第1章 燃气的分类及其性质

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华白指数W= H—燃气的高热值(MJ/m3) S—燃气的比重(相对密度) W—设计和选用燃具的重要依据
• 为保证用气设备热负荷的稳定,所供燃气W波动范围不 超过5%
• 燃烧势CP (燃烧速度指数, Combustion Potential):是 反映燃烧稳定状态的参数,即反映燃烧火焰产生 离焰、黄焰、回火和不完全燃烧的倾向性参数。
石油伴生气、凝析气田气、炼厂石油气 92~121 MJ/Nm3
CH4 60%,CO2 35% 21 MJ/Nm3
常规天然气根据来源分类
气田气(纯天然气) Natural gas : CH4一般90%以上, C2H6,C3H8,CO2,H2S等 热值:34-36 MJ/Nm3
石油伴生气 Associated gas : CH4含量80~90%, 热值42 MJ/Nm3
易燃易爆
1.1 燃气的分类及用途
• 按不同气源分类 • 按燃气的热值分类 • 按燃烧特性分类
一、按不同气源分类
燃气
天然气
常规天然气 非常规天然气
人工燃气
液化石油气 生物气(沼
气)
固体燃料干馏煤气 固体燃料气化煤气 油制气
焦炉、连续直立炭化炉、 立箱炉对煤进行干馏
压力气化煤气、水煤 气和发生炉煤气
高炉煤气(炼铁,CO N2, 3800~4200 kJ/Nm3 )
根据燃气互换性的要求,当气源厂供给用户的燃气性质发 生改变时,置换气必须对基准气具有互换性,否则就不能 保证用户安全、满意和经济地用气。
可见,燃气互换性是对燃气生产单位提出的要求,它限制 了 燃气性质的任意改变。
按燃烧特性分类
• 影响燃烧特性的参数 —H S 燃烧速度(火焰传播速
度) H/ S
工程上有时近似地将燃气的体积分数等同于摩尔分数 摩尔: 物质的质量单位,1摩尔某种纯物质的质量在数量上等于 该物质的分子量,而质量的单位为克。 质量分数: 各组分的质量在天然气总质量中的比例。
台式灶 按安装方式分: 嵌入式灶
台嵌两用式灶
家用燃气具-热水器分类
按气种类分:
人工煤气型(R) 天然气型(T) 液化石油气型(Y)
燃气事故案例
《视界网》2008年10月28日重庆:婆给孙洗澡 时煤气中毒双亡 安全隐患不容忽视
事故原因:使用直排式热水器,洗澡时吸入 直排式热水器产生的一氧化碳,造成中毒。
标准
范围
3R
13.71
12.62-14.66
77.7
46.5-85.5
4R
17.78
16.38-19.03
107.9 64.7-118.7
5R
21.57
19.81-23.17
93.9
54.4-95.6
6R
25.69
23.85-27.95
108.3 63.1-111.4
7R
31.00
28.57-33.12
• 燃气燃烧时,环境未能提供 足够助燃空气令可燃气体燃 烧,除产生CO2和H2O外,还 产生CO。
国际煤联(IGU International Gas Union)燃气分类表
分类 一类燃气 二类燃气
L族 H族 三类燃气
华白数(MJ/Nm3)
典型燃气
17.8—35.8
人工燃气,烃-空气混合气
35.8—53.7
第1章 燃气的分类及其性质
1.1 燃气的分类及用途 1.2 燃气的基本性质 1.3 城市燃气的质量要求 1.4 城市燃气的输配系统
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1.1 燃气的分类及用途
燃气
可燃气体(combustible gas): CmHn,H2,CO
不可燃气体(incombustible gas): CO2,N2,O2
120.9 71.5-129.0
3T
13.28
12.22-14.35
22.0
21.0-50.6
4T
17.13
15.75-18.54
24.9
24.0-57.3
6T
23.35
21.76-25.01
18.5
17.3-42.7
10T
41.52
39.06-44.84
33.0
31.0-34.3
12T
50.73
45.67-54.78
炸性气体酿成事故。
黄焰
• 当空气配比不够,新鲜空气补充不及时,就会产 生不完全燃烧现象。火焰呈黄色、红色、黑色。
回火
• 火焰经出火孔回缩到燃烧器头部内或在喷口处燃 烧。会产生爆声和噪声和不完全燃烧,释放大量 有害气体。
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完全燃烧
不完全燃烧
