天然氣基本知識(shí)

關(guān)于天然氣基本知識(shí)第1頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月序言天然氣屬于化石燃料，是世界三大一次能源，天然氣的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用歷史都在2600年以上，成書(shū)于春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的《山海經(jīng)》（山經(jīng)）是我國(guó)最早記載天然氣和煤炭的書(shū)籍。雖然我國(guó)是最早發(fā)現(xiàn)使用天然氣的國(guó)家之一，我國(guó)的天然氣實(shí)際應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)落在了歐美國(guó)家的后面.第2頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月什么是天然氣？從地礦角度講主要指油層氣、煤層氣和氣田氣，以及近年來(lái)在海洋考察中發(fā)現(xiàn)的“可燃冰”四類(lèi)可燃性氣體。天然氣是指通過(guò)生物化學(xué)作用和地質(zhì)變質(zhì)作用，在不同的地質(zhì)條件下生成、運(yùn)移，并于一定壓力下儲(chǔ)集在地質(zhì)構(gòu)造中的可燃?xì)怏w。天然氣是由有機(jī)物質(zhì)生成的，這些有機(jī)物質(zhì)是海洋和湖泊中的動(dòng)、植物遺體，在特定的環(huán)境中經(jīng)物理和生物化學(xué)作用而形成的分散的碳?xì)浠衔铩烊粴狻Ｋ念?lèi)氣的共同特點(diǎn)是以甲烷為主要成分，根據(jù)不同的形成地質(zhì)條件，含有不同比例的乙烷、丙烷等低碳烷烴和二氧化碳、氮?dú)?、硫化氫等成分。其中煤層氣俗稱(chēng)“瓦斯”，目前使用的液化天然氣（LNG）實(shí)際上是壓縮凈化并冷卻到零下160℃的油層氣和部分氣田氣，這幾年大家聽(tīng)的最多的“西氣”主要是新疆和陜西的氣田氣,2003年12月23日發(fā)生井噴事故，造成243人死亡的重慶川東北天然氣礦16號(hào)井產(chǎn)出也是氣田氣?！翱扇急睌?shù)量巨大但尚不具開(kāi)采條件。甲烷的完全燃燒反應(yīng)式：CH4+3O2=CO2+2H2O甲烷的不完全燃燒反應(yīng)式：CH4+2.5O2=CO+2H2OCH4+2O2=C+2H2O

第3頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月LNG與CNGCNG(compressednaturalgas)是壓縮天然氣的英文縮寫(xiě),主要用于市郊小區(qū)供氣。常見(jiàn)的車(chē)載CNG是采用高強(qiáng)度儲(chǔ)罐存儲(chǔ)的，天然氣的儲(chǔ)存壓力為20MPa。由于這種高壓壓縮方案導(dǎo)致儲(chǔ)氣率不高，所存儲(chǔ)的壓縮天然氣的質(zhì)量只有儲(chǔ)罐本身質(zhì)量的1/5～1/10，并且會(huì)給行車(chē)安全帶來(lái)一定的隱患，其使用有較大的局限性。LNG(LiquefiedNaturalGas,)即液化天然氣是一種低溫液態(tài)燃料，可常壓存儲(chǔ)運(yùn)輸。大氣壓下，液化天然氣的沸點(diǎn)為-160℃，體積縮小到原來(lái)的1/600，相當(dāng)天然氣被以60MPa以上的壓力壓縮，從而增大了能量密度。第4頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月LPG(LiquefiedPetroleumGas)液化石油氣（英文縮寫(xiě)LPG）指比較容易液化，通常以液態(tài)形式運(yùn)輸?shù)氖蜌猓?jiǎn)單地說(shuō)就是液化了的石油氣。液化石油氣在常溫常壓下呈氣態(tài)狀態(tài)，在常溫加壓或常壓低溫下很容易從氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，便于運(yùn)輸及貯存，故稱(chēng)液化石油氣。

是石油生產(chǎn)加工過(guò)程中的副產(chǎn)品，如同天然氣一樣最初都是白白燒掉的，一次次的能源危機(jī)沖擊下，人們逐漸重視到LPG和天然氣的能源價(jià)值，開(kāi)始了兩種氣源的規(guī)?；谩Ｊ澜绺鞯厝司M(fèi)量日益提高。

