第三章气体燃料

1、燃料与燃烧学气体燃料主要内容单一气体的主要性质煤气成分的表示方法及发热量计算高炉煤气焦炉煤气发生炉煤气天然气转炉气分类冶金炉及工业炉窑所用的气体燃料：l高炉煤气 (B Gas)l焦炉煤气 (COG-coke-oven gas)l转炉煤气l发生炉煤气l天然气气体燃料优点气体燃料优点燃烧简便，容易完全燃烧；燃烧简便，容易完全燃烧；调节控制方便，易于实现自动控制；调节控制方便，易于实现自动控制；燃烧后无固体灰渣，清洁方便；燃烧后无固体灰渣，清洁方便；对设备磨损小，可以长距离管道输送；对设备磨损小，可以长距离管道输送；容易净化，以减少环境污染；容易净化，以减少环境污染；可以高温预热，提高燃烧温度，节约

2、燃料；可以高温预热，提高燃烧温度，节约燃料；只要避开爆炸范围，可任意调节热负荷，控制炉只要避开爆炸范围，可任意调节热负荷，控制炉内气氛和压力。内气氛和压力。气体燃料的可燃成分混合成分中可燃气体成分lCO，H2，CH4，其他气态碳氢化合物，H2S不可燃气体成分lCO2，N2，少量O2，水蒸气，焦油蒸气，粉尘等固体颗粒单一气体的物理化学性质甲烷（CH4）乙烷（C2H6）氢气（H2）一氧化碳（CO）乙烯（C2H4）硫化氢(H2S)二氧化碳（CO2）氧气（O2）爆炸浓度极限爆炸浓度极限 是燃气的重要性质之一，因为当燃气和空气（或氧气）混合时，如果这两种气体达到一定比例时，就会形成具有爆炸危险的混合气体

3、。该气体与火焰接触时，即形成爆炸。但是并非任何比例的燃气空气混合气体都会发生爆炸，只有在燃气空气混合气体中可燃气体的浓度在一定范围时，气体才能发生爆炸，此范围是从爆炸下限的某一最小值到爆炸上限的某一最大值。混合气体的爆炸极限取决于组成气体的爆炸极限及其摩尔分率。 l可燃气体，蒸气或粉尘在空气中的浓度低于爆炸下限时，遇明火既不会爆炸，也不会燃烧。l若高于爆炸上限时，遇明火虽然不会爆炸，但是可以燃烧。l有时经过燃烧一段时间后，因吸入空气，使可燃气体或蒸气在空气中的浓度下降，达到爆炸极限于是发生爆炸。 普通燃烧特性普通燃烧特性爆燃低限点爆燃高限点2200(1204)% 浓度环境温度点火引燃无传播缓慢

4、反应w/o点火源自引燃温度未点火爆燃在任意浓度瞬时点燃容量温度 F(C)甲烷（CH4）无色气体，微有葱臭分子量取16与空气混合可引起强烈爆炸，爆炸浓度范围2.515%着火温度530750临界温度：-82.5 在空气中浓度较高时才有毒性低发热量：35740kJ/m3乙烷（C2H6）无色无臭气体分子量取30爆炸浓度范围2.515%着火温度510630 临界温度：-34.5 低发热量：63670kJ/m3氢气（H2）无色无臭气体空气中爆炸浓度范围480%着火温度510590临界温度：-239.9 低发热量：10790kJ/m3（书上有错）1990年，齐鲁石化公司胜利炼油厂第八届职工运动会开幕前，由2

5、00名小学生组成的氢气球方队在体育场入口处发生气球爆燃事故，130人被不同程度地烧伤 一氧化碳（CO）无色无臭气体分子量28空气中爆炸浓度范围12.580%临界温度：-197低发热量：12630kJ/m3着火温度610658 火焰为蓝色CO有剧毒乙烯（C2H4）具有窒息性乙醚气味的无色气体，麻醉作用易爆炸，爆炸浓度范围2.7535%着火温度540547临界温度：+9.5 低发热量：58770kJ/m3空气中浓度达到0.1%对人体有害硫化氢(H2S)无色气体，臭鸡蛋气味易爆炸气体，爆炸浓度范围4.345.5%着火温度：364 低发热量：23074kJ/m3易溶于水极有毒气体，室内大气中最大允许浓

6、度为0.01g/m3腐蚀性气体NH3 在水中呈碱性H2S 在水中呈酸性CO2 在水中呈酸性HCN 在水中呈酸性O2 在水中具有氧化性腐蚀毒性气体H2SHCNSO2CONH3C6H62、工厂储存有、工厂储存有Wy=12.4，QDWy=20000kJ/kg煤煤100t，存放时间长，含水量降低为，存放时间长，含水量降低为Wy=7.0，试问煤的质量变为多少，试问煤的质量变为多少， QDWy变为多少？变为多少？解：煤的质量变为：解：煤的质量变为：G=100(1-12.4%)/(1-7%)=94.2 (t)煤中的水分从煤中的水分从12.4t减少到减少到6.6t，减少了，减少了5.8t煤全部燃烧后释放热量为

