燃气燃烧与应用第十章燃气互换性.ppt

燃气燃烧与应用,董征,复习： 1.低NO燃烧器的分类有哪些？ 2.特种燃烧器都有哪些种？ 3.燃气辐射管的特点是什么？,第十章 燃气互换性,第一节 燃气互换性和燃具适应性 燃气的种类很多，其组分、热值、密度以及燃烧特性等差别很大。当然燃气的性质发生变化时，燃烧器的工况会发生变化。研究燃气互换性的主要目的，就是考察这些变化是够超出允许的范围，从而界定气质组分的允许变化范围。,第十章 燃气互换性,一、燃气的互换性 从 上 世 纪 末 到 本 世纪 初， 由 于 天 然 气国 际 贸 易的 发 展 ， 天 然 气 的 组 分 发 生 了 很 大 的 变 化， 影 响 到 各国 燃 气 设 备 的 使 用 ; 燃 气 的 利 用 也 出 现 了 许 多 新 的领 域 ; 科 技的 进 展， 可 持 续 发 展的 概 念因 而 燃 气 质 量 和 互 换 性 问 题又 成 为 燃 气 发 展中 的 主 要问 题 和 障 ， 成为 发 展中需 要 研究的 热点问 题。,第十章 燃气互换性,上世纪早于40年代，许多国家就开始注 意到燃气组成的变化对燃气的利用有很大的 影 响，提出了燃气的互换性和燃具的适应性两 个概念。 美国天然气的 应 用 历 史 最 长， 使 用量 最大，遇到的问题最多，关于互换性的研 究最 早，也最深入。,第十章 燃气互换性,近 年 来， 由 于 液 化 天 然 气 ( LNG) 的 进口 量日益 增 长， 燃 气 组 分 在 各 生 产 国 的 变 化 较 大， 与 国 内 所供 天 然 气的 组 分 可 能 不 匹 配， 能 否 利 用 原 有 管网 供气 迫 切 需 要 有 一 个 统 一的 意 见 。 美国 国 家 天 然 气委员 会 ( 即N G C +) 进 行 了 具 体 操 作 ， 希 望 制 定 一 个 导则 ， 通 过 “ 互 换 性 逻 辑 框 ”的 方式， 一 揽子 解 决问 题， 于 是 就 形 成了2 00 5 年 2 月 28日 出 版 的 “ 白 皮 书 ”。,第十章 燃气互换性,欧 洲 地 区 也 是 天 然 气 的 主 要 用 气 区， 燃 气 使 用的 历 史 悠 久， 但 天 然 气 到 来 的 时 间 较 晚 ， 天 然 气 的 进口 量 约 占 7 0 % ， 从 俄 罗 斯 进 口 约 占 5 % ( 指 欧 洲 的2 6个 国 家 ) 。 由 于 国 家 众 多 ， 且 情 况 不 同 ， 各 有自 己 的 标准， 差 异 也 很 大 。 本 世 纪 以 来， 天 然 气 的 发 展 要 求 跨境 联 网 ， 互 通 有 无 ( 目 前 有 数 的 跨 境 点 有73 处 ) ， 函需能为 跨境服务的 燃气 质 量标准。,第十章 燃气互换性,俄 罗 斯 也 是 天 然 气 的 用 气 大 国， 又 是 主 要的 出口 国 ， 但 俄 罗 斯 的 气 质 长 期 十 分 稳 定， 不 存 在 燃 气 的互 换 性问 题。 这 也 是 前 苏 联文 献 资 料中 极 少 介绍 和讨论燃气互换性 的主 要原因。,第十章 燃气互换性,亚 洲和 其 他洲的 国 家和 地区， 天 然 气的 起步 较晚 。 国 际 上 评 价 许 多 发 展 中 国 家， 因 液 化 石 油 气 的 利用才开 始有了 规模较大的 现代燃 气工业。 但发达国家 如日 本 川 ， 较 早 的 开 始 进口 LNG 作 为 本 国 的 气源， 进口 量占85 % 以 上。