第5頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月可燃冰可燃冰又稱(chēng)天然氣水合物（NaturalGasHydrate，簡(jiǎn)稱(chēng)GasHydrate），或籠形包合物（Clathrate），它是在一定條件（合適的溫度、壓力、氣體飽和度、水的鹽度、pH值等）下由水和天然氣組成的類(lèi)冰的、非化學(xué)計(jì)量的、籠形結(jié)晶化合物，其遇火即可燃燒。它可用M·nH2O來(lái)表示，M代表水合物中的氣體分子，n為水合指數(shù)（也就是水分子數(shù)）。組成天然氣的成分如CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系物以及CO2、N2、H2S等可形成單種或多種天然氣水合物。形成天然氣水合物的主要?dú)怏w為甲烷，對(duì)甲烷分子含量超過(guò)99％的天然氣水合物通常稱(chēng)為甲烷水合物（MethaneHydrate）。天然氣水合物在廣泛分布在大陸、島嶼的斜坡地帶、活動(dòng)和被動(dòng)大陸邊緣的隆起區(qū)、極地大陸架以及海洋和一些內(nèi)陸湖的深水環(huán)境。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，一單位體積的天然氣水合物分解最多可產(chǎn)生164單位體積的甲烷氣體，因而其是一種重要的潛在未來(lái)資源。第28屆國(guó)際地質(zhì)大會(huì)提供的資料顯示，海底有大量的天然氣水合物，可滿足人類(lèi)1000年的能源需要.

第6頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月天然氣分類(lèi)

1．按生成條件分

(1)氣田天然氣：甲烷85％～95％，乙烷、丙烷很少，C4及以上組分甚微。

1)純氣田天然氣：不含重?zé)N，主要含CH4。

2)凝析油氣田天然氣：在地層中為氣相，經(jīng)井口時(shí)壓力下降，溫度低于該狀態(tài)的露點(diǎn)溫度，則丙烷、丁烷會(huì)形成凝析液，并伴有水。

(2)油田伴生氣：與石油共生，處于油層頂或溶于石油中，CH4占65％～80％，含乙烷及以上較多的烴類(lèi)，熱值大于氣田氣。

(3)煤層氣：與煤層共同生成，聚集于地質(zhì)構(gòu)造中，主要成分為CH4，伴有一些CO2等氣體。

(4)礦井氣：在采掘煤炭的過(guò)程中，從煤層中釋放的伴生氣，與礦井中空氣混合，稱(chēng)礦井氣。礦井氣熱值較低。第7頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2．按烴組分含量分類(lèi)

(1)干氣drygas：壓力為0．1MPa，20℃條件下，1m3井口天然氣中戊烷重?zé)N液體含量小于13．5×10-3m3的天然氣。

(2)濕氣wetgas：同等條件下，戊烷重?zé)N含量大于13．5×10-3m3的天然氣。

(3)富氣richgas：每1基準(zhǔn)m3井口流出物中，C3以上重?zé)N液體含量超過(guò)9．4×10-5m3的天然氣。

(4)貧氣leangas：每1基準(zhǔn)m3井口流出物中，C3以上重?zé)N液體含量不超過(guò)9．4×10-5m3的天然氣。

(5)酸性天然氣：含有顯著的H2S和CO2等酸性氣體，需要進(jìn)行凈化處理才能達(dá)到管輸標(biāo)準(zhǔn)的天然氣。

(6)潔氣(凈氣)：H2S和CO2含量甚微，不需要進(jìn)行凈化處理的天然氣。

(7)油井天然氣：氣：油(體積比)<3000的天然氣。

(8)油氣井天然氣：氣：油(體積比)≥3000的天然氣。第8頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3．按華白數(shù)(W)及燃燒勢(shì)(CP)分類(lèi)表所示為按華白數(shù)及燃燒勢(shì)對(duì)天然氣分類(lèi)。

天然氣華白數(shù)(W)燃燒勢(shì)(CP)類(lèi)別號(hào)標(biāo)

準(zhǔn)(單位：MJ／Nm3)范圍(單位：MJ／Nm3)標(biāo)

準(zhǔn)范

圍4T18．016．7～19．32522～576T26．424．5～28．2292～6510T43．8

41．2～47．33331～3412T53．548．1～57．84036～8813T56．554．3～58．84140～94第9頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月氣源組分高位熱值(MJ/Nm3)低位熱值(MJ/Nm3)華白指數(shù)(MJ/Nm3)燃燒勢(shì)(CP)相對(duì)

密度甲烷乙烷丙烷異丁烷正丁烷戊烷氮?dú)釩H4C2H6C3H8iC4H10nC4H10C5H12N2澳洲LNG88.777.542.590.450.560.000.0644.61

