18、天然气作燃料

1、天然气作燃料,唐建峰,天然气作燃料,一、天然气的燃烧与燃烧技术 二、天然气作工农业燃料 三、天然气作住宅及商业用燃料,一、天然气的燃烧与燃烧技术 （1）概述 （2）天然气燃烧的基本原理 （3）天然气燃烧方法与火焰的稳定性 （4）常用燃烧器及几种新型的燃烧技术,天然气作燃料,（1）概述 天然气是理想的优质燃料，广泛用于国民经济的各个部门。目前天然气产量的90%以上用作燃料。天然气燃料的优点主要可归纳为： 清洁燃料，与煤或石油相比具有明显环保优势。 燃烧效率远高于煤或石油制品。 天然气使用非常方便，只要接通气源，凭借阀门启闭即可点火燃烧或切断停火。 天然气资源比较丰富，为天然气工业的发展奠定了坚实

2、的基础。,一、天然气的燃烧及燃烧技术,2000年初，我国适时提出“西气东输”计划，在工业、发电、商业等各部门和家庭中将逐渐推广使用天然气燃料，这必将为我国国民经济的发展带来巨大的经济、社会和环境效益。,一、天然气的燃烧及燃烧技术,（2）天然气燃烧的基本原理 燃烧反应机理 从反应机理分析，天然气燃烧反应是含有自由基和自由原子参与的链式反应。 天然气与空气的氧化反应在一定条件下由缓慢氧化转换为剧烈氧化是由于混合气体存在少量H，OH，CH3等经过活化的自由基和自由原子，在它们与CH4的反应过程中，这些经过活化的中间物会随反应不断消失，又更多的形成，从而使天然气燃烧反应持续进行下去。此即为燃烧反应的链

3、式反应机理。,一、天然气的燃烧及燃烧技术,着火 天然气与空气混合物燃烧过程分两个阶段：着火和剧烈燃烧，其中着火阶段是燃烧的准备工作。着火有支链着火和热力着火之分。 支链着火 是指一定条件下，由于活化中心浓度迅速增加引起反应加速，是反应由稳定的氧化反应转变为不稳定氧化反应的过程。 热力着火 是指一定条件下，由于系统中氧化反应产生的热量大于散失的，导致热量积聚，使温度急剧上升引起的着火。天然气-空气混合物的热力着火不仅与天然气的物理化学性质有关，而且也与燃烧系统的热力学条件有关。,一、天然气的燃烧及燃烧技术,点火 点火方式主要有以下几种： 均匀点火 一般天然气燃烧工程不适用此类方法点火。 瞬时点点

4、火 电火花点火 是目前应用最为广泛的一种点火方法。 除了电火花点火外，还有电热丝、小火点火源等。 火焰传播 天然气燃烧时，其火焰传播方式为层流火焰传播，即火焰通过分子键传递，从可燃混合物的一层传播到相邻层。,一、天然气的燃烧及燃烧技术,（3）燃烧方法与火焰的稳定性 燃烧方法 天然气的燃烧方法有扩散式燃烧和预混式燃烧两种。 扩散式燃烧 是天然气未预先与空气混合，燃烧所需空气依靠扩散作用从周围大气中获得燃烧方法，有自然引风式扩散燃烧和鼓风式扩散燃烧之分。 预混式燃烧 是指将天然气燃烧所需空气与天然气先行混合，由火孔喷出燃烧，有部分预混式燃烧和完全预混式燃烧之分。,一、天然气的燃烧及燃烧技术,火焰的

5、稳定性 从火孔流出的天然气-空气混合物点火进入正常燃烧后，火孔上方的火焰应驻定在某个位置上，形成稳定的火焰。 若燃烧过程工况条件变化或受外界因素干扰，会导致火焰不稳定，并出现离焰、脱火、回火和黄焰等不稳定的火焰结构，甚至火焰熄灭。,一、天然气的燃烧及燃烧技术,（4）常用燃烧器及几种新型燃烧技术 常用燃烧器 目前，常用的燃烧器有以下几种： 自然引风式扩散燃烧器 自然引风式扩散燃烧器主要有管状燃烧器，冲焰式燃烧器，薄焰式燃烧器，孔罩式燃烧器，多缝式燃烧器和炉床式燃烧器等。如图16所示。 鼓风式扩散燃烧器 鼓风式扩散燃烧器是工业炉常用的燃烧器之一，主要有套管式燃烧器和旋流式燃烧器。如图78所示。,一

