二甲醚燃烧效率分析

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1、二甲醚燃烧效率分析二甲醚用作燃料替代液化石油气被市场看好，被誉为“二十一世 纪的新能源”。究其主要原因，一方面在于能源价格飙升下二甲醚的 价格优势，而另一方面则是其燃烧效率高和燃烧产物排放洁净的显著 特点。将清洁能源二甲醚用作替代能源，是我国抑制高油价影响的重 要措施之一。二甲醚的主要性质与液化石油气相类似，可以替代液化 石油气用作城镇燃气。二甲醚自身含氧，具有燃烧效率高的特点，从 二甲醚的燃烧机理研究中发现，同等热量条件下，与天然气、液化石 油气等相比，二甲醚燃烧效率提高5%左右，推广应用前景十分广阔。1. 二甲醚的特性二甲醚(DME)分子式为CH0,分子量46.07,二甲醚是一种比26 较

2、惰性的非腐蚀性有机物,其主要的理化性质见表 1。在常温、常压 下二甲醚是一种无色易燃有轻微醚香味的气体,在空气中的允许浓度 为400X 10-6。它具有与液化石油气(LPG)相似的特性。二甲醚具有 一般醚类的性质,二甲醚对金属无腐蚀性,不刺激人体皮肤,不致癌, 对大气臭氧层无破坏作用,在对流层中易于降解,长期暴露于空气中, 不会形成过氧化物。所以,二甲醚是一种优良的绿色化工产品。在同等温度条件下,二甲醚的饱和蒸气压低于液化石油气,其存 储、运输、使用等均比液化石油气安全。二甲醚在空气中的爆炸下限 比液化石油气高一倍,因此,在使用过程中,二甲醚作为燃料比液化 石油气安全。虽然二甲醚的热值比液化石

3、油气低,但由于二甲醚自身 含氧,在燃烧过程中所需空气量远低于液化石油气,从而使得二甲醚 的预混气热值和理论燃烧温度都高于液化石油气。二甲醚具有优良的混溶性,可以同大多数极性和非极性的有机溶 剂混溶,例如汽油、四氯化碳、丙酮、氯苯和乙酸乙酯。较易溶于丁 醇，对多醇类的溶解度不佳。常压下在100mL水中可溶解3700mL二 甲醚，但是加入少量的助剂后就可与水以任意比例互溶。二甲醚燃烧 时火焰略带亮光。常温下二甲醚难于活化，但长期储存或受日光直接 照射，可形成不稳定过氧化物，这种过氧化物能自燃或自发的爆炸或 受热后爆炸。二甲醚毒性很低，气体有刺激及麻醉作用的特性，通过吸入或皮 肤吸收过量的二甲醚，会

4、引起麻醉、失去知觉和呼吸器官损伤。小鼠 吸人225.72 g/ma有麻醉作用；猫吸入1658.85 g/ma会深度麻醉；人 吸入154.24 g/ma有轻度麻醉，吸入940.50 g/ma有极不愉快的感觉， 有窒息感。2. 二甲醚燃烧效率分析二甲醚易燃,燃烧时火焰略带光亮，气态低位热值为58.50 MJ/ma, 同等质量条件下，理论热值约为汽柴油的64%。以质量计，二甲醚本 身含氧量高达34.8%,理论燃烧温度可达2250C （液化气理论燃烧温 度可达2050C）,燃烧性能较好，热效率也较高。2.1本身含氧，需要添加的理论空气量相应减少A. 燃烧过程二甲醚燃烧过程：CHO十彳。 2C0+3H0

5、2 6 2 2 2丙烷燃烧过程：C H十50 aCO +4H Oa 8222丁烷燃烧过程：CH十6.504C0 +5H 04 10 2 2 2由上述反应方程式可知，以相同摩尔体积二甲醚与丙烷或丁烷的 燃烧过程比较，丙烷或丁烷所需要的氧气量较二甲醚多 2.0mol 或 a.5mol。液化气组分按CHaO%、CH 70%计算。a 84 10二甲醚气态低位热值为58.50MJ/ma，液化气气态低位热值为 92.8aMJ/ma。B. 我们知道，空气中1.0mol O附带3.76mol的N和其它惰性气22 体，因此，上述二甲醚及丙烷或丁烷完整的燃烧反应方程式应为:CH 0+3 (0+3.76N)2C0+

6、3H 0+3X3.76N2 6 2 2 2 2 2CH+5 (0+3.76N)3C0 +3H 0+5X3.76N3 822222CH +6.5 (0+3.76N )k 4C0 +3H 0+6.5X3.76N4 1022222上叁式表明，在燃烧温度不太高的情形下，反应前后N的摩尔数2不变。N虽然进入燃烧区，但并未参加氧化反应，相反，它带走二甲2醚或丙烷或丁烷部分燃烧热，进而影响热效率。因此，降低不参与反应的N量(空气量)，则减少了热损失，相当与提高了二甲醚的热效2率。C. 1m3二甲醚燃烧时需14.28m3空气，产生烟气16.28m3o1m3丙烷燃烧时需23.80m3空气，产生烟气26.80m3