40.39

56.05

41.850.63印尼LNG96.641.970.340.150.000.000.9040.41

36.48

53.34

40.220.57也門(mén)LNG91.955.082.120.270.480.030.0943.27

39.02

55.37

42.680.61新疆LNG86.2312.770.340.000.000.000.6643.7439.46

55.37

42.790.63海南LNG78.2819.851.830.000.000.000.0445.25

41.03

56.3143.530.65北海LNG82.07616.8270.7750.0560.05650.046

45.52

41.24

56.55

43.820.65珠海海上天然氣85.8110.610.190.010.01

4.1940.18

36.27

53.16

39.930.65西氣東輸

96.271.770.300.060.080.121.4040.27

36.36

52.99

39.850.58國(guó)內(nèi)外氣源及燃燒特性

第10頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

我國(guó)天然氣氣質(zhì)技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目一類(lèi)二類(lèi)三類(lèi)高位發(fā)熱值，MJ/m3﹥31.4總硫(以硫計(jì))，mg/m≤100≤200≤460硫化氫，≤6≤20≤460二氧化碳，%(V/V)≤3.0

水露點(diǎn)，℃在天然氣交接點(diǎn)的壓力和溫度條件下，天然氣的水露點(diǎn)應(yīng)比最低環(huán)境溫度低5℃注

1本標(biāo)準(zhǔn)中氣體體積的標(biāo)準(zhǔn)參比條件是101.325kPa，20℃。

2本標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施之前建立的天然氣輸送管道，在天然氣交接點(diǎn)的壓力和溫度下，天然氣中應(yīng)無(wú)游離水。無(wú)游離水是指天然氣經(jīng)機(jī)械分離設(shè)備分不出游離水天然氣作為民用燃料，總硫和硫化氫含量應(yīng)符合一類(lèi)氣或二類(lèi)氣的技術(shù)指標(biāo)。該標(biāo)準(zhǔn)是參照各國(guó)對(duì)民用天然氣中硫化氫含量范圍，同時(shí)考慮用戶的安全以及設(shè)備管線的防腐而作出的。

第11頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月國(guó)外天然氣氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)國(guó)別英國(guó)荷蘭法國(guó)俄羅斯美國(guó)企

業(yè)British

GasGas

UnieGasde

France—AGAH2S(mg／m3)557205．7硫醇硫(mg／m3)6／161516．93611．5總硫(mg／m3)120／150150150—22．9CO2(摩爾百分比)21．532(體積百分比)—O2(摩爾百分比)0．5／3O．50．51(體積百分比)—水露點(diǎn)

地面溫度-10℃55

mg／m3冬季：-35℃；夏季：-20℃110

mg／m3烴露點(diǎn)地面溫度-5℃———第12頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月各類(lèi)天然氣燃具對(duì)應(yīng)的技術(shù)參數(shù)指標(biāo)天然氣華白指數(shù)W，MJ/Nm3

燃燒勢(shì)CP華白指數(shù)偏差范圍

(界限氣與基準(zhǔn)氣比較)標(biāo)準(zhǔn)范圍標(biāo)準(zhǔn)范圍4T18.016.7～19.32522～57-7.0%～+7.0%6T26.424.5～28.22925～65-6.0%～+8.0%10T43.841.2～47.33331～34-6.0%～+8.0%12T53.548.1～57.84036～88-10.0%～+8.0%13T56.554.3～58.84140～94-4.2%～+3.9%第13頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月天然氣的基本性質(zhì)一、物理化學(xué)性質(zhì)

1．組成天然氣是一種多組分的混合氣體，其組成可用質(zhì)量分率、容積分率、摩爾分率來(lái)表示。質(zhì)量分率：燃?xì)庵懈鲉我唤M分的質(zhì)量與燃?xì)饪傎|(zhì)量的比值。容積分率：在相同溫度，壓力條件下，燃?xì)庵懈鲉我唤M分的容積與燃?xì)饪側(cè)莘e的比值(體積分?jǐn)?shù))。摩爾分率：燃?xì)庵懈鲉我唤M分的摩爾數(shù)與燃?xì)饪偰枖?shù)之比。第14頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．平均分子量天然氣是以甲烷為主的多種氣體混合物，只能以平均參數(shù)即平均分子量來(lái)表示，而不能以一個(gè)分子式表示其組成。平均分子量的計(jì)算公式如式。

M=∑viMi或M=∑miMi

式中M——天然氣平均分子量；

vi——天然氣各組分的體積分?jǐn)?shù)；

mi——天然氣各組分的摩爾分?jǐn)?shù)；

Mi——天然氣各組分的分子量。為計(jì)算方便，將燃?xì)獾目傎|(zhì)量與燃?xì)獾目偰枖?shù)之比稱(chēng)為燃?xì)獾钠骄肿恿?，?jì)算公式為式。

M=

m/

n

式中

M——燃?xì)獾钠骄肿恿浚?/p>

m——燃?xì)獾目傎|(zhì)量(kg)；

n——燃?xì)獾目偰枖?shù)(kmol)。第15頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3．平均密度天然氣是許多種氣體的混合物，所以其密度以平均密度表示。單位容積的天然氣所具有的質(zhì)量，稱(chēng)為該燃?xì)獾钠骄芏?，單位為千克／?或千克／標(biāo)米3(kg/m3或kg／Nm3)。天然氣平均密度計(jì)算公式如式所示。

