燃气专业技术培训教材

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1、第一章 燃气基础知识一、 燃气种类 燃气通常由多种单一气体混合而成，其组分主要是可燃气体。可燃气体主要有碳氢化合 物、氢和一氧化碳。非燃气体主要有氮气、二氧化碳和氧气。此外燃气中还含有少量的混杂 气体和杂质，如水蒸气、氨、硫化氢、萘、焦油和灰尘等以及微量的惰性气体氦（He）、氩（Ar） 等。氢气是焦炉燃气的主要成分。它是一种比重最轻、无色无味、很难液化的气体，其在空 气或氧气中燃烧时产生淡蓝色火焰并放出大量的热。一氧化碳是一种无色无味的有毒气体，比空气稍轻，难溶于水，不易液化。在空气中燃 烧时，火焰为蓝色，产生二氧化碳并放出大量的热。当空气中一氧化碳含量达到 0.1%（体 积比）时，就会引起中

2、毒。甲烷是天然气的主要成分。它在常温下是气体，无色无味，比空气轻，微溶于水。在空气中燃烧时发出光和热。甲烷在1000 C以上会分解成碳和氢气；在约-162 C时，可由气 体变成液体，体积可缩小约1/600倍，称为液化天然气，储存在低温储罐中。（1T液化天然 气2.22立方液化天然气1330立方天然气（公司目前按照1480计算），1立方液化天然气 450kg液化天然气。丙烷、丙烯、丁烷、丁烯是液化石油气的主要成份。这些碳氢化合物在常温常压下呈气 态，供用户使用；而当压力升高或温度降低时，又很容易使它转变为液体，其体积缩小约 250 倍，便于运输与储存。各种单一可燃气体的燃烧特性见表11单一可燃气

3、体的燃烧特性表 11序 号气体名称分子式爆炸极限L120 C （上/下）空 气中的体 积（）着火 温度t（ C）燃烧反应式理论空气量 和耗氧量 （m3 / m3）理论烟气量Vf （m3 / m3）热值Q(KJ/ m3)空气O2CO2H2ON2Vf高低1氢比75.9/4.0400比+0.5 O9= H9O2.380.5一1.01.882.8812724107682一氧化碳CO74.2/12.5605CO+0.5 O2= CO22.380.51.0一1.882.8812615126153甲烷CH415.0/5.0540CH4+2 O2=2 CO2+h2o9.522.01.02.07.5210.52

4、39752358224乙炔C2H280.0/2.5335C2H2+2.5 O2=2 CO+HO11.902.52.01.09.4012.4058370563955乙烯C2H434.0/27425C2H4+3 O2=2 CO2+2H2O14.283.02.02.011.2815.2863294593436乙烷C2H613.0/2.9515C2H6+3.5 O2=2 CO+3HO16.663.52.03.013.6118.1670190642517丙烯C3H611.7/2.0460C3H6+4.5 O2=3 CO2+3H2O21.244.53.03.016.9222.9293456874668丙烷

5、C3H89.5/2.1450C3H8+5。2=3 CO?+4H?O23.805.03.04.018.8025.80101039930309丁烯C4H810.0/1.6385C4H8+6 O2=4 CO2+4H2O28.566.04.04.022.5630.56125559117425C4H10+6.5 O9=24.433.4133581233610丁烷n-C4H108.5/1.536530.946.54.05.04 CO2+5H2O4404C5H10+7.5 O2=28.238.2158841484911戊烯c5h108.7/1.429035.707.55.05.05 CO2+5H2O0084

6、C5H112+8 O2=30.041.0168231563712戊烷C5H128.3/1.426038.088.05.05.05 CO2+6H2O8874C6H6+7.5O2=28.237.2161881554113苯c6h68.0/1.256035.707.56.03.06 CO2+3H2O0072硫化H2S+1.5O2=14h2s45.5/4.32707.141.51.01.05.647.642530623329氢S O2+H2O燃气种类很多，按燃气成因可分为：天然气、人工煤气、液化石油气、生物气（沼气）等。等。燃气天然气人工煤气液化石油气_气井气 石油伴生气 凝析气田气矿井气或煤层气煤制

