气体燃料燃烧常识

气体燃料燃烧知识

（有焰燃烧）

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

来源

燃料物态

天然燃料人造燃料

固体木柴、煤、硫化矿、页岩等木炭、焦炭、粉煤、块煤、硫化矿精矿等

液体石油汽油、煤油、重油、酒精等

气体天然气高炉煤气、发生炉煤气、沼气、石油裂化汽等

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. 大唐国际内蒙古克旗年产 40 亿立方米煤（褐煤）制天然气项目，拟于 2012 年 6 月建成向北京供气； B. 大唐辽宁阜新年产 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

燃料名称着火温度℃着火浓度极限 %发热量 KJ/m3燃烧温度℃天然气低 750、高 850 5.1 ～13.933440～384561900～1986甲烷（纯）低 800、高 850 4.9 ～15.4

乙炔低 335、高 500 2.5 ～80.0

发生炉煤气低 700、高 80020.7 ～77.44138～64791600

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范围之内时，才能使燃气保持连续稳定的燃烧，这

一浓度范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范围之内。

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＋2O＝CO2＋2HO＋ 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。在实际的冶金炉内，三个阶段几乎是同时存在，相互制约，连续进行的。

在高温的冶金炉内，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范围。