7、。lm3丁烷燃烧时需30.94m3空气，产生烟气34.94m3。D. 1m3液化气燃烧时需 0.3X23.80+0.7X30.94m3 =28.80 空气，产生烟气 0.3X26.80+0.7X34.94m3=32.50m3E. 按当量热值计算lm3液化气与1.58m3二甲醚燃烧时需要的空气量比值为：1m3液化气：1.58m3二甲醚=28.80m3： 1.58X14.28m3=l： 0.78即：1m3液化气比1.58m3二甲醚需多增加空气27.65%。F. 按当量热值计算lm3液化气与1.58m3二甲醚燃烧时产生的烟气量比值为：1m3液化气：1.58m3二甲醚=32.50m3： 1.58X16

8、.28m3=l： 0.79即：1m3液化气比1.58m3二甲醚需多产生烟气26.35%。2.2燃烧状况改善，过剩空气系数降低一般情况下，燃烧装置空气系数a控制范围为：工业燃烧装置a=1.051.20；民用a=1.301.80。从提高燃烧效率方面讲，理想情 况下，a=1.0时，如果能确保空气与燃气混合充分、燃烧完全，燃 烧效率最高。实际燃烧过程中，取a1.0的原因是为了避免不完全 燃烧情况发生，而付出的代价则是需加热不参与反应剩余的0、N，22 导致热效率降低。二甲醚自身含氧，由于改善了燃气与空气的混合效果，且氧气与 氮气之比较普通空气大，属“富氧燃烧”工况，因而改善了燃烧状况； 而另一方面，氧

9、气与二甲醚混合情况趋好，除混入的空气总量可以相 应降低外，还可以将空气系数控制在较低位置，a适当朝1.0方向降 低，即减少剩余空气量，减少不参与燃烧的0、N量，自然这是二22甲醚燃烧效率提高的另一个原因。2.3燃具燃烧效率分析对于燃具，假定a由1.20降为1.05,不参与燃烧的0、N量减22少，1.0摩尔体积的二甲醚燃烧时减少的0、N量为：22(1.20-1.05)X 0+ (0.79F0.21) N mol22经计算，与同等热值的丙烷或丁烷(或其他燃气)比较，减少的 这部分热损失为3.0%5.0%左右。2.4火焰传热能力增加二甲醚燃烧时，火焰温度增加，烟气温度也随之升高，增加了分 解热，当遇

10、到低温表面时，将放出大量的分解热，这就是富氧燃烧火 焰具有较大传热能力的原因之一。2.5燃烧装置内有效利用热得以提高 由于富氧燃烧火焰温度高，燃烧装置内温压增大，辐射换热量增 强，提高了装置内有效利用热。3. 二甲醚排放性能分析二甲醚是一种清洁燃料，燃烧过程中无残渣、无黑烟，C0、C02及烟气排放量降低，具有富氧燃烧的火焰特性。由于其燃烧温度提高， 氧气浓度相应增加，因此，必须特别重视其氮氧化物生成量情况。亦即，假定燃烧效率相同，获得相同的燃烧热量，1.0mol的二甲醚 燃烧时，混入的氧气量较丙烷或丁烷可降低2.0mol或3.5mol。3.1民用燃具燃烧温度不会太高，不会出现氮氧化物生成量显著

11、增加的情况。3.2 工业燃烧装置燃烧装置内燃烧温度相当高时，部分氮气会分解，生成氮原子， 继而与氧结合成氮的氧化物NO和NO，这两者通称为NOx，是极有害2的产物。在太阳紫外线照射下，NOx与碳氢化合物可发生反应生成具 有强氧化能力的有害物质，并形成光化学烟雾。此外，NOx生成硝酸 也是酸雨的主要组分。燃烧生成NOx的浓度，随燃烧温度、O浓度和停留时间增加而增2 加，因此，二甲醚燃烧时，氮氧化物生成量有增加的趋势，要引起注 意。综上所述，从二甲醚的燃烧机理分析，同等热量条件下，与天然 气、液化石油气等其它燃气相比较，二甲醚燃烧效率提高 5%左右， 而由于其十六烷值较高，特性与柴油相近的原因，可作为理想的柴油 发动机洁净燃料，排放性能优越，因此，推广应用前景十分广阔。而 需要注意的是，由于二甲醚具有富氧燃烧特性，燃烧温度较高，必须 关注其氮氧化物的排放情况。