燃烧学第三章课件

63680
10750
12630
乙烯 (C2H4)
硫化氢 (H2S)
二氧化碳 氧气 (CO2) (O2)
颜色气味 无色窒息 无色浓厚 无色略有 无色无味 性乙醚味 臭鸡蛋味 气味 爆炸极限 2.75~35 ％ 着火温度 540~547
oC
4.3~45.5 364 23670
----------
----------
甲烷 (CH4) 颜色气味 爆炸极限 % 着火温度oC 低位发热量 kJ/m3 530~750 510~630 510~590 610~658 无色微有 葱香 2.5~15 2.5~15 4~80 12.5~80 乙烷 (C2H6) 无色无味 氢气 (H2) 无色无味 一氧化碳 (CO) 无色无味
35670
低位发热 59000 量kJ/m3
气体的腐蚀性和毒性
气体的毒性 • 具有毒性的气体成分（按毒性由大到小）有： – 硫化氢(H2S)、氰化氢(氰氢酸HCN)、二氧化硫 (SO2)、一氧化碳(CO)、氨气(NH3)、苯(C6H6) • 硫化氢(H2S)体积百分数达0.1~0.2可短时间内置人 死亡，达0.05~0.07使人有危险 • 一氧化碳(CO)体积百分数达0.5~1.0可短时间内置人 死亡，达0.2~0.3使人有危险
天然气是优质的气体燃料，其主要成分为CH4，其次 为乙烷等饱和碳氢化合物，各种碳氢化合物在天然 气中的含量占90%以上，因此发热量很高。 天然气用途广泛，除了可以作为工业燃料外，还可 以应用在冶金工业和化工行业，经过调质后也可以 作为民用燃料。
天然气中含有少量的N2和H2S等杂质，燃烧时对环 境污染较煤、油明显减少。天然气除可沿管道输 送外，在不宜铺设管道的地方，或作为生活燃气 和动力燃气使用时，还可以进行加压处理使之在 常温下变为液化天然气（LNG）储存于高压罐中。
（2）混合煤气的发热量计算
Q
net ,ar
=
xQ
1
+
(1 −
x )Q
2
KJ m
3
按各成分气体发热量之和计算
查表获得各成分气体的发热量 燃料发热量的测试 实验测定：容克式量热计
第三节 高炉煤气
组成成分 炼铁炉的副产品，在冶炼过程中主要生成CO，其 体积百分含量约为20%~30%。气体中含有大量 N2和CO2，其体积百分含量占63-70%左右，含尘 也很高60-80g/m3，使用前要除尘。 是一种无色无味、无臭的气体，主要可燃成分是 CO，所以毒性极大。注意：使用中特别要防止 煤气中毒。
0 0
X ＝X
湿
干
100－ H 2O 100
湿
H2O湿：为100m3气体燃料中所含饱和水蒸气的含量％
湿成分与干成分之间可以相互换算，换算的原则与固(液) 体燃料相同。其步骤是：先由附表查出
干 H 2O
g
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1m3干气体所吸收的水蒸气的质量（g/m3)， ；
标准状态下每1mol水蒸气的体积为22.4升，即重量 为18g，1g水蒸气体积即为22.4/18＝1.24升＝ 0.00124m3
第八节 转炉气
转炉炼钢过程中的副产品
70m3/t钢
成分
CO，45-65%
发热量
6270-7530kg/m3
用途
燃料、化工原料；余热利用1600°C，产生蒸汽；烟 尘回收烘干后做精矿粉，用于制造烧结矿
第三章思考题
说明燃气干湿成分的表示方法及换算方法？P19 燃气主要有哪几类？用天然气代替煤或油有哪 些优越性？P20-25
第三章 气体燃料
天然的气体燃料有天然气和石油气 天然气 • 化学工业的宝贵原料 • 居民生活用燃气——13亿人非常庞大的需求 • 工业燃料 • 人造气体燃料有发生炉煤气、高炉煤气、焦炉煤气 • 发生炉煤气，将煤进行气化得到的气体燃料 • 重油裂化气，重油裂解造气得到的气体燃料 • 高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气，对应是高炉炼 铁炼焦炼钢所得副产品
第一节 单一气体的物理化学性质
气体燃料的组成 • 任何一种可燃气体燃料都是由一些单一气体混合 而成 • 可燃性气体成分：CO、H2、CH4、H2S、 其他气态碳氢化合物（碳原子数n<=4）乙烷、乙烯 等 • 不可燃气体成分：CO2、N2、少量O2 其他：水蒸气、焦油蒸汽、粉尘等固体颗粒
单一气体的物理性质
第五节 发生炉煤气
固体燃料在煤气发生炉中进行气化得到的人造气体燃 料 分类：根据气化剂不同 空气发生炉煤气：空气， 水煤气：水蒸气， 3780-4620kg/m3 10080-11340kg/m3
混合发生炉煤气：空气+水蒸气，5040-6720kg/m3
固体燃料的气化是在一定的温度下，借助于空气、水 蒸气 等气化剂的化学作用将固体燃料转化为可燃
气体燃料的优点