7、煤全部燃烧后释放热量为10000020000+ 25125800 =2014569600kJ故：故：QDWy=2014569600/94200=21386kJ/kg煤气成分的表示方法煤气成分的表示方法l气体燃料的湿成分气体燃料的湿成分CO湿湿+H2湿湿+CH4湿湿+CO2湿湿+N2湿湿+O2湿湿+H2O湿湿=100 其中：其中：CO湿湿、 H2湿湿-100m3燃料中该成分的含量燃料中该成分的含量l气体燃料的干成分气体燃料的干成分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干燃料中该成分的含量干燃料中该成分的含量l气体燃料

8、中所含的水分在常温下等于该温度下气体燃料中所含的水分在常温下等于该温度下的饱和水蒸气量的饱和水蒸气量换算公式换算公式气体燃料干湿成分换算关系气体燃料干湿成分换算关系H2O湿湿-100m3湿气体中所含水蒸气的体积湿气体中所含水蒸气的体积水蒸气湿成分关系式水蒸气湿成分关系式100OH100%X%X2湿干湿干干湿H2OH2O2g00124. 01g00124. 0100OH1g水蒸气的体积是：水蒸气的体积是：1m3干气体所吸收的水蒸汽的重量可由附录干气体所吸收的水蒸汽的重量可由附录5查得，即为：查得，即为：l所以得到所以得到1m3干气体中所吸收水蒸汽的体积干气体中所吸收水蒸汽的体积l1m3湿气体中所

9、含水蒸汽的体积湿气体中所含水蒸汽的体积gm /00124. 018104 .22333/2mggOH干33/00124. 02mmgOH干干干湿H2OH2O2g00124. 01g00124. 0OH发热量计算发热量计算气体燃料气体燃料 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混合气体的发热量混合气体的发热量 Q混混=X1Q1+X2Q2 X1+X2=1具体气体燃料学习要点具体气体燃料学习

10、要点来源来源作用作用成分成分发热量发热量气体燃料来源气体燃料来源转炉煤气转炉煤气转炉炼钢过程的副产品，每吨钢约产气转炉炼钢过程的副产品，每吨钢约产气90m3高炉煤气高炉煤气高炉炼铁过程得到的副产品，高炉的燃高炉炼铁过程得到的副产品，高炉的燃料的热量约有料的热量约有60%转移到高炉煤气中转移到高炉煤气中焦炉煤气焦炉煤气炼焦生产的副产品，也称为荒焦炉煤气炼焦生产的副产品，也称为荒焦炉煤气发生炉煤气发生炉煤气将固体燃料在煤气发生炉中进行气化而将固体燃料在煤气发生炉中进行气化而得到的人造气体燃料得到的人造气体燃料天然气天然气 优质气体燃料，产地在石油产区或为单优质气体燃料，产地在石油产区或为单纯的天然

11、气田纯的天然气田气体燃料的成分气体燃料的成分转炉煤气转炉煤气主要可燃成分为主要可燃成分为CO，含量在，含量在45%-65%高炉煤气高炉煤气主要可燃成分为主要可燃成分为CO，25%-31%，还含有大量的，还含有大量的N2和和CO2，占占63%-70%焦炉煤气焦炉煤气可燃成分为可燃成分为H2，46%-61%；CH4，21%-30%，CO，5%-8%发生炉煤气发生炉煤气空气发生炉煤气：气化剂：空气。空气发生炉煤气：气化剂：空气。CO，20%-30%H2，15%，N2，50%-60%水煤气：气化剂：水蒸气。水煤气：气化剂：水蒸气。 CO,40%-45%H2,45%-53%混合发生炉煤气：气化剂：空气水

12、蒸气。混合发生炉煤气：气化剂：空气水蒸气。CO和和H2含量变化含量变化较大较大天然气天然气甲烷以及乙烷等饱和碳氢化合物甲烷以及乙烷等饱和碳氢化合物气体燃料的发热量气体燃料的发热量转炉煤气转炉煤气不高，为不高，为6270-7530KJ/m3高炉煤气高炉煤气不高，不高，37624180KJ/m3理论燃烧温度：理论燃烧温度：14001500焦炉煤气焦炉煤气很高，很高，1589017140KJ/m3多与高炉煤气或发生炉煤气混合使用多与高炉煤气或发生炉煤气混合使用发生炉煤气发生炉煤气空气发生炉煤气：空气发生炉煤气：3780-4620KJ/m3水煤气：水煤气：10080-11340KJ/m3，高热值煤气高

13、热值煤气混合发生炉煤气：混合发生炉煤气：5040-6720KJ/m3天然气天然气 热值最高，热值最高，3344041800KJ/m3气体燃料的作用气体燃料的作用转炉煤气转炉煤气l转炉烟气的处理方式有燃烧法与未燃法两种转炉烟气的处理方式有燃烧法与未燃法两种 燃烧法燃烧法即炉气冲出炉口进入烟罩后，令其与足即炉气冲出炉口进入烟罩后，令其与足够的空气混合，使烟气中可燃成分完全燃烧，形够的空气混合，使烟气中可燃成分完全燃烧，形成大量的高温废气，再经冷却、净化，通过风机成大量的高温废气，再经冷却、净化，通过风机抽引排放于大气之中。抽引排放于大气之中。 废气废气 废热锅炉废热锅炉未燃法未燃法是炉气冲出炉口进

