1.3553kg/m3,相對(duì)密度1.048,熱值15381kcal/m3,爆炸范圍(20℃,常壓)2.9%~13.0%,著火溫度520~630℃。(4)一氧化碳(CO)
無色無臭(或幾乎無臭)氣體,相對(duì)分子質(zhì)量28.0104,密度1.2506kg/m3,相對(duì)密度0.9671,熱值3020kcal/m3,爆炸范圍(20℃,常壓)12.5%~74.2%,著火溫度644~653℃,火焰呈紅色,有劇毒性,屬血液性窒息性氣體。(5)硫化氫(H2S)
無色氣體,有臭雞蛋氣味,相對(duì)分子質(zhì)量34.076,密度1.5363kg/m3,相對(duì)密度1.188,易溶于水,有腐蝕性,熱值5585kcal/m3,爆炸范圍(20℃,常壓)4.3%~45.5%,著火溫度364℃,有劇毒性,空氣中濃度0.10%時(shí)可致死。(6)二氧化碳(C02)
無色略有氣味氣體,相對(duì)分子質(zhì)量44.0098,密度1.977kg/m3,相對(duì)密度1.5289,易溶于水,有腐蝕性,空氣中濃度為162mg/L時(shí)可致死。一些常用氣體的物理化學(xué)特性見表1-1。表1-1一些常用氣體的物理化學(xué)特性(0℃,101324.72Pa)
氣體分子式相對(duì)分子質(zhì)量密度ρ/(kg/m3)相對(duì)密度S(空氣=1)最低著火溫度/℃熱值QL/(kcal/m3)爆炸極限(常壓,20℃)/%下上氫H24002578一氧化碳CO6053020甲烷CH45408576乙炔C2H233513492乙烯C2H442514207乙烷C2H651515381丙烯C3H646020939丙烷C3H845022271丁烯C4H8385
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