①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； ③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； ⑤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； 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。
第一节 单一气体的物理化学性质 第二节 煤气成分的表示方法及发热量 第三节 高炉煤气 第四节 焦炉煤气 第五节 发生炉煤气 第六节 天然气 第七节 重油裂化气 第八节 转炉气
溶水腐蚀性
氨气：碱性、 硫化氢、二氧化碳、氢氰酸：酸性 氧气：氧化性
第二节 煤气成分的表示方法及发热量
气体燃料的化学组成
是指用所含单一气体的体积百分数来表示
湿成分：包括水蒸气在内 干成分：不包括水蒸气 气体燃料中所含的水蒸气在常温下都等于该温度下饱和 蒸气量，当温度变化时，气体中饱和蒸气量也随之变 化，因而气体燃料的湿成分也出现变化。用气体燃料的 干成分来表示其化学组成则可排除这种影响。 进行燃烧计算时要用气态燃料的湿成分来算（这是真正 投入燃烧的），这时应依据当时的温度，根据该温度下 饱和水蒸气含量由干成分换算成湿成分。
气体的过程。 发生炉煤气的热值一般为3780-11340KJ/m3。工业炉 中最常用的是混合发生炉煤气。发生炉煤气的成分主 要是CO、H2、CH4、N2等。
第六节 天然气
种类 干天然气：气田 伴生天然气或油性天然气：油田，含石油蒸汽 组成 CH4等碳氢化合物占90％以上、少量H2S、N2 、CO2 、 CO等。 发热量： 很高，33440-41800kg/m3 用途 工业燃料、化工原料、生活煤气、动力煤气、液化天然气
第七节 重油裂化气
将高分子液体碳氢化合物在800-900°C下通过水 蒸气发生分解，以得到分子量较小的气态碳氢化 合物和H2、CO等可燃气体。 C-C链发生断裂: CnH2n+2→ CmH2m+2 + Cm’H2m’ C-H链发生断裂： CnH2n+2→ CnH2n+H2 转化反应 结合反应 蒸汽重整：反应产物与水蒸气作用生成H2、CO
气体燃料干湿成分换算关系
气体燃料成分的表示方法有两种：即湿成分和干成分。
CO
湿
+ H
湿 2
+ CH
湿 4
+ C H
n
湿 m
+ H S
2
湿
+ SO
湿 2
+ O
湿 2
+ N
湿 2
+ H O
2
湿
= 100
0 0
CO
干
+ H
干 2
+ CH
干 4
+ C H
n
干
m
+ H S
2
干
+ SO
干
2
O
干
2
+ N
干
2
= 100
H2S置死的重庆开县 井喷
2003年12月23日21时 55分，重庆开县，中石 油川东北气田罗家寨16 号井发生井喷事故，剧 毒硫化氢夺走了243条 人命(其中包括两名矿 井工人)，4000多人中 毒就医，10万人疏散。
使人致死的火灾烟气
• 火灾中死亡的人70％以上是死于烟气中毒，只有 少部分人是直接被烧死 • 有毒烟气一般是由以CO为主，氰化氢等多 种成分组成的复杂混合物 • 一般的中毒顺序：身体不适（胸闷头胀） 行动迟缓、无力，意识模糊，昏迷，死亡
发热量
较低 ，只有3762-4180kJ/m3
理论燃烧温度
1400-1500°C，需预热空气和煤气
用途
产量大，3800-4000m3/t焦炭； 用于焦炉、或与焦炉煤气混合用于平炉
第四节 焦炉煤气
炼焦副产品 1t煤炼焦时可得到730-780kg焦炭，300-350m3焦炉煤气、 25-45kg焦油 成分－是无色有臭味的气体 可燃成分：H2、CH4、CO 惰性气体少： N2+CO2 8-16% 焦油蒸气、水蒸气：送入管网前（荒焦炉煤气－含焦油和 水蒸气）先冷凝 发热量 高，15890-17140kJ/m3 用途 与高炉煤气或发生炉煤气配成热量为836kg/m3的混合煤气 用于平炉
H 2 O 湿 = 100 ×
干 0.00124 g H 2 O 干 1 + 0.00124 g H 2 O
H O
2
湿
= 0 . 124 g
干
H O
2
100 100 + 0 . 124 g
g H O
2
很多数据表只有各温度下水蒸汽的饱和蒸 汽压，而没有直接的水蒸汽含量数据，此 时如何确定水蒸汽的含量
第二节 煤气成分的表示方法及发热量
发热量 1. 公式计算
（1）气体燃料发热量的计算(门捷列夫计算公式)
Q
net，ar
用湿成 分体积 百分比
= 128 CO
+ 108 H
+ 360 CH
4
+ 599 C H
2 4
+ 231 H S
2
KJ m
3
Qg＝128CO＋128H 2＋399CH 4＋638C 2 H 4＋251H 2S KJ/m3