• 燃气燃烧时,环境提供 空气量足以令可燃气体 燃烧,只产生CO2和H2O , 是最理想的燃烧工况。 火焰呈透明的蓝色。
基方(Standard Cubic Meter):压力101325 Pa,温度20℃ 标方(Normal Cubic Meter):压力101325 Pa,温度0℃
非常规天然气
非常规天然气是指由于目前技术经济条件的限制尚未 投入工业开采的天然气资源。
天然气水合物 Gas Hydrates 俗称可燃冰 天然气与水在一定条件下形成的类冰固态化合物
1.133
0.01
0.012
0.152
0.01
0.011
0.219
0.011
0.0438
nC5
0.003
0.061
C6
0.04
C7+
0.01
N2 CO2 H2O H2
0.7 0.58 28 ppm
0.723 2.185 0.005 0.039
1.131 3.276 0.0622 0.0165
H2S
<20 mg/Nm3 <20 mg/Nm3 <20 mg/Nm3
煤层气(煤成气) 矿井气 Coal bed gas : 以吸附或游离状态存在于煤层及固岩中的自储式 天然气。成分以CH4为主,含少量CO2,N2,H2等
页岩气 Shale Gas 以吸附或游离状态存在于暗色泥页岩或高碳泥 页岩中的天然气
固体燃料干馏煤气
• 煤→加热(隔绝空气) →挥发物挥发:焦油,苯,煤气 多孔焦炭
混合发生炉煤气:气化剂:空气,水蒸气 CO 27.5%, 5410 kJ/Nm3
水煤气:气化剂:水蒸气,CO 38%,H2 40% 热值11000 kJ/Nm3
后两种热值低、毒性大,不能单独作为城市气源,可配气
油制气
1、原料:原油、重油、石脑油(粗汽油)、和柴油 重油:直馏重油、减压渣油和裂化渣油 石脑油:轻质和重质 柴油:轻柴油、专ห้องสมุดไป่ตู้柴油、农用柴油和重质柴油
2、热值单位: kJ/Nm3 对于液化石油气,热值单位也可用kJ/kg
3、热值的分类
• 高热值: 1Nm3燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度, 而其中的水蒸汽以凝结水状态排出时所放出的热量
• 低热值: 1Nm3燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度, 但烟气中水蒸汽仍为蒸汽状态时所放出的热量
• 高、低热值之差为水蒸汽气化潜热。
为什么要按燃烧特性分类? 受燃具限制
燃气的互换性
具有多种气源的城市,常会遇到两种情况
随着燃气供应规模的发展和制气方式的改变 某些地区原用燃气可能由其他一种性质不同的燃气代替
基本气源产生紧急事故,或在高峰负荷时 需在供气系统中掺入性质与原来燃气不同的其他燃气
当燃气成分变化不大时
燃具的燃烧工况虽有改变,尚能满足燃具的原有设计 要求
• 几个基本概念 • 按燃烧特性分类的原因 • 燃气的互换性 • 按燃烧特性分类
几个基本概念
• 燃烧:同时伴有发热发光的剧烈的氧化反应 • 燃烧三要素:可燃物,助燃物,着火源
• 燃烧产物:主要是H2O,CO2,燃烧充分,无污染,被誉 为绿色能源,是安全、洁净、经济的燃料。
• 如果燃气燃烧不完全,将会产生大量的CO,对人体有剧 毒。人们常说的煤气中毒就是CO中毒。
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天然气根据组分分类
干气:每一基方井口流出物中C5+含量低于13.5cm3; 湿气:每一基方井口流出物中C5+含量超过13.5cm3; 富气:每一基方井口流出物中C3+含量超过94cm3; 贫气:每一基方井口流出物中C3+含量低于94cm3; 酸气:含有较多的H2S和CO2等酸性气体; 洁气:H2S和CO2含量很少。
爆炸极限:可燃气体、蒸汽或粉尘与空气混合后, 遇火产生爆炸的最高和最低浓度。CH4 5~15%
按燃烧特性分类的原因
• 城市燃气的种类在增多,组分也有很大的差异,从而引 起燃烧特性的变化
• 每一燃具是按某一特定组分设计、制造和调整的,燃具 能够适应燃气组分在一定范围内变化,但总有限度
• 为了使燃气输配企业和燃具制造厂都有一个共同遵守的 准则,必须将已有燃气按其有关燃烧特性进行分类
• 终温不同:高温干馏:全焦煤气(焦炉→焦炭) 中温干馏:半焦煤气(炭化炉,立箱炉→半焦(熟煤))
• CH4,H2,CO • 热值17 MJ/Nm3 • 300~500 Nm3/t
固体燃料气化煤气
• 煤→高温,气化剂(空气(或氧气),水蒸气) →氧化、 还原反应