6、、天然气的燃烧及燃烧技术,图1 单管燃烧器,图2 冲焰式扩散燃烧器,图3 薄焰式扩散燃烧器,图4 孔罩式扩散燃烧器,图5 多缝式扩散燃烧器 1-内管空气调节板； 2-外套空气调节环； 3-燃气封口,图6 炉床式扩散燃烧器 1-燃烧器；2-炉蓖；3-耐火砖；4-石棉； 5-火孔；6-燃气管,图7 套管式燃烧器,图8 中心供燃气轴向叶片旋流式燃烧器, 引射式预混燃烧器 常用引射式预混燃烧器又称大气式燃烧器，是使用十分广泛的一种燃烧器，它由头部和引射器两部分组成，示意图见图 9所示。 引射式预混燃烧器主要有环形燃烧器，棒形燃烧器，星形燃烧器，管排形燃烧器和完全预混式燃烧器，如图1013所示。,一、天

7、然气的燃烧及燃烧技术,图10 环形燃烧器,图11 棒形燃烧器,图12 星形燃烧器及轮形燃烧器,图13 管排形燃烧器,新型燃烧技术及特种燃烧器 下面介绍几种新型燃烧技术及特种燃烧器：平焰燃烧器，高速燃烧器，浸没燃烧、低NOx燃烧技术，燃气辐射管，催化燃烧技术，脉冲燃烧技术等。 平焰燃烧器 它是20世纪60年代中后期发展起来的一种新型燃烧装置，其特点是：加热均匀；炉子升温快；物料加热速度快；炉内压力均匀；烟气中NOx含量低；降低燃料消耗；制造、安装技术要求高。,一、天然气的燃烧及燃烧技术, 高速燃烧器 该燃烧器是我国20世纪70年代着手研制并推广的新型设备，其主要特点是：燃气在高热强度下燃烧；高温

8、烟气以很高速度从燃烧室喷出，实现快速对流换热。 浸没燃烧 浸没燃烧又称液中燃烧，是一种新型燃烧技术。它是将燃料与空气充分混合后送入燃烧室进行完全燃烧，将高温烟气喷入液体中，从而加热液体。 低NOx燃烧技术 目前已有多种新型低NOx燃烧器，通过抑制NOx生成减少烟气排放。,一、天然气的燃烧及燃烧技术, 燃气辐射管 其工作原理是：辐射管辐射放热，加热炉内工件。目前工业上应用最广泛的辐射管是带废热回收的套管型和U型辐射管及带废热在再循环的套管型辐射管。 催化燃烧技术 催化燃烧势多相催化反应中的完全氧化反应，可燃气体借助催化剂作用，在低温下完全氧化。 脉冲燃烧技术 脉冲燃烧是20世纪80年代才进入实用

9、开发阶段的一种新型技术。该技术有很高热效率，广泛用于工业和住宅采暖，粮食，木材等工业的干燥作业和各类烘房。,一、天然气的燃烧及燃烧技术,天然气作燃料,一、天然气的燃烧与燃烧技术 二、天然气作工农业燃料 三、天然气作住宅及商业用燃料,二、天然气作工农业燃料 （1）天然气做工业燃料 （2）天然气用于农业生产,天然气作燃料,（1）天然气作工业燃料 天然气作工业燃料主要用于锅炉燃料、金属冶炼、瓷砖类建材烧制等，而这些技术均是在工业炉中完成的。 工业炉类型 工业炉根据加热工艺及热工制度，可分为以下5种: 熔炼炉：将金属等物料从固态熔化为液态，再加入其他元素进行精炼。 加热炉：将金属加热变软，再加工成型。

