第三章 气体燃料

一氧化碳（CO）
无色无臭气体 分子量28 空气中爆炸浓度范围12.5~80% 临界温度：-197℃ 低发热量：12630kJ/m3 着火温度610~658 ℃ 火焰为蓝色 CO有剧毒
乙烯（C2H4）
具有窒息性乙醚气味的无色气体，麻醉作 用 易爆炸，爆炸浓度范围2.75~35% 着火温度540~547℃ 临界温度：+9.5 ℃ 低发热量：58770kJ/m3 空气中浓度达到0.1%对人体有害
发生炉煤气 将固体燃料在煤气发生炉中进行气化而 得到的人造气体燃料 天然气 优质气体燃料， 优质气体燃料，产地在石油产区或为单 纯的天然气田
气体燃料的成分
转炉煤气 高炉煤气 主要可燃成分为CO，含量在45%-65% ，含量在 主要可燃成分为
主要可燃成分为CO，25%-31%，还含有大量的 2和 ， 主要可燃成分为 ，还含有大量的N CO2，占63%-70% ， 可燃成分为H 焦炉煤气 可燃成分为 2，46%-61%；CH4，21%-30%，CO， ； ， ， ， 5%-8% 发生炉煤气空气发生炉煤气 气化剂：空气。 空气发生炉煤气： 发生炉煤气 空气发生炉煤气：气化剂：空气。CO，20%-30% ， H2，15%，N2，50%-60% ， 水煤气：气化剂：水蒸气。 水煤气：气化剂：水蒸气。 CO,40%-45%H2,45%53% 混合发生炉煤气：气化剂：空气水蒸气。 混合发生炉煤气：气化剂：空气水蒸气。CO和H2含量变化 和 较大 天然气 甲烷以及乙烷等饱和碳氢化合物
燃料与燃烧学
源自文库气体燃料
主要内容
单一气体的主要性质 煤气成分的表示方法及发热量计算 高炉煤气 焦炉煤气 发生炉煤气 天然气 转炉气
分类
冶金炉及工业炉窑所用的气体燃料：
高炉煤气 (B Gas) 焦炉煤气 (COG---coke-oven gas) 转炉煤气 发生炉煤气 天然气
气体燃料优点
①燃烧简便，容易完全燃烧； 燃烧简便，容易完全燃烧； ②调节控制方便，易于实现自动控制； 调节控制方便，易于实现自动控制； ③燃烧后无固体灰渣，清洁方便； 燃烧后无固体灰渣，清洁方便； ④对设备磨损小，可以长距离管道输送； 对设备磨损小，可以长距离管道输送； ⑤容易净化，以减少环境污染； 容易净化，以减少环境污染； ⑥可以高温预热，提高燃烧温度，节约燃料； 可以高温预热，提高燃烧温度，节约燃料； 只要避开爆炸范围，可任意调节热负荷， ⑦只要避开爆炸范围，可任意调节热负荷，控制炉 内气氛和压力。 内气氛和压力。
1m3湿气体中所含水蒸汽的体积
发热量计算
气体燃料 KJ/m3 QG=126.2CO+127.5H2+397.1CH4+ 693.9C2H6+627C2H4+255H2S+20.1H2O QD=126.2CO+107.8H2+357.4CH4+ 635.4C2H6+589.4C2H4+234.1H2S 混合气体的发热量 Q混=X1Q1+X2Q2 X1+X2=1
气体燃料中所含的水分在常温下等于该温度下 的饱和水蒸气量
换算公式
气体燃料干湿成分换算关系
100− H2O X %= X % 100
湿 干
湿
H2O湿-100m3湿气体中所含水蒸气的体积 水蒸气湿成分关系式
0.00124g干 H2O H2O湿 =100× 1+ 0.00124g干 H2O
1g水蒸气的体积是： 水蒸气的体积是： 水蒸气的体积是
22.4 ×10−3 = 0.00124 3 / g m 18
1m3干气体所吸收的水蒸汽的重量可由附录 干气体所吸收的水蒸汽的重量可由附录5 查得，即为： 查得，即为： g 干 g / m 3
H 2O
所以得到1m3干气体中所吸收水蒸汽的体积 所以得到
干 0.00124 ⋅ g H 2O m 3 / m 3
用焦炉煤气制取甲醇
甲醇是理想的民用燃料和燃料添加剂， 甲醇是理想的民用燃料和燃料添加剂，是新一代能源 化工重要的有机起始原料
可以获得许多重要的化工产品，如焦油、苯、氨 可以获得许多重要的化工产品，如焦油、
气体燃料的作用
天然气
