氣體燃料的組成及特性

1、鍋爐與鍋爐房設(shè)備施工 教案模塊一：鍋爐房設(shè)備的基本知識單元三：鍋爐燃料氣體燃料的組成及特性 學 院 內(nèi)蒙古建筑職業(yè)技術(shù)學院 院 （部） 機電與暖通工程學院 教 師 王思文 氣體燃料的組成及特性教學目的通過課程教學，挖掘?qū)W生潛在創(chuàng)造力，激發(fā)學生的工程設(shè)計能力。以工作任務形式組織學生進行項目訓練，培養(yǎng)學生團隊意識，組織協(xié)調(diào)能力、創(chuàng)新思維能力，溝通交流能力，自我學習能力、分析問題和解決問題的能力。通過學習，學生能夠掌握鍋爐與鍋爐房的基本知識，為今后繼續(xù)學習鍋爐打下結(jié)實的基礎(chǔ)。教學目標能力（技能）目標知識目標素質(zhì)目標1具有分析氣體燃料基本特性的能力。1 掌握燃氣的組成成分。2 掌握燃氣的基本特性（體積

2、分數(shù)；平均密度；比體積；相對密度；粘度；臨界參數(shù)；體積熱容；著火溫度；爆炸極限；發(fā)熱量；華白數(shù)）1挖掘?qū)W生潛在創(chuàng)造力，激發(fā)學生的自主學習積極性；2培養(yǎng)學生的與人交流、與人合作的能力，培養(yǎng)學生解決問題、自我學習能力。任務與案例任務：根據(jù)教學內(nèi)容， 掌握燃氣的組成成分及基本特性。案例：1. 利用教材的內(nèi)容進行理論學習。重點難點及解決方法重點：1.燃氣的組成成分及基本特性。 難點：無 參考資料鍋爐與鍋爐房設(shè)備 夏喜英主編 哈爾濱工業(yè)大學出版社鍋爐及鍋爐房設(shè)備杜漸主編 中國電力出版社工業(yè)鍋爐設(shè)備 丁崇功主編 機械工業(yè)出版社工具與媒體計算機、打印機、錄像、課件、圖紙、筆、橡皮、專業(yè)相關(guān)資料等。授 課 教

3、 案一、 氣體燃料的基本概念1. 氣體燃料：指在常溫、常壓下保持氣態(tài)的燃料，簡稱燃氣。2. 燃氣的特點：易點火、易燃燒、易操作、易實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，而且燃燒產(chǎn)物中無廢渣和廢液，煙氣中SOx和NOx的含量少。燃氣是最理想的潔凈燃料。二、 燃氣的組成1. 可燃組分一氧化碳(CO)、氫氣(H2)和碳氫化合物(CmHn)等。2. 不可燃組分氮氣(N2)、氧氣(O2)和二氧化碳(CO2)等。3. 有害雜質(zhì)1) 焦油與灰塵的危害：堵塞通道、附件及燃燒器噴嘴，影響鍋爐正常燃燒。2) 萘的危害：當燃氣中含萘量大于燃氣溫度相應的飽和含萘量時，過飽和部分的氣態(tài)萘以結(jié)晶狀態(tài)析出，沉積于管內(nèi)而使管道流通斷面減小，堵塞甚至

4、堵死管道，造成供氣中斷。3) 硫化氫的危害：可燃的有害雜質(zhì)，腐蝕儲罐、管道、設(shè)備和燃燒器，硫化氫燃燒產(chǎn)生的SO2和SO3，不僅腐蝕鍋爐金屬受熱面，而且還污染大氣環(huán)境。4) 一氧化碳的危害：無色、無臭、無味、有劇毒的氣體。規(guī)定燃氣中一氧化碳的體積分數(shù)應小于10%。5) 氨的危害：氨對燃氣管道、設(shè)備及燃燒器起腐蝕作用。燃燒時產(chǎn)生NO、NO2等有害氣體，影響人體健康，并污染大氣環(huán)境。6) 水分的危害：水和水蒸汽能與液態(tài)和氣態(tài)碳氫化合物作用，生成固態(tài)結(jié)晶水化物，堵塞管道、閥門、儀表（流量計、壓力表、液位計等）和設(shè)備（調(diào)壓器、過濾器等），影響正常供氣；水蒸氣還能加劇O2、H2S、SO2對管道、閥門、燃燒

5、器及鍋爐金屬受熱面的腐蝕作用。7) 殘液的危害：液化石油氣中C5及C5以上的碳氫化合物組分的沸點高，在常溫、常壓下不能氣化，而留存在鋼瓶、儲罐等壓力容器內(nèi)，稱為殘液。它增加了用戶更換氣瓶的次數(shù)，而且增加了交通運輸量。三、 燃氣的基本特性1. 氣體燃料的體積分數(shù)：在相同溫度和壓力條件下，燃氣中各單一組分的體積和燃氣總體積的比值稱為體積分數(shù)。（示例氫氣）2. 燃氣的平均密度：單位體積的燃氣所具有的質(zhì)量稱為燃氣的平均密度，用符號表示，單位為kg/m3。3. 燃氣的比體積：單位質(zhì)量的燃氣所占有的體積稱為燃氣的比體積，用符號表示，單位為m3/kg或Nm3/kg。4. 燃氣的相對密度：燃氣的平均密度與相同