ρ=

m/v

式中

ρ——天然氣的平均密度(kg/m3或kg／Nm3)；

m——天然氣的總質(zhì)量(kg)；

V——天然氣的總?cè)萘?m3)。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣的平均密度可用燃?xì)庵懈鹘M分的密度與其體積百分比的乘積求得，如式(2-4)。

ρ0=∑ρiVi

式中

P0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣的平均密度(kg／Nm3)；

ρi——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣中各組分的密度(kg／Nm3)；

Vi——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣中各組分的體積百分比(％)。第16頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4．相對(duì)密度在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，氣體的密度與干空氣的密度之比，稱(chēng)為該氣體的相對(duì)密度。天然氣相對(duì)密度一般為0．58～0．62；油田伴生氣因重組分含量較高，為0．7～0．85，均比空氣輕。相對(duì)密度沒(méi)有單位，以S表示，通常用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。

S=ρ0／ρ空氣

式中

S——燃?xì)獾南鄬?duì)密度；

ρ0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下燃?xì)獾钠骄芏?kg／Nm3)；

ρ空氣——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的平均密度(kg／Nm3)。第17頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

5．含水量和水露點(diǎn)單位體積的天然氣中所含水蒸氣的質(zhì)量稱(chēng)為天然氣的含水量，單位為g／Nm3。在一定的溫度和壓力下，一定體積的天然氣所含的水蒸氣量存在一個(gè)最大值。當(dāng)含水量等于最大值時(shí)，天然氣中的水蒸氣達(dá)到飽和狀態(tài)。飽和狀態(tài)時(shí)的含水量稱(chēng)為天然氣的飽和含水量。在一定條件下，與天然氣的飽和含水量對(duì)應(yīng)的溫度值稱(chēng)天然氣的水露點(diǎn)。含水量與溫度和壓力有關(guān)，在一定條件下，當(dāng)含水量超過(guò)一定值(飽和)時(shí)，則形成水化物或液相水，堵塞管道，加快管線腐蝕。故必須控制含水量。商品天然氣已脫水，使其含水量低于-30℃時(shí)的飽和狀態(tài)(<0．39／Nm3)，輸送時(shí)可看作等溫降壓或升溫降壓，因此不析出冷凝水，故可不設(shè)排水裝置。第18頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

二、熱力學(xué)性質(zhì)和燃燒特性

1．熱值熱值指單位數(shù)量(1kmol，1Nm3或1kg)燃?xì)馔耆紵龝r(shí)所放出的全部熱量，單位為MJ／kmol、MJ／Nm3或MJ／kg。高熱值：完全燃燒后，其燃燒產(chǎn)物和周?chē)h(huán)境恢復(fù)到燃燒前溫度，其中水蒸氣凝結(jié)成同溫度水后放出的全部熱量。低熱值：完全燃燒后，其燃燒產(chǎn)物和周?chē)h(huán)境恢復(fù)到燃燒前溫度后放出的全部熱量，不計(jì)水蒸氣凝結(jié)熱。天然氣的熱值是其重要的熱力學(xué)特性，廣泛的應(yīng)用于科技及工程領(lǐng)域，在經(jīng)營(yíng)管理方面，同樣具有十分重要的作用。一些發(fā)達(dá)國(guó)家均以燃?xì)獾母邿嶂底鳛殇N(xiāo)售定價(jià)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。政府通過(guò)立法監(jiān)督燃?xì)獾母邿嶂担_保各類(lèi)品種的燃?xì)鉄嶂捣€(wěn)定。另一方面各類(lèi)用戶都以燃?xì)獾母邿嶂底鳛樯a(chǎn)成本計(jì)算的依據(jù)。因此，各發(fā)達(dá)國(guó)家在燃?xì)鈶?yīng)用方面都精確的控制燃?xì)獾母邿嶂?，其政府也相?yīng)制定和頒布了該國(guó)的燃?xì)鉄嶂禈?biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法。我國(guó)由于歷史原因一直以低熱值作為燃?xì)鈶?yīng)用和計(jì)算的指標(biāo)，城市燃?xì)怃N(xiāo)售長(zhǎng)久以來(lái)則一直以流量為基礎(chǔ)，氣價(jià)基本以低熱值作參照制定。各類(lèi)企業(yè)和商業(yè)行業(yè)用戶，在成本管理的過(guò)程中也沒(méi)有引入或建立以高熱值為基準(zhǔn)的熱平衡模式。第19頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2．華白指數(shù)華白指數(shù)是一個(gè)互換判定參數(shù)，直觀地反映了燃?xì)馊紵匦耘c燃?xì)馕锢硖匦缘年P(guān)系。華白指數(shù)的計(jì)算方法并不統(tǒng)一。在國(guó)際上多數(shù)國(guó)家采用一般華白指數(shù)的計(jì)算方法，用以控制燃?xì)獾念?lèi)別及其特性指標(biāo)。也有一些國(guó)家采用實(shí)用華白指數(shù)的計(jì)算方法，用以控制燃具的熱負(fù)荷。一般華白指數(shù)W計(jì)算公式如式。