气田气：从地下气层中引出， 气田气：从地下气层中引出，甲烷含量高达 95%-98%，液化较难，常压下要冷冻到 ，液化较难，常压下要冷冻到162℃才能液化，可使用管道运输 ℃才能液化， 油田气：主要产于油田附近， 油田气：主要产于油田附近，甲烷含量为 75%-87%，油田气一般通过加压的方法使 ， 其液化。 其液化。
煤气成分的表示方法
气体燃料的湿成分
CO湿+H2湿+CH4湿+……+CO2湿+N2湿+O2湿+H2O湿 =100 其中： 其中：CO湿、 H2湿-100m3燃料中该成分的含量
气体燃料的干成分
CO干+H2干+CH4干+……+CO2干+N2干+O2干=100 其中： 其中： CO干、 H2干-100m3干燃料中该成分的含量
气体燃料的可燃成分
混合成分中可燃气体成分
CO，H2，CH4，其他气态碳氢化合物，H2S
不可燃气体成分
CO2，N2，少量O2，水蒸气，焦油蒸气，粉 尘等固体颗粒
单一气体的物理化学性质
甲烷（CH4） 乙烷（C2H6） 氢气（H2） 一氧化碳（CO） 乙烯（C2H4） 硫化氢(H2S) 二氧化碳（CO2） 氧气（O2）
焦炉煤气
发生炉煤气
天然气
气体燃料的作用
转炉煤气
转炉烟气的处理方式有燃烧法与未燃法两种
燃烧法即炉气冲出炉口进入烟罩后， 燃烧法即炉气冲出炉口进入烟罩后，令其与足 即炉气冲出炉口进入烟罩后 够的空气混合，使烟气中可燃成分完全燃烧， 够的空气混合，使烟气中可燃成分完全燃烧，形 成大量的高温废气，再经冷却、净化， 成大量的高温废气，再经冷却、净化，通过风机 抽引排放于大气之中。 抽引排放于大气之中。 废气 废热锅炉 未燃法是炉气冲出炉口进入烟罩， 未燃法是炉气冲出炉口进入烟罩，通过控制使烟 是炉气冲出炉口进入烟罩 气中可燃成分尽量不燃烧，再经冷却、净化后， 气中可燃成分尽量不燃烧，再经冷却、净化后， 由风机抽引送入回收系统贮存加以利用。 由风机抽引送入回收系统贮存加以利用。
温度 F(C)
缓慢 反应 w/o点 火源
容量
自引燃温度 点火引燃
无传播
环境温度
爆燃低限点
% 浓度
爆燃高限点
甲烷（CH4）
无色气体，微有葱臭 分子量取16 与空气混合可引起强烈爆炸，爆炸浓度范 围2.5~15% 着火温度530~750℃ 临界温度：-82.5 ℃ 在空气中浓度较高时才有毒性 低发热量：35740kJ/m3
可燃气体，蒸气或粉尘在空气中的浓度低 于爆炸下限时，遇明火既不会爆炸，也不 会燃烧。 若高于爆炸上限时，遇明火虽然不会爆炸， 但是可以燃烧。 有时经过燃烧一段时间后，因吸入空气， 使可燃气体或蒸气在空气中的浓度下降， 达到爆炸极限于是发生爆炸。
普通燃烧特性
2200
(1204)
在任意浓度瞬时点燃 未点火爆燃
余热利用
转炉烟气温度高达1600℃，可以采用气化冷 ℃ 转炉烟气温度高达 却烟道回收
烟尘利用
烟尘中有近60%的铁经过回收烘干后可作为 的铁经过回收烘干后可作为 烟尘中有近 精矿粉使用
气体燃料的作用
焦炉煤气
利用焦炉煤气发电 可节约煤发电时， 可节约煤发电时，长时间的运输费用 热值比较高， 热值比较高，便于温度控制 燃气易完全燃烧，废气量少，相比煤炭没有固体废渣， 燃气易完全燃烧，废气量少，相比煤炭没有固体废渣， 大气污染小
目前绝大多数顶吹转炉的烟气是采用未燃法、 目前绝大多数顶吹转炉的烟气是采用未燃法、 湿式净化回收系统，称OG系统；有的也采用 湿式净化回收系统， 系统； 系统 未燃、干式净化回收系统，又称LT系统 系统。 未燃、干式净化回收系统，又称 系统。
转炉气的利用
化学能利用
例如：在一定条件下得到甲酸钠， 例如：在一定条件下得到甲酸钠，是一种染化 原料， 原料，而且也生产草酸和甲酸的基本原料
具体气体燃料学习要点
来源 作用 成分 发热量★ 发热量★
气体燃料来源
转炉煤气 高炉煤气 焦炉煤气 转炉炼钢过程的副产品， 转炉炼钢过程的副产品，每吨钢约产气 90m3 高炉炼铁过程得到的副产品，高炉的燃 高炉炼铁过程得到的副产品， 料的热量约有60%转移到高炉煤气中 料的热量约有 转移到高炉煤气中 炼焦生产的副产品， 炼焦生产的副产品，也称为荒焦炉煤气