7、气L油制气N.GC.N.GL.N.G高炉煤气 干馏煤气-气化煤气天然气 压缩天然气 液化天然气发生炉煤气水煤气蒸汽一氧气煤气（压力气化） 一两段式气化炉煤气一重油蓄热热裂解气-重油蓄热催化裂解气石油炼油厂炼制-凝析气田气、石油伴生气一生物气（沼气）天然-人造（一）天然气天然气一般可分为四种：从气井开采出来的气田气或称纯天然气;伴随石油一起开采出 来的石油气，也称石油伴生气；含石油轻质馏分的凝析气田气；从井下煤层抽出的矿井气或 煤层气。优质可燃气体称为天然气。用天然气作为能源取得优质可燃气体供民用、商业、工业企 业作为燃料；天然气是指埋藏在地下深处动、植物通过生物、化学作用及地质变化作用，在 不

8、同地质条件下生成、迁移，在一定压力下储集，埋藏在深度不同的地层中的可燃气体；其 次，天然气是一种以低分子饱和碳氢化合物为主要成分的可燃气体混合物；再次，纯天然气 的组分以甲烷为主，在O.IMPa、0 C时，天然气比重为0.555,比空气轻。沸点-161.49 C, 低于沸点温度天然气变成液体，液态天然气的体积为气态时的1/600，有利于运输和储存。 天然气爆炸极限为 5%15%（空气中体积），天然气极易爆炸；最后，天然气又是制取合成 氨、甲醇、炭黑、乙炔等化工产品的原料气。同时，还被用作汽车燃料。天然气在用于联合 发电系统、热泵（供热和制冷）及燃料电池等方面都具有十分诱人的前途。（二）人工燃气

9、人工燃气是指以固体燃料或液体燃料为原料而制得的可燃气体。按其生产方式不同可分 为干馏煤气、气化煤气及油制气。1、干馏煤气将煤隔绝空气加热到一定温度时，煤中所含挥发物开始挥发，产生焦油、苯和煤气，剩 留物最后变成多孔的焦炭，这种分解过程称为干馏。利用焦炉、连续式直立碳化炉（又称伍 德炉）等对煤进行干馏所获得的煤气称为干馏煤气。用干馏方式生产煤气每吨煤可产煤气 300500此类煤气中氢和甲烷的含量较高低发热值一般为16.7MJ/N 左右。2、气化煤气以固体燃料（煤或焦炭）为原料，以氧气（空气、富氧空气或纯氧）和水蒸气等为气化 剂，在高温条件下通过化学反应将固体燃料转化为气体燃料的过程为气化，气化后

10、得到的可 燃气体称为气化煤气。按生产方法和气化剂的不同，气化煤气可分为：压力气化煤气、发生 炉煤气和水煤气。其中压力气化煤气可以单独作为城市燃气气源。水煤气和发生炉煤气发热 值低，而且一氧化碳含量高，毒性大，不能单独作为城市燃气气源。但可用来加热焦炉连续 式直立炭化炉，以顶替出发热值较高的干馏煤气，增加供应城市的气量也可以和其它发热值 较高的燃气掺混，调节供气量和调整燃气发热值，作为城市燃气的调度气源。两段式气化炉煤气包括发生炉型两段炉煤气和水煤气型两段炉煤气。水煤气型两段式完 全气化炉，上段为干馏段，下段为气化段。煤气的主要成份是氢气和一氧化碳，其低热值在 12MJ/Nm3左右。由于一氧化碳

11、含量在30%左右，经过处理，可采用部分一氧化碳变换及加臭 等技术措施，可作为中、小城镇气源，也可以作掺混或调峰气源。3、油制气油制气是以重油、柴油或石脑油等为原料制得的可燃气体。按制取方法不同，油制气可 分为热裂解气和催化裂解气。以重油为原料制取热裂解气，每吨重油可产气500-600 m3， 发热值为3338 MJ/N m3；制取催化裂解气每吨重油可产气11001300 m?,发热值约为 1921 MJ/N m3。油制气的主要成分为烷烃、烯烃等碳氢化合物及少量的一氧化碳。油制气 既可作为城市燃气的基本气源，又可作为城市燃气的调度气源。（三）液化石油气液化石油气是在开采和炼制石油过程中，作为副产

12、品而获得的C、C为主要成分的碳氢34化合物。这些碳氢化合物在常压下的沸点为一42.7C一0.5C，所以在常温常压下以气体 状态存在，而当压力升高或温度降低时，很容易使之转化为液体状态，所以称这类碳氢化合 物为液化石油气。液化石油气的热值为108.44MJ/Nm3左右。目前我国供应的液化石油气主 要来自炼油厂的催化裂解装置。液化石油气产量通常约占催化装置处理原料的7%8%。液化石油气可罐装运输，供应灵活，投资少，设备简单，建设速度快所以液化石油气供 应事业发展很快，一度成为城镇燃气气源之一。随着天然气事业发展，液化石油气趋向于城 郊边缘发展。（四）生物气（沼气） 各种有机物质，如蛋白质、纤维素、