W=Hh／

式中

W——燃?xì)獾囊话闳A白指數(shù)(MJ／kg)；

Hh——燃?xì)獾母邿嶂?MJ／Nm3)；

S——燃?xì)獾钠骄鄬?duì)密度。實(shí)用華白指數(shù)Ws計(jì)算公式如式(2-7)。

WS=H1／

(2-7)

式中WS——燃?xì)獾膶?shí)用華白指數(shù)(MJ／kg)；

H1——燃?xì)獾母邿嶂?MJ／Nm3)；

ρ——燃?xì)獾钠骄芏?kg／Nm3)。華白數(shù)是在互換性問(wèn)題產(chǎn)生初期所使用的一個(gè)互換性判定指數(shù)，各國(guó)一般規(guī)定在兩種燃?xì)饣Q時(shí)華白數(shù)的變化不大于±(5％～10％)。第20頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3．著火溫度可燃?xì)怏w與空氣混合物在沒(méi)有火源作用下被加熱而引起自燃的最低溫度。按照謝苗諾夫(Semenow

N．)的理論，著火溫度不是可燃混合物的物理常數(shù)，它與混合物和外部介質(zhì)的換熱條件有關(guān)?？扇?xì)怏w在氧氣中的著火溫度一般比空氣中的著火溫度低50～100℃。天然氣在空氣中的最低著火溫度約為530℃，天然氣的著火溫度取決于其在空氣中的濃度，也和天然氣與空氣的混合程度、壓力、爐膛的尺寸以及天然氣、空氣的溫度等因素有關(guān)。第21頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4．爆炸濃度極限(著火濃度極限)

可燃?xì)怏w在空氣中濃度達(dá)到一定比例范圍時(shí)會(huì)發(fā)生燃燒或爆炸。當(dāng)可燃?xì)怏w在空氣中的濃度低于某一極限時(shí)，氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量不足以補(bǔ)充散熱損失而不能將混合物加熱至著火溫度，燃燒反應(yīng)不能繼續(xù)，這時(shí)的可燃?xì)怏w濃度稱(chēng)爆炸濃度下限。當(dāng)可燃?xì)怏w濃度超過(guò)某一極限時(shí)，由于空氣不足造成缺氧，燃燒同樣會(huì)停止，這時(shí)的氣體濃度稱(chēng)為爆炸濃度上限。當(dāng)天然氣中CH4>95％時(shí)，天然氣的爆炸濃度極限可直接選取CH4爆炸極限5．0％～16．0％。第22頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

5．燃燒速度垂直于燃燒焰面，火焰向未燃?xì)怏w方向傳播的速度，稱(chēng)為“燃燒速度”。它不僅對(duì)火焰的穩(wěn)定性和燃?xì)獾幕Q性有很大影響，而且對(duì)燃燒方法的選擇及燃具的安全使用也有實(shí)際意義。燃燒速度與下列條件有關(guān)：燃?xì)馀c空氣的混合比例、燃?xì)饨M分、溫度、混合速度、混合氣體壓力。一般用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定。第23頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

6．燃燒勢(shì)氣源種類(lèi)的不斷增多，使得燃燒特性差別較大的兩種燃?xì)獯嬖谀芊窕Q的問(wèn)題，僅靠華白數(shù)就不足以判斷。在這種情況下，還必須引入一個(gè)可以反映火焰特性(即產(chǎn)生離焰、黃焰、回火和不完全燃燒的傾向性)的指標(biāo)。它與燃?xì)獾幕瘜W(xué)、物理性質(zhì)直接有關(guān)，但到目前為止還無(wú)法用一個(gè)單一的指標(biāo)來(lái)表示。燃燒勢(shì)是一個(gè)表示離焰、回火和CO互換特性的參數(shù)。其函數(shù)形式為：式中

