18、天然气作燃料讲解

一、天然气的燃烧及燃烧技术
着火
天然气与空气混合物燃烧过程分两个阶段：着火和剧烈燃烧， 其中着火阶段是燃烧的准备工作。着火有支链着火和热力着火之 分。
支链着火 是指一定条件下，由于活化中心浓度迅速增加引起反 应加速，是反应由稳定的氧化反应转变为不稳定氧化反应的过程。
热力着火 是指一定条件下，由于系统中氧化反应产生的热量大
一、天然气的燃烧及燃烧技术
② 高速燃烧器 该燃烧器是我国20世纪70年代着手研制并推广的新型设备，其主 要特点是：燃气在高热强度下燃烧；高温烟气以很高速度从燃烧室 喷出，实现快速对流换热。 ③ 浸没燃烧 浸没燃烧又称液中燃烧，是一种新型燃烧技术。它是将燃料与空
气充分混合后送入燃烧室进行完全燃烧，将高温烟气喷入液体中，
于散失的，导致热量积聚，使温度急剧上升引起的着火。天然气-空 气混合物的热力着火不仅与天然气的物理化学性质有关，而且也与
燃烧系统的热力学条件有关。
一、天然气的燃烧及燃烧技术
点火
点火方式主要有以下几种： ① 均匀点火 一般天然气燃烧工程不适用此类方法点火。 是目前应用最为广泛的一种点火方法。
② 瞬时点点火
天然气作燃料
唐建峰
天然气作燃料
一、天然气的燃烧与燃烧技术 二、天然气作工农业燃料 三、天然气作住宅及商业用燃料
天然气作燃料
一、天然气的燃烧与燃烧技术
（1）概述
（2）天然气燃烧的基本原理
（3）天然气燃烧方法与火焰的稳定性
（4）常用燃烧器及几种新型的燃烧技术
一、天然气的燃烧及燃烧技术
（1）概述 天然气是理想的优质燃料，广泛用于国民经济的各个部门。 目前天然气产量的90%以上用作燃料。天然气燃料的优点主要 可归纳为： ① 清洁燃料，与煤或石油相比具有明显环保优势。 ② 燃烧效率远高于煤或石油制品。
烧器和旋流式燃烧器。如图7~8所示。
图1 单管燃烧器
图2 冲焰式扩散燃烧器 图3 薄焰式扩散燃烧器
图4 孔罩式扩散燃烧器
图5 多缝式扩散燃烧器 1-内管空气调节板； 2-外套空气调节环； 3-燃气封口
图6 炉床式扩散燃烧器 1-燃烧器；2-炉蓖；3-耐火砖；4-石棉； 5-火孔；6-燃气管
图7 套管式燃烧器
③ 电火花点火 火焰传播 天然气燃烧时，其火焰传播方式为层流火焰传播，即火焰通 除了电火花点火外，还有电热丝、小火点火源等。
过分子键传递，从可燃混合物的一层传播到相邻层。
一、天然气的燃烧及燃烧技术
（3）燃烧方法与火焰的稳定性 燃烧方法 天然气的燃烧方法有扩散式燃烧和预混式燃烧两种。
扩散式燃烧 是天然气未预先与空气混合，燃烧所需空气 依靠扩散作用从周围大气中获得燃烧方法，有自然引风式扩散 燃烧和鼓风式扩散燃烧之分。
图8 中心供燃气轴向叶片旋流式燃烧器
一、天然气的燃烧及燃烧技术
③ 引射式预混燃烧器 常用引射式预混燃烧器又称大气式燃烧器，是使用十分广泛 的一种燃烧器，它由头部和引射器两部分组成，示意图见图 9
所示。
引射式预混燃烧器主要有环形燃烧器，棒形燃烧器，星形燃 烧器，管排形燃烧器和完全预混式燃烧器，如图10~13所示。
预混式燃烧 是指将天然气燃烧所需空气与天然气先行混 合，由火孔喷出燃烧，有部分预混式燃烧和完全预混式燃烧之 分。
一、天然气的燃烧及燃烧技术
火焰的稳定性 从火孔流出的天然气-空气混合物点火进入正常燃烧后，火
孔上方的火焰应驻定在某个位臵上，形成稳定的火焰。
若燃烧过程工况条件变化或受外界因素干扰，会导致火焰 不稳定，并出现离焰、脱火、回火和黄焰等不稳定的火焰结构，
图10 环形燃烧器
图11 棒形燃烧器
图12 星形燃烧器及轮形燃烧器
图13 管排形燃烧器
一、天然气的燃烧及燃烧技术
新型燃烧技术及特种燃烧器 下面介绍几种新型燃烧技术及特种燃烧器：平焰燃烧器，高 速燃烧器，浸没燃烧、低NOx燃烧技术，燃气辐射管，催化燃
烧技术，脉冲燃烧技术等。
① 平焰燃烧器 它是20世纪60年代中后期发展起来的一种新型燃烧装臵， 其特点是：加热均匀；炉子升温快；物料加热速度快；炉内压 力均匀；烟气中NOx含量低；降低燃料消耗；制造、安装技术 要求高。
③ 天然气使用非常方便，只要接通气源，凭借阀门启闭即 可点火燃烧或切断停火。
④ 天然气资源比较丰富，为天然气工业的发展奠定了坚实 的基础。
一、天然气的燃烧及燃烧技术
2000年初，我国适时提出“西气东输”计划，在工业、发 电、商业等各部门和家庭中将逐渐推广使用天然气燃料，这必
将为我国国民经济的发展带来巨大的经济、社会和环境效益。
一、天然气的燃烧及燃烧技术
（2）天然气燃烧的基本原理 燃烧反应机理 从反应机理分析，天然气燃烧反应是含有自由基和自由原
子参与的链式反应。
天然气与空气的氧化反应在一定条件下由缓慢氧化转换为 剧烈氧化是由于混合气体存在少量H，OH，CH3等经过活化的 自由基和自由原子，在它们与CH4的反应过程中，这些经过活 化的中间物会随反应不断消失，又更多的形成，从而使天然气 燃烧反应持续进行下去。此即为燃烧反应的链式反应机理。
从而加热液体。 ④ 低NOx燃烧技术 目前已有多种新型低NOx燃烧器，通过抑制NOx生成减少烟气排放。
一、天然气的燃烧及燃烧技术
⑤ 燃气辐射管 其工作原理是：辐射管辐射放热，加热炉内工件。目前工业上应 用最广泛的辐射管是带废热回收的套管型和U型辐射管及带废热在 再循环的套管型辐射管。 ⑥ 催化燃烧技术 催化燃烧势多相催化反应中的完全氧化反应，可燃气体借助催化 剂作用，在低温下完全氧化。 ⑦ 脉冲燃烧技术 脉冲燃烧是20世纪80年代才进入实用开发阶段的一种新型技术。 该技术有很高热效率，广泛用于工业和住宅采暖，粮食，木材等工 业的干燥作业和各类烘房。
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甚至火焰熄灭。
一、天然气的燃烧及燃烧技术
（4）常用燃烧器及几种新型燃烧技术
常用燃烧器 目前，常用的燃烧器有以下几种：
① 自然引风式扩散燃烧器
自然引风式扩散燃烧器主要有管状燃烧器，冲焰式燃烧器，薄焰 式燃烧器，孔罩式燃烧器，多缝式燃烧器和炉床式燃烧器等。如图
1~6所示。
② 鼓风式扩散燃烧器 鼓风式扩散燃烧器是工业炉常用的燃烧器之一，主要有套管式燃