甲烷与氢气混合燃烧的理论计算分析

析。利用计算得到燃气的低位热值、理论空气量、理论烟气量、标况密度、价格、单位热 值 价 格、单 位 热 值 所 需 理 论 空 气 量、
单位热值产生理论烟气量等,对规范建筑陶瓷生产过程能耗实时监控、能源优化调度、能耗数 据 管 理 等 具 有 一 定 的 借 鉴 和
指导作用。
关键词
燃气
燃烧
计算
分析
热值
· 46 ·
陶瓷
(综述) 2023 年 10 月
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甲烷与氢气混合燃烧的理论计算分析
张永伟
李
萍
艾冬华
袁钧宇
(新明珠集团股份有限公司
摘
要
梁益斌
郑锴杰
*
伍志良
广东 佛山 528099)
笔者介绍了甲烷与氢气混合燃烧的具体计算方法,对不同混合比的甲烷与氢气混合 燃 料 进 行 了 理 论 计 算 比 较 分
气压,天然气和氢气价格分别按 5 元/Nm3 和 1.
78 元/
Nm3 计算。具体情况如表 2 所示。
表 2 不同比例混合气的重要性能指标
组成成分
低位热值
百分量(% )
燃气
名称
H2 CH4
kJ
/Nm3
kJ
/kg
理论
理论
空气量
烟气量
(
Nm3
(
Nm3
/Nm ) /Nm )
3
3
H2 -0 0
100 35816.
0.
089
3.
87 0.
1505
3.
55 0.
1535
3.
39 0.
1550
3.
23 0.
1565
3.
07 0.
1580
2.
91 0.
1595
2.
75 0.
1610
2.
59 0.
1625
2.
42 0.
1640
2.
26 0.
1655
2.
10 0.
1670
1.
94 0.
1685
1.
78 0.
1700
1.
性质
甲烷
氢气
相对分子质量
16.
04
2.
02
4.
540
1.
315
35.
82
10.
80
临界温度(
k)
190.
65
临界压力(MPa)
密度(
kg/m
-3
)
0.
714
低热值(
JM/m-3 )
/m
高热值(MJ
-3
)
理论空气需要量
(m3 · m-3 )
向空气扩散的系数
(m2 ·s-1 )
为优化我司能源 结 构,专 门 成 立 能 源 研 究 小 组 对
16152287.
304 8.
095
75 29561.
13952973.
561 7.
738
单位热值Biblioteka 单位热值所需理论产生理论
空气量
烟气量
(
Nm3
(
Nm3
(
kg
/Nm )
3
(元
/Nm3 )
空气量或单位
值价格
热值产生烟气
(元
量随空气过剩
/MJ) 系数变化的速率
/MJ)
0.
2659
0.
2938
0.
714
5.
中图分类号:
TQ174.
6+55 文献标识码:
A
文章编号:
1002-2872(
2023)
10-0046-06
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ZhangYongwe
i,
L
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ng,AiDonghua,YuanJunyu,L
231
H2 -4040
60 25808.
07255586.
616 6.
667
7.
467
H2 -3535
H2 -4545
H2 -5050
H2 -5555
H2 -6060
H2 -6565
H2 -7070
H2 -7575
H2 -8080
H2 -8585
H2 -9090
H2 -9595
H2 -100
100
65 27059.
微量的稀有气体,如氦和氩等。
方向,称得上是未来 最 为 洁 净、能 量 密 度 最 大 的 能 源。
天然气主要用途 是 作 燃 料,天 然 气 每 立 方 燃 烧 热
值为 8000~8500kc
a
l。每公斤液化气燃烧热值为 11
000kc
a
l。气态液化气 的 比 重 为 0.
55。 每 立 方 液 化 气
09454605.
740 7.
024
55 24557.
04956709.
063 6.
310
50 23306.
02758006.
112 5.
952
45 22055.
00559521.
941 5.
595
40 20803.
98261317.
001 5.
238
35 19552.
96063476.
276 4.
0.
60
5.
7~14.
0
18.
2~58.
9
9.
524
2.
381
1.
6×10-5
6.
1×10-5
3 理论计算过程与结果
相关问题进行专项研究。笔者就天然气掺氢燃烧理论
计算进行讨论分析。
12.
09
0.
67
爆炸极限(% )
碳氢化合物 CnHm 的 m /n
0.
089
37.
77
离焰常数
图 1 人类使用能源资源变迁规律
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12046.
82699944.