Cp——燃燒勢(shì)；

H2、CO、CH4、CmHn——燃?xì)庵袣?、一氧化碳、甲烷和碳?xì)浠衔?除甲烷外)的體積成分；

S——燃?xì)獾南鄬?duì)密度；

u——由于燃?xì)庵泻趿考昂瑲淞坎煌氲南禂?shù)；

v——由于燃?xì)庵泻瑲淞坎煌氲南禂?shù)；

k——各種CmHn的特定系數(shù)。第24頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

三、燃?xì)馊紵姆€(wěn)定性和互換性

1．燃?xì)馊紵姆€(wěn)定性以有無(wú)脫火、回火和黃焰的現(xiàn)象來(lái)衡量燃?xì)馊紵姆€(wěn)定性。正常燃燒時(shí)，燃?xì)怆x開(kāi)火孔速度同燃燒速度相適應(yīng)，這樣在火孔上形成一個(gè)穩(wěn)定的火焰。如果燃?xì)怆x開(kāi)火孔的速度大于燃燒速度，火焰就不能穩(wěn)定在火孔出口處，而離開(kāi)火孔一段距離，并有些顫動(dòng)，這種現(xiàn)象叫離焰；如果燃?xì)怆x開(kāi)火孔的速度繼續(xù)增大，火焰繼續(xù)上浮，最后會(huì)熄滅，這種現(xiàn)象叫脫火。相反，當(dāng)燃?xì)怆x開(kāi)火孔的速度小于燃燒速度，火焰會(huì)縮入火孔內(nèi)部，導(dǎo)致混合物在燃燒器內(nèi)進(jìn)行燃燒、加熱，破壞一次空氣的引射，并形成化學(xué)不穩(wěn)定燃燒，這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為回火。當(dāng)燃燒時(shí)空氣供應(yīng)不足(如風(fēng)門(mén)關(guān)小)，不會(huì)產(chǎn)生回火，但此時(shí)在火焰表面將形成黃色邊緣，這種現(xiàn)象稱(chēng)為黃焰，它說(shuō)明產(chǎn)生化學(xué)不完全燃燒。但當(dāng)過(guò)量增大一次空氣時(shí)，火焰就縮短，甚至火從進(jìn)氣風(fēng)門(mén)處冒出來(lái)，這也是常見(jiàn)的回火現(xiàn)象。例如在燃燒液化石油氣時(shí)，可以觀察到有發(fā)光火焰。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是在燃燒反應(yīng)之初氧氣不足，其中一部分燃?xì)夥肿尤紵?，并使未燃的燃?xì)鉁囟壬叩?00℃以上，這個(gè)溫度超過(guò)了化學(xué)鍵的破壞點(diǎn)，使丙烷分子解體。當(dāng)丙烷分子的高速運(yùn)動(dòng)，使它們之間相互碰撞，使氫原子脫離，使碳原子成為自由原子，在這樣的溫度下碳原子為白熾的，使火焰發(fā)出光。總之，脫火、回火、離焰和黃焰等現(xiàn)象，是與一次空氣系數(shù)、火孔出口流速、火孔直徑以及制造燃燒器材料等因素有關(guān)。第25頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2．燃?xì)饣Q性任何燃具都是按一定的燃?xì)獬煞衷O(shè)計(jì)的，即燃具通常只適用于一種燃?xì)?。在一些情況下，即使燃燒器不需要重新調(diào)整，也能適應(yīng)燃?xì)獬煞职l(fā)生的某些改變。當(dāng)燃?xì)獬煞肿兓淮髸r(shí)，燃燒器燃燒工況雖有改變，但尚能滿足燃具原有設(shè)計(jì)要求，那么這種變化是允許的。但當(dāng)燃?xì)獬煞肿兓^(guò)大時(shí)，燃燒工況的改變使得燃具不能正常工作，這種變化就是不允許的。一般的，設(shè)某一燃具以A燃?xì)鉃榛鶞?zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)整，由于某種原因要以S燃?xì)庵脫QA燃?xì)?，如果燃燒器不加以任何調(diào)整而能保證燃具正常工作，則表示S燃?xì)饪梢灾脫QA燃?xì)?，或稱(chēng)S燃?xì)鈱?duì)A燃?xì)舛跃哂小盎Q性”。A燃?xì)夥Q(chēng)為“基準(zhǔn)氣”，S燃?xì)夥Q(chēng)為“置換氣”。反之，如果燃具不能正常工作，則稱(chēng)S燃?xì)鈱?duì)A燃?xì)舛詻](méi)有互換性。應(yīng)該指出，互換性并不總是可逆的，既S燃?xì)饽苤脫QA燃?xì)?，并不代表A燃?xì)庖欢苤脫QS燃?xì)狻Ｈ細(xì)獾幕Q性是對(duì)燃?xì)馍a(chǎn)單位提出的要求，它限制燃?xì)庑再|(zhì)的任意改變。如果用戶采用的是液化石油氣燃具，而供給用戶的是天然氣，那么用戶是不能正常使用的。這是因?yàn)槿細(xì)獬煞指淖?，其熱值、密度和燃燒特性發(fā)生變化，導(dǎo)致燃燒器的熱負(fù)荷、一次空氣系數(shù)、燃燒穩(wěn)定性、火焰結(jié)構(gòu)、煙氣中一氧化碳含量等燃燒工況發(fā)生變化。第26頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月燃?xì)鈮毫?、相?duì)密度、熱值對(duì)燃具的熱負(fù)荷是非常重要的參數(shù)，即當(dāng)燃?xì)夂銐簳r(shí)，熱值、相對(duì)密度的變化影響華白指數(shù)的變化，從而引起燃具熱負(fù)荷的變化。燃具熱負(fù)荷與華白指數(shù)之間有如下關(guān)系：