但日 本 的 法 律 规 定， 天 然 气的 高热 值 必 须达 到 或 超过 规 定， 因 此 应 用 丙、 丁 烷 增 热，最 低的 高 热 值 为 44 M J / m3 ， 平 均 为 46 M J/ m3 。,第十章 燃气互换性,印 度 进口 的 L N G 主 要 用于 工 业。 炊 事 主 要 用 煤油 ， 采暖主 要 用 LPG 或 煤 油。 印 度的 地 方配 气 公司只 有 3 家 ， 无 适用于 全国 的 天 然 气 质量 标准。 进 口LN G 的 研究 主 要 侧 重 于 价 格而 不 是 质 量。 政 府 对 燃气的 质量问 题 正 在评 估。,第十章 燃气互换性,中国尚 无进 口 L N G的 有关质 量 规 定， 质 量 要 求尚 停留 在 合 同 阶 段 川 。 如 市 场 广为 采 用， 则 许多 城 市 会 遇 到 燃 气的 转 换问 题。 国 际 上认为， 中 国 天 然 气 质 量的 规 定 十 分 宽 松， 只 涉 及 少 量参 数 。 从中 国 的 供 气 计 划 看， 除国 产 天 然 气 外， 可 能从 不同 气 源 进口L N G 和 从 俄 罗 斯 进口 管 道 气,第十章 燃气互换性,天 然气的 最高 和 最 低 华白 数 相 差约 25 % ， 这 样 大 的 差别， 必 然 会 产 生 燃 气 的 互 换 问 题。 如 中 国 有 一 个 统 一的 国 内 标 准， 将 利 于 运 行， 可 以 省 去 几 亿 美 元 的 转 换费 用 川 。 国 际 上 与 中 国 类 似 情 况的 国 家 只 有 西 班 牙，华白 数 相 差 20 % ， 且 未 与 安 全 和 环 境 标准 相 协 调。,第十章 燃气互换性,上 述国 际 上 对 我 国 情 况 的 关 注， 应 特 别 引 起 我们的 重 视。 燃 气 质 量 标 准 和 互 换 性 问 题的 研 究 已 迫在眉睫。,第十章 燃气互换性,具有多种气源的城市，常遇到的两种情况： 一、某一地区原来使用的燃气要长时期由性质不同的另一种燃气所替代 二、在基本气源发生紧急事故或在高峰负荷时，需要掺入其它燃气,燃气互换性与燃具适应性,任何燃具都是按一定燃气成分设计的。当燃气成分发生变化而导致其热值、密度和燃烧特性发生变化时，燃具燃烧器的热负荷、燃烧稳定性、火焰结构、烟气中有害成分的含量等燃烧工况就会改变。 设某一燃具以 燃气为基准进行设计，由于某种原因要以 燃气置换 燃气，如果燃烧器此时不加任何调整而能保证燃具正常工作，则表示 燃气可以置换 燃气，或称 燃气对于 燃气而言具有“互换性”。 燃气称为“基准气”， 燃气称为“置换气”。 但是，互换性并不总是可逆的，即 燃气能置换 燃气，并不代表 燃气一定能置换 燃气。,根据燃气互换性的要求，当气源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、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。 为了达到互换性的要求，制气方法不能随意选用，但从保证整个燃气供应系统的安全、可靠和经济性来讲，这是完全合理和必要的。,两种燃气是否能够互换，并非只决定于燃气性质本身，它还与燃烧器及其它部件的性能有密切关系。一般来说，燃烧器即使在不做任何调整的情况下，也能适应燃气成分的某些改变。