13、脂肪、淀粉等，在一定温度、湿度、酸碱度和隔热 空气条件下，经过微生物发酵分解作用而产生一种以甲烷为主要成分的可燃气体，叫做沼气。 发酵的原料可以是垃圾、粪便、树叶杂草等有机物质。沼气的组分中甲烷的含量约为60%， 二氧化碳为35%,此外还含有少量的氢、一氧化碳等气体。发热值约为20.9 MJ/N m目前 主要用于农村。各种燃气的主要组分及低发热值见表12.燃气的组分及低发热值表 12序号燃气类别组分（体积）低 发热值 (KJ/N m3)C3H8C4H10C Hm nOH2CO2O2N2-一一天然气1纯天然气980.30.30.41.0362202石油伴生气81.76.24.864.940.30

14、.21.8454703凝析气田气74.36.751.8714.911.620.55483604矿井气 人工燃气52.44.67.036.018840（一）固体燃料干馏煤气1焦炉煤气272656315182502连续式直立炭化炉煤气181.7175650.32161603立箱炉煤气259.55560.5416120（二）固体燃料气化炉煤气1压力气化煤气180.7185630.34154102水煤气1.234.452.0&20.24.0103803发生炉煤气1.80.430.4&42.40.256.45900（三）油制气1重油畜热热裂解气28.532.172.6831.512.130.622.39

15、421602重油畜热催化裂解气16.6517.246.57.01.06.717540（四）高炉煤气0.328.02.710.558.53940三液化石油气（概略值）5050108440四生物气（沼气）60少量少量35少量21770二、 燃气的质量标准（一）杂质的影响和有害气体的毒害作用。1、焦油和粉尘：人工燃气中常带有焦油雾和尘粒,这些都易于堵塞管道和燃具。2、萘 ：人工干馏煤气中含萘较多。燃气在管道内温度逐渐下降,当其含萘量超过饱和 量时,过饱和部分的气态萘以结晶态析出。这种白色结晶沉积在管道和燃具的燃气通道中 并堵塞通道,如果与焦油和粉尘粘合,情况更严重。3、氨：城市燃气中的氨对管道、设备

16、和燃具有腐蚀作用，其燃烧产物NO、NO2等有 害气体,影响人体健康,并污染环境。4、一氧化碳：人工煤气中含有较多的一氧化碳。燃气燃烧烟气中也会产生一氧化碳， 在燃烧不完全时会产生更多的一氧化碳。一氧化碳是无色无味的气体，相对密度为0.97，当在空气中浓度达到0.04%0.06%时 很快就有中毒症状。一氧化碳与人体内血红蛋白的结合能力大大强于氧的结合能力，使血液 降低或失去输氧能力，人体因缺氧而中毒，尤其是脑因缺氧伤害更为严重。5、硫化氢：有强烈臭鸡蛋气味的无色气体，相对密度1.19，它能强烈刺激神经系统和 呼吸系统。轻度中毒时，使人流泪、咳嗽、恶心、呼吸困难、头晕、头痛，严重者失去知觉 甚至停

17、止心跳。当空气中浓度为0.1%时，可使人迅速死亡。6、甲烷、二氧化碳：基本上是无毒物质，但浓度大时可使人窒息直至昏迷、死亡。7、烃类：浓度低时对人没什么毒害作用，但长时间吸入或浓度较大时，有刺激人的呼 吸器官和麻醉作用，浓度很大时，会使人窒息、昏迷直至死亡。（二）燃气的质量标准1、天然气的质量指标（GB178201999）天然气的质量指标应符合表13 的规定。天然气的质量指标表 13项目一类二类三类高位发热量MJ/ m331.40总硫（以硫计）mg/ m3100200460硫化氢mg/ m3W620460二氧化碳 （V/V）1。a值的大小取决于燃气的燃烧方法及燃烧设备的运行工况。在民用然其中a