Q=K·W

(2-9)

(2-10)

式中

K——比例常數(shù)；

Q——燃具熱負(fù)荷(kW)；

W——華白指數(shù)或熱負(fù)荷指數(shù)(MJ／Nm3)；

H——燃?xì)鉄嶂?MJ／Nm3)；

S——燃?xì)庀鄬?duì)密度。華白指數(shù)是代表燃?xì)馓匦缘囊粋€(gè)參數(shù)。如有兩種燃?xì)獾臒嶂岛兔芏染幌嗤?，但只要它們的華白指數(shù)相等，就能在同一燃?xì)鈮毫ο?，在同一燃具上，獲得同一熱負(fù)荷和一次空氣系數(shù)。各國(guó)一般規(guī)定在兩種燃?xì)饣Q時(shí)，華白指數(shù)的變化不大于±(5％～10％)。第27頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月但是對(duì)燃燒特性差別較大的兩種燃?xì)獾幕Q問(wèn)題，除了華白指數(shù)之外，還必須考慮其火焰特性，即是否會(huì)產(chǎn)生離焰、回火、黃焰和不完全燃燒的傾向，它與燃?xì)獾幕瘜W(xué)、物理性質(zhì)有關(guān)。燃具的適應(yīng)性是指燃具對(duì)于燃?xì)庑再|(zhì)變化的適應(yīng)能力。如果在燃?xì)庑再|(zhì)變化范圍較大的情況下，某種燃具仍能正常工作，則稱(chēng)該種燃具適應(yīng)性大。因此互換性是對(duì)燃?xì)馄焚|(zhì)所提的要求，為了保證燃具正常工作，燃?xì)庑再|(zhì)的變化不能超過(guò)某一范圍。而適應(yīng)性是對(duì)燃具性能所提的要求，即一個(gè)合格的燃具應(yīng)能適應(yīng)燃?xì)庑再|(zhì)的某些變化。要使燃具適應(yīng)性質(zhì)相差很大的不同燃?xì)?，必須采用“通用燃燒器”，通常是更換或調(diào)節(jié)燃燒器的個(gè)別部件，如噴嘴、一次空氣閥、燃燒器及火孔蓋等。第28頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月天然氣與其他種類(lèi)燃?xì)獾膮^(qū)別一、燃?xì)獾姆诸?lèi)城市民用和工業(yè)用燃?xì)庖话愣际腔旌蠚怏w。其可燃組分可能有氫、一氧化碳、甲烷和碳?xì)浠衔?，不可燃組分可能有氮、二氧化碳等惰性氣體，此外，還有少量氧氣和微量雜質(zhì)(硫化氫、焦油、萘)。按照其來(lái)源或生產(chǎn)方法大致可分成四類(lèi)：天然氣、人工燃?xì)狻⒁夯蜌夂蜕餁狻?/p>

1．天然氣天然氣主要是由低分子量的碳?xì)浠衔锝M成的混合物。所謂的純天然氣其組分以甲烷為主，甲烷含量在90％以上，含少量的二氧化碳、硫化氫、氮和微量的氦、氖、氬等氣體，熱值約為33．44～36．47MJ／Nm3。甲烷氣體在常壓下，溫度為-162℃時(shí)液化為液態(tài)甲烷稱(chēng)液化天然氣。液化天然氣的體積約為氣態(tài)的1／600，有利于運(yùn)輸和儲(chǔ)存，其他有關(guān)知識(shí)見(jiàn)前兩節(jié)。第29頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2．人工燃?xì)馊斯と細(xì)馐侵笍墓腆w或液體燃料加工所生成的可燃?xì)怏w。包括：焦?fàn)t煤氣、發(fā)生爐煤氣和油制氣等。

(1)焦?fàn)t煤氣：利用冶金焦?fàn)t、連續(xù)式直立炭化爐(伍德?tīng)t)和立箱爐等，對(duì)煤進(jìn)行隔絕空氣干餾所得的氣體產(chǎn)品。這類(lèi)燃?xì)庵屑淄楹蜌浜枯^高，標(biāo)態(tài)下熱值在18MJ／Nm3左右，無(wú)色有味，由于含氫量大，所以燃燒速度很高，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下密度約0．5kg／Nm3。