爆炸浓度极限
是燃气的重要性质之一，因为当燃气和空气（或 氧气）混合时，如果这两种气体达到一定比例时， 就会形成具有爆炸危险的混合气体。该气体与火 焰接触时，即形成爆炸。但是并非任何比例的燃 气——空气混合气体都会发生爆炸，只有在燃 —— 气——空气混合气体中可燃气体的浓度在一定范 围时，气体才能发生爆炸，此范围是从爆炸下限 的某一最小值到爆炸上限的某一最大值。混合气 体的爆炸极限取决于组成气体的爆炸极限及其摩 尔分率。
气体燃料的发热量
转炉煤气 高炉煤气 不高， 不高，为6270-7530KJ/m3 不高， 不高，3762~4180KJ/m3 理论燃烧温度：1400~1500℃ 理论燃烧温度： ℃ 很高， 很高，15890~17140KJ/m3 多与高炉煤气或发生炉煤气混合使用 空气发生炉煤气： 空气发生炉煤气：3780-4620KJ/m3 ， 水煤气： 水煤气：10080-11340KJ/m3，高热值煤气 混合发生炉煤气： 混合发生炉煤气：5040-6720KJ/m3 热值最高， 热值最高，33440~41800KJ/m3
乙烷（C2H6）
无色无臭气体 分子量取30 爆炸浓度范围2.5~15% 着火温度510~630 ℃ 临界温度：-34.5 ℃ 低发热量：63670kJ/m3
氢气（H2）
无色无臭气体 空气中爆炸浓度范围4~80% 着火温度510~590℃ 临界温度：-239.9 ℃ 低发热量：10790kJ/m3（书上有错） 1990年，齐鲁石化公司胜利炼油厂第八 届职工运动会开幕前，由200名小学生组 成的氢气球方队在体育场入口处发生气球 爆燃事故，130人被不同程度地烧伤
转炉煤气
烟气的成分
成分Φ/% 成分 处理方式 CO 未燃法(煤气 未燃法 煤气) 60-80 煤气 燃烧法(废气 燃烧法 废气) 废气 0-0.3 CO2 14-19 7-14 N2 5-10 74-80 O2 0.4-0.6 11-20 0-0.4 0-0.2 H2 CH4 烟气温 度/℃ ℃ 15001600 18002400
气体燃料的作用
转炉煤气净化方式
烟尘的净化方式也有两种， 烟尘的净化方式也有两种，即湿式净化与干式 净化
湿式净化系统是通过水冲洗烟气中的尘埃， 湿式净化系统是通过水冲洗烟气中的尘埃，冲洗 后的烟气得到净化，烟尘形成了泥浆， 后的烟气得到净化，烟尘形成了泥浆，除去水分 加以利用。 加以利用。 干式净化系统可通过尘埃的重力沉降、离心、 干式净化系统可通过尘埃的重力沉降、离心、过 滤和静电等原理使气与尘分离， 滤和静电等原理使气与尘分离，净化后的尘埃是 干粉颗粒，也可回收利用。 干粉颗粒，也可回收利用。
毒性气体
H2S HCN SO2 CO NH3 C6H6
2、工厂储存有Wy=12.4，QDWy=20000kJ/kg 、工厂储存有 ， 煤100t，存放时间长，含水量降低为 y=7.0， ，存放时间长，含水量降低为W ， 变为多少？ 试问煤的质量变为多少， 试问煤的质量变为多少， QDWy变为多少？
硫化氢(H2S)
无色气体，臭鸡蛋气味 易爆炸气体，爆炸浓度范围4.3~45.5% 着火温度：364 ℃ 低发热量：23074kJ/m3 易溶于水 极有毒气体，室内大气中最大允许浓度为 0.01g/m3
腐蚀性气体
NH3 H2S CO2 HCN O2 在水中呈碱性 在水中呈酸性 在水中呈酸性 在水中呈酸性 在水中具有氧化性腐蚀
解：煤的质量变为： 煤的质量变为： G=100(1-12.4%)/(1-7%)=94.2 (t) 煤中的水分从12.4t减少到 减少到6.6t，减少了 煤中的水分从 减少到 ，减少了5.8t 煤全部燃烧后释放热量为100000×20000+ 2512×5800 煤全部燃烧后释放热量为 × × =2014569600kJ 故：QDWy=2014569600/94200=21386kJ/kg