6、狀態(tài)下空氣的平均密度之比值稱為燃氣的相對密度。（標準狀態(tài)下空氣的平均密度為1.293kg/m3）5. 粘度：氣體燃料的粘度用動力粘度、運動粘度和條件粘度表示。隨著壓力，燃氣的粘度，這一特性與燃料油相同。隨溫度，燃氣的粘度，而燃料油的粘度隨溫度而。6. 臨界參數(shù)：當溫度不超過某一數(shù)值，對氣體進行加壓可以使氣體液化，而在該溫度以上，無論施加多大壓力都不能使之液化，這個溫度就稱為該氣體的臨界溫度；在臨界溫度下，使氣體液化所需的壓力稱為臨界壓力；此時的比體積稱為臨界比體積。上述參數(shù)統(tǒng)稱為臨界參數(shù)，分別用符號Tc 、Pc 、Vc 表示，其單位分別為K、MPa、m3/kg。7. 燃氣的體積熱容1)體積定壓

7、熱容：保持燃氣壓力不變時，1m3燃氣溫度升高(或降低)1K所吸收(或放出)的熱量稱為氣體的比定壓熱容。用符號Cp表示，單位為kJ/(m3K)。2)體積定容熱容：保持燃氣容積不變時，1m3燃氣溫度升高(或降低)1K所吸收(或放出)的熱量稱為氣體的比定容熱容，用符號Cv表示，單位為kJ/(m3K)。8. 著火溫度：燃氣開始燃燒時的溫度稱為著火溫度。單一氣體在純氧中的著火溫度比在空氣中的數(shù)值低50100。氣體名稱氫一氧化碳甲烷乙炔乙烯乙烷丙烯著火溫度T/K673878813612698788733氣體名稱丙烷丁烯正丁烷戊烯戊烷苯硫化氫著火溫度T/K7236586385635338335439. 爆炸

8、極限：當可燃氣體或油氣與空氣混合物的濃度達到某個范圍時，一遇明火或溫度升高到某一數(shù)值就會發(fā)生爆炸的濃度范圍稱為爆炸濃度極限。例如一氧化碳與空氣混合的爆炸極限為12.5%74%?？扇夹曰旌衔锬軌虬l(fā)生爆炸的最低濃度和最高濃度，分別稱為爆炸下限和爆炸上限，這兩者有時亦稱為著火下限和著火上限。在低于爆炸下限時不爆炸也不著火；在高于爆炸上限時不會爆炸，但能燃燒。這是由于前者的可燃物濃度不夠，過量空氣的冷卻作用，阻止了火焰的蔓延；而后者則是空氣不足，導致火焰不能蔓延的緣故。當可燃物的濃度大致相當于反應當量濃度時，具有最大的爆炸威力(即根據(jù)完全燃燒反應方程式計算的濃度比例)。常見物質(zhì)的爆炸極限見下表。名稱爆

9、炸極限（%）名稱爆炸極限（%）下限上限下限上限甲烷5.015.0戊烯1.48.7乙烷2.913.0苯1.28.0乙烯2.734.0氫氣4.075.9乙炔2.580.0一氧化碳12.574.2丙烷2.19.5汽油1.48.0丙烯2.011.7煤油1.47.5正丁烷1.58.5重油1.26.0丁烯1.610.0原油1.711.3戊烷1.48.310. 燃氣的發(fā)熱量1) 燃氣的發(fā)熱量是指標準狀態(tài)下單位體積燃氣完全燃燒時所放出的全部熱量，用符號Q表示，單位為kJ/m3或kJ/kg。2)分為：高位發(fā)熱量、低位發(fā)熱量。3)燃氣發(fā)熱量的確定：實驗方法測定或根據(jù)燃氣的組分用公式進行計算。11. 華白數(shù)（W、k

10、J/m3）：華白指數(shù)是衡量燃氣熱流量大小的特性指數(shù)，也是不同類型燃料互換性的一個重要指標。燃燒器噴嘴前壓力不變時，燃具熱負荷Q與燃氣熱值H成正比，與燃氣相對密度的平方根成反比，而燃氣的高熱值(kJ/m3)與燃氣相對密度（S）的平方根之比稱為華白數(shù)。四、 燃氣的分類1. 天然氣1) 氣田氣（純天然氣）：從氣井直接開采出來的可燃氣體，其主要組分CH4的體積分數(shù)大于90%，低位發(fā)熱量Qnet36MJ/m3。2) 油田伴生氣：指與石油共生的天然氣，包括氣頂氣和溶解氣兩種。油田伴生氣的主要組分CH4的體積分數(shù)80%，乙烷及其以上烴類含量一般較高，低位發(fā)熱量Qnet48 MJ/m3。3) 凝析氣田氣：是一種深層的天然氣，它除了含有大量的甲烷外，戊烷與戊烷以上的烴類含量較高，還含有汽油和煤油組分，低位發(fā)熱量Qnet48 MJ/m3。4) 礦井氣（煤層氣）：礦井氣也稱為礦井瓦斯，是成煤過程中的伴生氣，主要組分甲烷。甲烷的體積分數(shù)約等于30%55%，低位發(fā)熱量Qnet1220 MJ/m3。2. 人工燃氣以煤或石油為原料，經(jīng)過各種熱加工過程制得的可燃氣體，稱為人工燃氣，分為：干餾煤氣、氣化煤氣、油制燃氣、高爐煤氣。具體發(fā)熱量見下表。類型低位發(fā)熱量Qnet （MJ/m3）干餾煤氣1517氣化煤氣515油制燃氣熱裂解法35催化裂解法17部分氧化法10加氫裂解法2533.5高爐煤氣