18、 值一般控制在1.31.6；在工业燃烧设备中，a 一般控制在1.051.20，燃烧方式越先进， 燃烧设备越先进, a 可取得越小。在燃烧过程中，正确的选择和控制a值是十分重要的。a值过小，燃烧反应进行的不彻 底，燃气的化学热值释放不完全，热能被利用的少了； a值过大，则燃烧产物带走了大量的 热能，使加热设备达不到应有的温度，其热效率也就降低了。3、理论烟气量 当只供给理论空气量时，燃气完全燃烧后产生的烟气量称为理论烟气量。理论烟气量的组分是 co2、so2、N2 和 H2Oo前三种组分含在起称为干烟气。包括h2o在内的烟气为湿烟气。常用燃气的理论烟气量见表110理论干烟气体积为Vfo= Vco

19、2+0.79 Vo fo co2o理论湿烟气体积为Vfu= Vco2 +VH2O+0.79 Vofu co2 H2Oo几种常见的燃气的燃烧特性表110序 号燃气种类密度p(kg/ m3)相对密度S热值(MJ/m3)华白数W=Hh爆炸极限(空气中 体积)理论 燃烧 温度 ( C)最大燃烧 速度 u(m/s)理论 空气 量V0(m3/m3)理论烟气量(m3/m3)高Hh低比下上湿干1炼焦煤气0.46860.362319.8217.62257494.535.819980.8574.214.883.762直立炉煤气0.55270.427518.0516.14216884.940.920030.8513

20、.804.443.473水煤气0.70050.541811.4510.38123936.270.421751.4182.163.192.194催化油制气0.53740.415618.4716.52225254.742.920090.9783.894.553.545热裂油制气0.79090.611637.9534.78391053.725.720380.6038.559.397.816纯天然气0.74350.575040.4036.44422875.015.019700.389.6410.648.657石油伴生气1.04150.805452.8348.38473114.214.219860.38

21、12.5213.7311.338矿井气1.01000.790020.9318.8423549一一1900一4.6一一9液化石油气2.52721.9545123.68115.06723481.79.720500.43528.2830.6726.5810人工沼气CH460%CO厂40%1.220.94423.8821.53245788.824.40.1985.716.75.5如CH4+2O2 十 CO2+2H2OVf = v 2+0.79V=l+ （9.52X0.79） =8.52m3fo co2oVfu= Vco2 +VH2O+0.79 Vo=1+2+（9.52.79） =1052m34、实际烟

22、气量 当有过剩空气时，烟气中除理论烟气组分尚含有过剩空气，这时的烟气量称为实际烟气 量。近似计算为：V= Vf+（a-D Vo式中：Vf实际烟气量（m3/ m3）Vfo理论烟气量（m3/ m3）V0理论空气量（m3/ m3）a过剩空气系数（四）着火温度 着火温度是指燃气与空气的混合物开始进行燃烧反应的最低温度。着火温度与燃气种 类、燃气在混合物中的含量、混合物的均匀程度、混合物的压力有关。同时还与加热容器的 构造、加热速度、加热方法、周围的介质等外部热力条件有关。氢的着火温度随着混合物中 氢的含量增加而上升；碳氢化合物的着火温度，除了甲烷以外，一般是随着在混合物中的含 量增加而降低。常用燃气的

23、着火温度见表111。单一可燃气体的燃烧特性表 111序 号气体名称分子式密度p（kg/m3）着火 温度t（ C）爆炸极限（空 气中体积）最大燃烧 速度 u（m/s）最大 燃烧 速度 时一 次空 气系 数a理论空气和耗氧量（m3/ m3）热值（MJ/m3）燃烧 温度（ C）理论 烟气 量（m3/m3干 燃气）Vf0下上空气氧高低1氢H20.0899400475.92.800.572.380.512.710.7922102.882一氧化碳CO1.250660512.574.20.560.462.380.512.6412.6423702.883甲烷CH40.71745405150.380.99.52

24、2.039.835.88204310.524丙烷C3H82.01024502.19.50.421.023.85.0101.293.18215525.805丁烷C4H102.70303651.58.50.381.030.946.5133.8123.57213034.446硫化氢h2s1.53632704.345.57.141.525.3523.3719007.64五）燃烧温度燃烧温度是指燃气按燃烧反应方程式完全燃烧时产生的理论温度。h2o分解成h2与o2。当温度超过一般燃烧产生的烟气温度很高，因此烟气中的某些组分要发生分解。当温度达到 15001600 C时，烟气中一部分CO2分解成CO和O2