10、 干燥炉：加热目的是蒸发物体内水分（包括结晶水）。,二、天然气作工农业燃料, 焙烧炉：将物料加热，使之发生物理或化学变化而得到新的产品，如石灰石，白云石等的煅烧炉 。 热处理炉：将金属材料加热，使其结晶组织结构发生变化或结晶组织结构不改变而机械性能改变。 天然气工业炉的特点 燃烧天然气的工业炉属于火焰炉的一种，它比燃煤和燃油工业炉条件优越，调节方便，主要具有以下优点: 天然气是一种清洁燃料，燃烧产生的SO2、NOX等污染物比其他燃料少； 通常天然气燃烧器的调节要比其它燃烧器装置的幅度宽，过剩空气量较少，容易实现炉温和炉压的自动控制；,二、天然气作工农业燃料, 燃烧器不存在结渣、结焦等问题，且容

11、易实现自动点火及火焰检测； 炉内燃烧生成物的调节灵敏，快速加热、可控气氛等特种工艺较容易实现。 天然气工业炉的缺点是：其操作与管理要比其它燃料严格。因为天然气-空气混合物的可燃气体组分大都在爆炸范围之内，若操作不当很容易发生爆炸事故。,二、天然气作工农业燃料,天然气工业炉的炉型结构 火焰炉的炉型结构都基本相似，主要由砌体(炉膛)，构架，燃烧系统和排烟系统4部分组成。燃烧天然气的工业炉仅在这几个部件和配备上有所不同。 炉膛 炉膛是指由耐火材料及绝热材料砌筑成的一个空间。在炉膛内进行热工过程和工艺过程，其作用是装料，进行热交换，将释放热量后的烟气排除。炉膛按热交换方式和温度的不同分为高温，低温和中

12、温三个类型。,二、天然气作工农业燃料, 构架 构架由金属结构件组成，其主要作用是固定砌体，承受砌体及加热工件质量。 燃烧系统 天然气工业炉的燃烧系统，从燃烧器开始分为3条管线：燃烧用天然气管线，点火用天然气管线和助燃空气管线。 目前我国的天然气工业炉基本上都是手工操作，管线简单。点火管线一般也不另设，就在燃气管线上安装点火栓。助燃空气管线也颇简单，仅在管线上安装空气阀门，管径一般按610m/s计算。,二、天然气作工农业燃料, 排烟系统 排烟系统是指从炉膛内的烟口起，经烟道连到烟囱这一部分。火焰炉除强制循环的低温炉外均有排烟系统。 大型企业燃气工业炉是在地下敷设总烟道，汇集各台燃烧炉排烟道，再连

13、接烟囱。这类系统称为下排烟。一般中小型企业都采用上排烟，每台燃烧炉自成系统，炉体本身有烟道和烟囱。,二、天然气作工农业燃料,（2）天然气用于农业生产 目前，天然气在农业生产上的利用量甚少，主要有以下三个方面的应用。 温室热源 温室栽培作物必须创造人工气候条件，不仅要保持温室的气温，也应在空气中保持必不可少的CO2含量。 因此，以燃烧天然气的直接烟气与天然气间接加热而得的热空气相组合后，再注入温室较为理想，这样既能调节温度，又能以合适的CO2浓度供作物吸收。,二、天然气作工农业燃料, 农产品干燥 利用天然气燃烧产生的红外线辐射和热烟气对流相结合对谷物进行干燥。谷物在干燥装置中红外线辐射加热到一定

14、那个温度，再进入对流加热干燥部分，烟气与水蒸气由通风机抽出。 牧畜圈供暖 采用天然气红外线辐射器供暖时，圈舍可采用防寒屋顶，地面用隔热良好的材料。圈舍高度不低于2.5m。 除了上述三方面的外，其它饲料蒸煮、烟气火焰除草和农产品加工等方面利用天然气做燃料均可取得经济、高效和方便的效果。,二、天然气作工农业燃料,天然气作燃料,一、天然气的燃烧与燃烧技术 二、天然气作工农业燃料 三、天然气作住宅及商业用燃料,三、天然气住宅及商业用燃料 （1）利用概况 （2）天然气作为住宅燃料 （3）天然气作为制冷能源,天然气作燃料,（1）利用概况 天然气作为一种清洁、高效和使用方便的燃料，已成为现代城市住宅、商业和