(2)發(fā)生爐煤氣：以劣質(zhì)煤或焦炭作原料，在發(fā)生爐中氣化得到的。根據(jù)氣化劑不同生成的煤氣可分為混合發(fā)生爐煤氣、水煤氣和高壓氣化爐煤氣。由于混合發(fā)生爐煤氣和水煤氣中一氧化碳較多，具有很強(qiáng)的毒性，而熱值只有5．4～10MJ／Nm3，不適合作城市氣源，一般作工業(yè)企業(yè)的燃料或工藝生產(chǎn)原料，也可作為城市的摻混補(bǔ)充氣源。以劣質(zhì)煤為原料，以空氣和水蒸氣為氣化劑在加壓的條件下，可生產(chǎn)熱值約為15MJ／Nm3左右的煤氣。該氣體氫和甲烷含量較多，一氧化碳含量較低，燃燒特性近似于焦?fàn)t氣，適于作城市氣源，并因其壓力高可長(zhǎng)距離輸送。

(3)油制氣：是以石油產(chǎn)品為原料，在水蒸氣存在和800～900℃溫度下，將油霧化裂解并進(jìn)行廣義的水煤氣反應(yīng)，生成含氫、甲烷和重碳?xì)浠镙^多的可燃?xì)怏w。按制取方法的不同可分為重油蓄熱催化裂解煤氣和重油蓄熱熱裂解煤氣兩種。重油蓄熱熱裂解煤氣的主要成分為甲烷、乙烯和丙烯，熱值約為41．8MJ／Nm3，一般作為城市摻混氣源或化工原料。重油蓄熱催化裂解煤氣的主要成分為氫氣、甲烷和一氧化碳，熱值在18．81～22．99MJ／Nm3左右，可直接作為城市氣源。第30頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3．液化石油氣液化石油氣是開(kāi)采和煉制石油過(guò)程中，作為副產(chǎn)品而獲得的一部分碳?xì)浠衔铩Ｖ饕煞譃楸?、丙烯、丁烷、丁烯。在常溫下呈氣態(tài)，但加壓或冷卻后很易液化，液化后其體積為氣態(tài)時(shí)的1／250，具備了能用受壓鋼制容器儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)臈l件。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣態(tài)液化氣的密度在1．9～2．6kg／Nm3之間，熱值約為92．1～121．4MJ／Nm3；液態(tài)密度為550～570kg／m3，熱值約為45．2～46．1MJ／kg。

4．生物氣有機(jī)物質(zhì)在隔絕空氣及適當(dāng)?shù)臏囟?、含水率和酸堿度條件下，受發(fā)酵微生物作用而生成的氣體，統(tǒng)稱(chēng)為“生物氣”。生物氣的主要可燃成分為甲烷，又稱(chēng)“沼氣”。凡是廢棄的動(dòng)植物和微生物，以及生活和生產(chǎn)中的各種有機(jī)廢物(城市垃圾和農(nóng)作物廢料及人畜糞便)，都可以在一定條件下發(fā)酵制成生物氣。生物氣一般還含30％～40％的二氧化碳，少量的氫、硫化氫和氮。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下熱值約為20～25MJ／Nm3。第31頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月為了便于了解我國(guó)燃?xì)獾慕M分和特性，下表給出幾種常用燃?xì)獾某煞峙c特性數(shù)據(jù)，這些燃?xì)饩哂幸欢ǖ拇硇?，可供參考。但由于我?guó)燃?xì)夥植歼|闊，各氣源的天然氣或油田伴生氣的成分和特性并不完全相同，各地人工燃?xì)庖餐捎谥茪鈺r(shí)所使用的原料不同，采用的生產(chǎn)工藝不同，或使用的配氣比不同，同一類(lèi)別的人工燃?xì)馄涑煞趾吞匦砸膊煌耆嗤?。因此，在?shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以核對(duì)和分析。在正式設(shè)計(jì)和選用燃燒設(shè)備以及進(jìn)行有關(guān)計(jì)算時(shí)，應(yīng)盡可能以氣源的實(shí)際資料作為依據(jù)。第32頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月燃?xì)夥N類(lèi)名稱(chēng)組分CH4C3H8C4H10CmHnCO2O2N2COH2C3H6C4H8天然氣純天然氣980．30．30．4——1————石油伴生氣81．76．24．864．940．30．21．8

——

—

—凝析氣田氣74．36．81．8714．91．620．55————礦井氣52．4———4．6736————焦?fàn)t煤氣焦?fàn)t煤氣27——2315656——伍德?tīng)t煤氣18——750．321756——立箱式爐煤氣25——60．549．555——發(fā)生爐氣高壓氣化煤氣18——0．730．341856——水煤氣1．2———8．20．2434．452——混合煤氣1．8——0．42．40．256．430