14、入烟罩，通过控制使烟是炉气冲出炉口进入烟罩，通过控制使烟气中可燃成分尽量不燃烧，再经冷却、净化后，气中可燃成分尽量不燃烧，再经冷却、净化后，由风机抽引送入回收系统贮存加以利用。由风机抽引送入回收系统贮存加以利用。转炉煤气转炉煤气 烟气的成分烟气的成分处理方式处理方式成分成分/%烟气温烟气温度度/COCO2N2O2H2CH4未燃法未燃法(煤气煤气)60-8014-195-100.4-0.61500-1600燃烧法燃烧法(废气废气)0-0.37-1474-8011-200-0.40-0.21800-2400气体燃料的作用气体燃料的作用转炉煤气净化方式转炉煤气净化方式l烟尘的净化方式也有两种，即湿式

15、净化与干式烟尘的净化方式也有两种，即湿式净化与干式净化净化湿式净化系统是通过水冲洗烟气中的尘埃，冲洗湿式净化系统是通过水冲洗烟气中的尘埃，冲洗后的烟气得到净化，烟尘形成了泥浆，除去水分后的烟气得到净化，烟尘形成了泥浆，除去水分加以利用。加以利用。干式净化系统可通过尘埃的重力沉降、离心、过干式净化系统可通过尘埃的重力沉降、离心、过滤和静电等原理使气与尘分离，净化后的尘埃是滤和静电等原理使气与尘分离，净化后的尘埃是干粉颗粒，也可回收利用。干粉颗粒，也可回收利用。 目前绝大多数顶吹转炉的烟气是采用未燃法、目前绝大多数顶吹转炉的烟气是采用未燃法、湿式净化回收系统，称湿式净化回收系统，称OG系统；有的也

16、采用系统；有的也采用未燃、干式净化回收系统，又称未燃、干式净化回收系统，又称LT系统。系统。转炉气的利用转炉气的利用化学能利用化学能利用l例如：在一定条件下得到甲酸钠，是一种染化例如：在一定条件下得到甲酸钠，是一种染化原料，而且也生产草酸和甲酸的基本原料原料，而且也生产草酸和甲酸的基本原料余热利用余热利用l转炉烟气温度高达转炉烟气温度高达1600，可以采用气化冷，可以采用气化冷却烟道回收却烟道回收烟尘利用烟尘利用l烟尘中有近烟尘中有近60%的铁经过回收烘干后可作为的铁经过回收烘干后可作为精矿粉使用精矿粉使用气体燃料的作用气体燃料的作用焦炉煤气焦炉煤气l利用焦炉煤气发电利用焦炉煤气发电可节约煤发

17、电时，长时间的运输费用可节约煤发电时，长时间的运输费用热值比较高，便于温度控制热值比较高，便于温度控制燃气易完全燃烧，废气量少，相比煤炭没有固体废渣，燃气易完全燃烧，废气量少，相比煤炭没有固体废渣，大气污染小大气污染小用焦炉煤气制取甲醇用焦炉煤气制取甲醇l甲醇是理想的民用燃料和燃料添加剂，是新一代能源甲醇是理想的民用燃料和燃料添加剂，是新一代能源化工重要的有机起始原料化工重要的有机起始原料可以获得许多重要的化工产品，如焦油、苯、氨可以获得许多重要的化工产品，如焦油、苯、氨气体燃料的作用气体燃料的作用天然气天然气l气田气：从地下气层中引出，甲烷含量高达气田气：从地下气层中引出，甲烷含量高达95%

18、-98%，液化较难，常压下要冷冻到，液化较难，常压下要冷冻到-162才能液化，可使用管道运输才能液化，可使用管道运输l油田气：主要产于油田附近，甲烷含量为油田气：主要产于油田附近，甲烷含量为75%-87%，油田气一般通过加压的方法使，油田气一般通过加压的方法使其液化。其液化。气体燃料的作用气体燃料的作用天然气储存的方式天然气储存的方式l加压储存加压储存 油田气油田气l冷冻储存冷冻储存 气田气气田气l地下储存。地下储存。 气体燃料的作用气体燃料的作用天然气需求预测天然气需求预测l1999年，我国天然气消费量为年，我国天然气消费量为220亿亿m3，2000年约年约250亿亿m3 。l预计预计2010年，年，800-1000亿亿m3 ，在能源，在能源需求总量中占需求总量中占6%左右。左右。l预计预计2020年，年，1800-2000亿亿m3 ，在能源，在能源需求总量中占需求总量中占10%左右。左右。天然气消费结构天然气消费结构0%50%100%其它82.7%84.3%