气体燃料燃烧常识

气体燃料燃烧知识

（有焰燃烧）

目录

1、什么是燃料？燃料分哪几类？ (3)

2、气体燃料的种类和组成 (3)

3、天然气的特性 (4)

4、气体燃料燃烧过程分哪三个阶段？ (4)

5、着火浓度极限在实践中的应用 (5)

6、什么是空气消耗系数 (6)

7、空气消耗系数的大小对燃烧过程有何影响？ (7)

8、气体燃料的燃烧方法 (8)

9、燃气燃烧的火焰传播 (9)

10、影响实际燃烧温度的因素有哪些？ (10)

气体燃料燃烧知识

1、什么是燃料？燃料分哪几类？

燃料：凡是在燃烧时，能够放出大量的热，并且此热量能够经济的被利用在工业和其它方面的物质统称为燃料。

通常所说的燃料是指那些能在空气中进行燃烧，以碳为主要成分的物质，一般称之为“碳质燃料”。如煤、重油和燃气。

按其来源和物态，燃料一般可分为：固态燃料、液态燃料和气态燃料三类。

表1 燃料的分类

2、气体燃料的种类和组成

我国气体燃料通常按其成因分类：分为天然气、人工燃气、液化石油气和沼气共四类。

（1）天然气：主要指气田气、油田伴生气、凝析气田气、煤层气和矿井气。其主要组成是甲烷，含量90%左右，还含有乙烷、丙烷、丁烷等烷烃。

（2）人工燃气：主要指干馏煤气、气化煤气和油制燃气等。现代煤化工具有装置规模大、技术集成度高、资源利用优于传统煤化工等特点，利用褐煤制天然气。A.大唐国际克旗年产40亿立方米煤（褐煤）制天然气项目，拟于2012年6月建成向供气；B.大唐年产40亿立方米煤（褐煤）制天然气于2010年动工等数个煤制天然气项目已在建设中。

（3）液化石油气：以凝析气田气和石油伴生气或炼厂气为原料气，经加工而制得的可燃气称为液化石油气。

（4）沼气：各种有机物质在隔绝空气条件下发酵，并在微生物作用下，经生化作用，产生的可燃气体称为沼气。主要组分是甲烷，体积分数为60%左右。

3、天然气的特性

企业使用的天然气，通常是净化处理过的天然气，主要成分是甲烷，现将气体燃料的特性列于下表，以作比较：

表2 气体燃料的特性

4、气体燃料燃烧过程分哪三个阶段？

天然气燃烧过程，可以看作三个阶段，即天然气和空气的混合，混合后的可燃气体的加热和着火、完成燃烧化学反应而进行正常燃烧等三个阶段。

第一阶段：天然气和空气的混合

我们使用的燃烧方式之混合过程属于紊流扩散和机械掺混过程【紊：即杂乱】。其影响因素有：

（1）天然气和空气的流动方式。当天然气和空气平行流动时，混合速度最慢，或叫混合不良，形成的火焰最长；当天然气和空气的流动方向之间有一定夹角，特别是呈旋转运动时，能够加快混合速度，燃烧较好，火焰较短。

（2）气流速度。在紊流情况下，气流速度越大，紊流作用就越强，混合也就越快，越有利用燃烧作用。并且，天然气和空气之气流速度差越大，混合就越快，越有利于燃烧。

（3）气流直径越大，完成混合所需的时间越长。采用多喷口、细流股的喷咀，将气流分成许多细小流股，可以增加天然气和空气之接触面，从而加速其混合，提高燃烧强度。

（4）适当增大空气消耗系数，可以使混合加快，火焰缩短，反之，则混合变慢、火焰拉长。

第二阶段：天然气和空气混合物的加热和着火

要了解天然气和空气混合物的加热和着火，必先了解天然气的着火温度和着火浓度极限（请参考表2的数据）。

什么叫着火温度？

着火温度是指天然气和空气的混合物能开始燃烧的最低温度。我们使用的工业炉，一般都是先用一小的热源（电火花灼热的小物体、小火焰）将可燃混合物某一局部先加热到着火温度，然后引起其它部分着火，这样的着火过程称为强迫着火或点火。天然气的最低着火温度为750℃。