25、,2000 C 时，烟气中更多的组分发生分解。为此，燃气的热值一部分要消耗在组分的分解上， 而不可能全部有效转换成烟气的温度，即理论燃烧温度。事实上，燃气的燃烧也不可能在保热的条件下进行，既有向四周散失各种热量，也有燃 气和空气带入的物理热，因此，实际能达到的温度（C）要比理论计算温度低一些。燃气 理论燃烧温度的高低与种类、燃气的热值、燃气产物的热容量和数量、燃气与空气的温度以 及过剩空气系数等因素有关。常有燃气燃烧温度见表110、表 111。（六）燃烧速度垂直于燃烧焰面，火焰向未燃烧方向传播的速度叫做燃烧速度。燃烧速度是可燃气体燃烧最重要特性之一，它不仅对火焰的稳定性和燃气互换性有很大 的影

26、响，而且对燃烧方法的选择及燃气的安全使用也有实际意义。燃气的燃烧速度与下列条件有关：燃气种类、燃气与空气的混合比例、燃气组分、温度、 混合速度、混合气体压力。燃烧速度可采用实验的方法进行测定。东京煤气公司综合研究测 定的最大燃烧速度达 45m/s。燃气燃烧前预先混合的空气量叫做一次空气系数a它对燃气速度的影响很大。燃气和空气混合物的预热温度，温度越高，燃烧速度加快这也是灶具回火原因之一。 燃烧速度随着压力的降低而增大。但对那些燃烧温度很高的氢、甲烷火焰，其燃烧速度 随压力的提高只略微减少。燃气的燃烧速度还可能受其它组分的影响。例如CO与空气混合物的燃烧速度很小，但 只要有少量水蒸气或氢存在，燃

27、烧速度就会显著的提高。常用燃气的燃烧速度见表110、 表 1 11。（七）爆炸浓度极限爆炸浓度极限是燃气的重要性质之一。为空气中含有燃气浓度范围达到爆炸危险的混合 物。该气体与火源接触时，即形成爆炸。该燃气浓度范围称为燃气爆炸浓度极限。如使燃气燃烧，必须使燃气与空气或氧气形成一定比例的混合气，以保证燃气分子不断 进行氧化反应。当混合气中可燃气体过多时，由于助燃气体很少，只能使一小部分可燃气体 燃烧产生热，而这些热量大部分都消耗在加热过剩燃气上，不可能使混合温度升到着火温度。 因此不能产生燃烧或爆炸。当空气中含有燃气浓度增加到不能引起爆炸浓度点称为爆炸上 限；当混合气体中可燃气体过少时，只能产生

28、少量热量，并且大部分消耗在加热助燃气体上。 因此，不能使混合气体温度升至着火温度，从而也不会发生燃烧或爆炸。当空气中含有燃气 浓度减少到不能引起爆炸浓度点称为爆炸下限。爆炸下限与爆炸上限之间即是燃烧爆炸浓度 极限。常见燃气的爆炸极限见表110、表 111.（八）华白指数在燃气工程中对不同种类燃气间互换时，要考虑衡量热流量大小的特性指数华白指 数。在置换气和基准气的化学物理性质相差不大，燃烧特性比较接近时，可以用华白数指标 控制燃气的互换性。各国一般规定两种燃气互换时华白数的变化不大于 5%10%。华白指 数是一项控制燃具热负荷恒定状况的指标。1、一般华白指数W _W=Hh/JS式中：W燃气的一

29、般华白指数（KJ/Nm3）Hh燃气的高热值（KJ/Nm3）S燃气的平均相对密度2、实用华白指数WS _WS= Hl/ V p式中：WS燃气实用华白指数（KJ/Nm3）Hl燃气的低热值（KJ/Nm3）p燃气的密度（KJ/Nm3）（九）燃烧势随着气源种类的增多，出现了燃烧特性差别较大的两种燃气的互换性问题，除了华白指 数以外，还必须引入燃烧势因素。燃烧势是反应燃气燃烧火焰所产生离焰、黄焰、回火和不 完全燃烧的倾向性的一项反映燃具燃气燃烧稳定状况的结合指标。燃烧势CP按下式计算：CP=KX 1.0H2+0.6（CmHn+CO）+0.3CH4/ d式中H2、CmHn、CO、CH4燃气中氢、碳氢化合物（除甲烷以外）、一氧化碳、甲烷体积含量。d燃气相对密度K燃气中氢含量修正系数，按下式计算：K=1+0.0054O22式中 O2燃气中氧组分含量（体积%）