15、公共部门优先选择的能源。纵观国内外利用天然气作为住宅与商业用燃料的发展状况，其要点可归纳为以下五点。 各国由于资源条件，发展水平和经济收入的差别，在天然气消费量上也有显著差别。 各国天然气消费结构有显著不同。 民用燃具在种类，质量和产量方面的技术进步，大大促进了天然气在住宅和商业方面的使用。,三、天然气住宅及商业用燃料, 由于在住宅与商业方面使用天然气时，一般能承受相对较高的气价，因而对由长输管道或液化天然气形式供气的城市而言，是理想的市场。 天然气制冷和天然气空调等新兴技术的开发成功，大大拓宽了天然气在住宅和商业方面的应用领域。,三、天然气住宅及商业用燃料,（2）天然气作为住宅燃料 发展概况

16、 家庭用住宅燃料是能源消费结构中的重要组成部分。我国城市家庭的能源主要是煤、LPG、城市煤气、天然气和点。目前天然气做为住宅能源尚不多，大多集中在靠近天然气产区的大、中城市。 天然气与其它能源相比，具有明显的技术经济优越性，随着天然气工业的发展，天然气气化城市将是一个重要的发展方向。,三、天然气住宅及商业用燃料,天然气民用燃具 民用燃气用具直接与人们的日常生活有关，主要有家用燃气灶，家用燃气取暖器，家用燃气干燥器，家用燃气容积式热水器等。民用燃具最常用燃烧方法是大气式燃烧法。 民用燃具设计与制造需满足三个基本条件： ) 尽可能具有较高的热效率。 ) 需达严格气密性要求，并装有安全装置。 ) 须

17、严格防止燃气燃烧对环境的污染,三、天然气住宅及商业用燃料, 家用燃气灶 家用燃气灶的样式较多，有单眼灶、双眼灶、西式灶、带小烤箱的西式灶等。但结构上一般都有：框架、灶面、燃烧器、燃气阀门、混合管、喷嘴、锅支架、盛液盘、燃气管路、橡胶管承插口等基本零部件。右图为西式燃气灶的结构示意图。,三、天然气住宅及商业用燃料,图14 西式燃气灶的结构示意图, 家用燃气取暖器 常用的家用燃气取暖器有燃气辐射采暖期和燃气暖风机两种。,三、天然气住宅及商业用燃料,家用燃气辐射采暖器： 具有节能、舒适感好、安装方便等特点，受到普遍欢迎。通常由燃烧器、阀门、和安全装置但部分构成，如图15所示。 家用燃气暖风机： 利用

18、对流传热采暖的燃气用具，结构图如图16所示。,三、天然气住宅及商业用燃料,图15 金属丝网燃气辐射采暖 1-燃气贫嘴；2-调风板；3-引射器；4-反射罩 5-外网；6-托网、内网、石棉垫； 7-气流分配板；8-壳体,图16 家用燃气暖风机结构图 1-过滤器；2-壳体；3-温度控制器；4-烟道 5-暖风通道；6-热交换器；7-燃烧器 8-风机, 家用燃气干燥器 家用燃气干燥器是利用燃气产生的热气流通过风机传送风干衣服的燃气灶具。 其结构主要包括：箱体、干燥装置、金属转鼓、风机、排气口和安全装置等部分组成，示意图如右图所示。,三、天然气住宅及商业用燃料,图17 家用燃气干燥机, 家用燃气容积式热水

19、器 家用容积式热水器在国外已是一种普遍使用的燃具，水箱溶剂一般在50200L的范围，在国内家庭使用中尚不多，仅在企事业单位有应用。 它主要由水箱、燃烧装置、热交换器、温控装置和安全装置等部分组成，其结构如图18所示。,三、天然气住宅及商业用燃料,图18 家用燃气容积式热水器,（3）天然气作为制冷能源 发展概况 天然气作制冷能源的燃气空调机早在20世纪50年代前已进入美国空调市场。80年代后，天然气空调在美国、日本得到快速发展。据估计，2010年美国用作制冷能源的天然气量可达到196108m3。日本也是鼓励发展燃气制冷的国家，燃气制冷的总负荷也得到大幅度提升。 中国1992年生产出第一台燃气式双效溴化锂冷热水机组。目前国内生产厂家有10多个，从产品质量与性能看，现已进入世界先进行列，生产规模与数量仅次于日本。,三