压力气化煤气:2.0~3.0MPa,气化剂:纯氧和水蒸气 H2,CH4 15 MJ/Nm3
直排式热水器禁止使用。使用燃气必须保持 通风。
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目录
1.1 燃气的分类及用途 1.2 燃气的基本性质 1.3 城市燃气的质量要求 1.4 城市燃气的输配系统
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2.2 燃气的基本性质
一、燃气组成的表示方法 体积分数 yi : 各组分的分体积在燃气总体积中的比例。 分体积: 在一个混合气体体系中,在与混合气体温度、压力相同 的条件下,每种气体组分单独存在时具有的体积。 分压: 在一个混合气体体系中,在与混合气体温度、体积相同的 条件下,每种气体组分单独存在时具有的压力。 摩尔分数 yi : 各组分的摩尔数在燃气总摩尔数中的比例。
40.3
36.3-69.3
19Y
76.84
72.86-76.84
48.2
48.2-49.4
20Y
79.64
72.86-87.53
46.3
41.6-49.4
22Y
87.53
81.83-87.53
41.6
41.6-44.9
家用燃气具-灶具分类
按气种类分:
人工燃气灶 天然气灶 液化石油气灶
按火眼数分:
单眼灶 双眼灶 多眼灶
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4、燃气按热值分类
• 高热值燃气
30 MJ/Nm3 以上 天然气、液化石油气、部分油制气
• 中热值燃气
20 MJ/Nm3 左右 干馏煤气为代表
• 低热值燃气
12~13 MJ/Nm3 或更低一些 气化煤气为代表
• 作为城市燃气的人工燃气,低发热值应大于14.7 MJ/Nm3
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三、按燃烧特性分类
天然气
35.8—51.6
51.6—53.7
71.5—87.2
液化石油气
我国《城镇燃气分类和基本特性》:GB/T 13611-2006 按燃气类别和燃烧特性指数(华白指数W和燃烧势CP)分类
类别 人工煤气
天然气 液化石油气
城市燃气分类(干,15℃, 101.3 kPa)
华白指数W,MJ/m3
标准
范围
燃烧势
爆炸:由于物质急剧氧化或分解反应,使温度、压力急剧 增加或者使两者同时急剧增加的现象。
物理爆炸:由于液体变成蒸汽或者气体迅速膨胀,压力急速 增加,并大大超过容器的极限压力而发生的爆炸。 如蒸汽锅炉、液化气钢瓶等的爆炸
化学爆炸:因物质本身起化学反应,产生大量气体和高温 而发生的爆炸。如炸药的爆炸,可燃气体、 液体蒸气和粉尘与空气混合物的爆炸等
2、原理: 降低原料的C/H比值,得到氢气、一氧化碳和甲烷为主的可燃气体
3、方法
热裂解法 800~900摄氏度 催化裂解法 750~900摄氏度 加氢裂解法 700~900摄氏度,2~6MPa 部分氧化法
优点:含硫少,不生成焦油,烟尘及污水等公害问题少,气化效率高
二、按燃气热值分类
1、热值定义 1Nm3的燃气完全燃烧所释放出的热量
当燃气成分变化过大时
燃烧工况的改变使得燃具不能正常工作
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燃气的互换性
设某一燃具以a燃气为基准进行设计和调整,若以s燃气来 置换a燃气,如果燃具不加任何调整而能保证正常工作,则 表示s燃气对a燃气具有“互换性”。反之,如果燃具不能 正常工作,则称s燃气对a燃气没有“互换性”。燃气互换 性不一定可逆。
• 两种燃气若能互换,其燃烧势应在一定范围之内波动
CP k H2 0.6(CO CmHn ) 0.3CH4 S
k 1 0.0054O22 氧含量修正系数
体积含量,%
离焰
• 火焰脱离燃烧器出口,在一定距离以外燃烧 • 若气流速度再增大火焰被熄灭,则称为脱火。 • 极危险的燃烧,大量有毒燃气散溢在空气中,极易形成爆
凝析气田气 Condensed gas : 除含大量CH4,还含2~5%戊烷及以上 热值:46 MJ/Nm3
isomer normal
产地 组分
C1 C2 C3 iC4 nC4 iC5
几种天然气的组成(mol%)
塔里木
靖边
榆林
98.1
96.322
88.35
0.51
0.605
5.555
0.04
0.084
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