039 2.
738
10795.
804120913.
002 2.
381
续表 2
7.
849
7.
085
6.
702
6.
320
5.
938
5.
556
5.
174
4.
792
4.
410
4.
027
3.
645
3.
263
2.
881
系统对不 同 比 例 甲 烷 (天 然 气)与 氢 气 的 混 合 燃
0.
683
0.
621
0.
589
0.
558
4.
84 0.
1415
4.
52 0.
1445
4.
36 0.
1460
4.
20 0.
1475
(
Nm3/Mc
a
l)
1.
112
1.
109
1.
105
1.
102
1.
098
1.
094
· 48 ·
陶瓷
H2 -3030
70 28310.
11653741.
238 7.
381
8.
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用之不竭的能源,而 且 氢 氧 结 合 的 燃 烧 产 物 是 最 干 净
的物质———水,是最 理 想 的 CO2 零 排 放 燃 料,可 以 用
于交通、工业、建筑、电 力 等 各 种 设 施 上,因 此,开 发 氢
根据 公 司 相 关 记 录 可 知,在 2020 年 广 东 产 区“煤
能源对人类社会可持续发展具有重要意义。氢气和电
85% )和 少 量 乙
生产成本较高。
图 1 显示化石原料使用的变迁,其规律是从重油、
轻油、汽油、柴油,到 天 然 气、醇 醚 方 向 发 展,即 从 碳 氢
烷(
9% )、丙 烷(
3% )、氮(
2% )和 丁 烷(
1% )组 成,此 外
一般有硫化氢、二氧化碳、氮和水汽和少量一氧化碳及
化合物 CnHm 的 m/n 朝 着 增 大 的 方 向 发 展,碳 的 使
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是 4.
0、
4.
2 元/m3 ,
LNG 天 然 气 价 格 在 3.
5、
3.
8 元/m3
1 概述
左右(不同产区,具体 价 格 存 在 差 异),由 此 可 见,可 见
天然气是存在于地下岩石储集层中以烃为主体的
混合气体的统称,比重约0.
65,比空气轻,具有无色、无
味、无毒之特性。天 然 气 主 要 由 甲 烷 (
格约 900 元/
t左 右;
2023 年 广 东 产 区 的 燃 料 价 格,煤
像石油那样分布不均 匀,可 以 利 用 各 种 能 源 资 源 来 制
改气”初期,天然气价格约为2.
4 元/m3 ,而当时煤炭价
力一样是一种二次 能 源,相 比 之 下,氢 气 能 源 则 是:不
炭到厂价为 1350~1450 元/
料进行了理论计算,经过图像处理分析如下:
0.
2607
0.
2907
0.
527
4.
03 0.
1490
1.
090
0.
2583
0.
2893
0.
464
3.
71 0.
1520
1.
080
0.
2596
0.
2569
0.
2554
0.
2537
0.
2518
0.
2496
0.
2472
0.
2444
0.
2411
0.
2373
0.
2328
085
1.
074
1.
068
1.
060
1.
052
1.
043
1.
033
1.
022
1.
008
0.
992
0.
973
0.
950
0.
922
随着氢气体积百分数增加,烟气中 CO 和 NOX 排放量
有所降低。
3.
1 理论空气量和理论烟气量的分析
由表 2 相关理论空气量与理论烟气量数据处理得
0.
2273
0.
2205
0.
2901
0.
2885
0.
2876
0.
2866
0.
2854
0.
2842
0.
2827
0.
2810
0.
2791
0.
2768
0.
2741
0.
2709
0.
2669
0.
496
0.
433
0.
402
0.
371
0.
339
0.
308
0.
277
0.
246
0.
214
0.
183
0.
152
0.
121
00 0.
1400
0.
2930
0.
652
4.
68 0.
1430
0.
2652
0.
2934
9.
377
0.
2636
0.
2925
8.
613
密度
价格
单位热
/MJ)
10.
142
8.
995
单位热值所需
标况
0.
2644
0.
2627
0.
2618
0.
2919
0.
2914
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陶瓷
能,将化石燃料制备 成 氢 气,再 转 变 成 电,可 以 节 省 能
1 所示。表 1 中的密度、低热值、高 热 值 均 为 20 ℃ 、标
准大气压下的值。
量;没有灰尘、没有废气,环境友好;可以用多种形态的
方式进行存储和输运 [1]。
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表 1 氢气和天然气的主要组分甲烷物理化学性质 [2]
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