什么叫着火浓度极限？

为了使点火以后的燃烧反应连续稳定地进行下去，必须要求燃气点火燃烧之后所放出的热量足以能够使邻近的未燃气体加热到着火温度。而燃烧过程稳定与否和天然气与空气的混合比例有直接关系。也就是说：只有当天然气和空气的比例处于一定围之时，才能使燃气保持连续稳定的燃烧，这一浓度围叫作着火浓度极限。天然气的着火浓度极限为 5.1%～13.9%。浓度低于5.1%，高于13.9%，就不能着火连续燃烧。

综上所述，给燃气加热使之达到着火温度，要连续燃烧就必须使燃气浓度保持在着火浓度极限围之。

第三个阶段：完成燃烧化学反应

当天然气和空气混合物加热到着火温度后，就立即开始剧烈地氧化燃烧反应，并放出大量光和热，进入燃气的燃烧反应阶段。天然气燃烧化学反应式如下：

CH4＋2O2＝CO2＋2H2O＋Q

要研究和认识燃气燃烧过程时，可将其分解为混合、着火和燃烧三个阶段。在实际的冶金炉，三个阶段几乎是同时存在，相互制约，连续进行的。

在高温的冶金炉，天然气和空气的比例以及混合的好坏，是影响燃烧质量和炉温的关键。

5、“着火浓度极限”在实践中的应用

（1）天然气的“着火浓度极限”为5.1%～13.9%，这就是天然气有效燃烧的浓度围。

（2）当天然气的浓度小于着火浓度的下限时，即＜5.1%时，也就是燃气

混合物空气过多，这种燃气混合物就不会着火，因为它发出的热量，不足以把邻近的气体加热到着火温度。

（3）当天然气的浓度大于着火浓度极限的上限，即＞13.9%，也就是说燃气混合物空气太少，呈缺氧状态，这种燃气混合物也不会着火，也不能保持稳定的燃烧。这就警示我们：不是说送天然气的量越多越好！

（4）天然气的着火浓度极限是 5.1%～13.9%，爆炸浓度极限是 5.0%～15.1%，两个浓度围基本是一致的。说明一个道理：只有着火，才能引起爆炸。不能着火，就不会爆炸。

工业炉燃烧时为什么是安全的呢？一是空气和天然气分别进入炉，再混合能防止回火事故。二是混合后的燃气立即燃烧不集存，同时产生的膨胀热气立即由烟道抽走，炉压力基本保持恒定。形成连续送燃气、连续燃烧、连续抽风，燃烧是稳定的没有危险的。

爆炸事故是怎样形成的呢？在密闭（或相对密闭）的空间（如燃烧室、炉腔等），存有天然气和空气的混合气体，其浓度达到爆炸极限（5.0%～15.1%），遇到明火，即着火燃烧，而且是连续燃烧，叫做链锁反应，产生大量的热，气体剧烈膨胀，发生爆炸！

为了安全，在点火前，用空气把管道、燃烧室、炉腔吹扫干净，以防其存有燃气。第一次点火失败后，一定待60秒以上，吹扫后，再启动点火，以防爆燃或爆炸。

6、什么是空气消耗系数？

气体燃料燃烧需要的空气量分为：通过计算的理论空气需要量和保证完全燃烧的实际空气需要量。

空气消耗系数：是指实际空气需要量L 实与理论空气需要量L 理的比值，

叫做空气消耗系数。表示式为：n ＝理

实L L 。 （1）理论空气需要量是通过化学反应式来计量的：

CH 4 ＋ 2O 2 ＝ CO 2＋ 2H 2O

1m 3 2m 3 1m 3 2m 3

从式中可以看出1m 3天然气完全燃烧需要2m 3的氧气。氧气在空气中的比