,所谓燃具适应性，是指燃具对于燃气性质变化的适应能力。 决定燃具适应性大小的主要因素是燃烧器的性能，但是燃具的其它性能（例如，二次空气的供给情况，敞开燃烧还是封闭燃烧等）也影响其适应性。因此，通常所讲的适应性应理解为燃具的适应性，而不单单是燃烧器的适应性。,研究燃气互换性与燃具适应性问题具有很大的技术经济意义。它最大限度地从扩大使用各种气源的角度对燃气生产部门和燃具制造部门同时提出了要求。 对于燃具制造厂来说，首先应当致力于提高各种燃具的工艺效率、热效率和卫生指标，但与此同时必须注意扩大燃具的适应性。 为了达到这点，有时甚至需要“牺牲”一些其它方面的效益。但是，合理的“牺牲”是值得的，它可以从提高制气经济性方面得到补偿。,在设计和调整燃具时，除了以基准气为主要对象外，还应预先估计到可能使用的置换气，以便有针对性地采取措施扩大燃具的适应性。,一般来说，工业燃具对燃气的互换性要求较低，在考虑燃气互换性时，主要应考虑燃气在民用燃具上能够互换。 民用燃具又广泛采用引射式大气燃烧器，因此，研究燃气互换性，主要是研究燃气在配有引射式大气燃烧器的民用燃具中的互换性。,第十章 燃气互换性,第二节 华白数 燃气互换问题的提出是与燃气事业的发展相联系的。 在城市燃气事业发展初期，大多以煤制气为气源，制气方法单一，燃气组分变化很小，并不存在燃气互换问题。燃气公司只需用一个参数就可以控制燃气质量。 最初，燃气用于照明，只需用光度这个参数来控制燃气质量。 以后，燃气用于加热，开始用热值这个参数来控制燃气质量。 随着燃气供应规模的扩大，气源类型逐渐增多，燃气组分变化范围加大，以致用热值这个参数已经不能控制燃气质量。,第十章 燃气互换性,1926年，意大利工程师华白（Wobbe）提出了反映热值和相对密度两个因素的华白指数，并以它作为控制燃气质量的参数。 随着气源种类的进一步增多，燃气组分更为复杂，单用华白指数仍不足以控制燃气质量，于是各国系统地开展了燃气互换性的研究，根据燃气燃烧特性来确定互换性判定指数。,以一种燃气置换另一种燃气，首先要保证热负荷在互换前后不发生大的改变。 当燃烧器喷嘴前压力不变时，燃气流量不变，燃具热负荷 与燃气热值成正比，与燃气相对密度的平方根 成反比。 定义华白数,华白指数法,这样，燃具热负荷 就与华白数 成正比。,华白数是代表燃气特性的一个参数。 设有两种燃气的热值和密度均不相同，但只要它们的华白数相等，就能在同一燃气压力下和同一燃具上获得同一热负荷；如果其中一种燃气的华白数比另一种大，则其所能达到的热负荷也大。因此，华白数又称热负荷指数。,当燃气性质改变时，除了引起热负荷改变外，还会引起燃烧器一次空气系数的变化。根据大气式燃烧器引射器的特性，一次空气系数 与 成正比，与理论空气需要量 成正比。,与燃气热值 成反比；而 与 成正比，因此 与 成反比。这样，一次空气系数 就与华白数 成反比。,可以得出一个重要结论：如果两种燃气具有相同的华白数，则在互换时能使燃具保持相同的热负荷和一次空气系数。如果置换气的华白数比基准气大，则在置换时燃具热负荷将增大，而一次空气系数将减小；反之，则燃具热负荷将减小，一次空气系数将增大。 华白数是在互换性问题产生初期所使用的一个互换性判定指数。各国一般规定，在两种燃气互换时华白数 的变化不大于（510）。,在燃气温度不变的情况下，某一燃具的运行工况取决于燃气的燃烧特性、火孔热强度和一次空气系数。前一因素决定了特性曲线在 - 坐标系上的位置，而后两因素决定了燃具运行点在坐标系上的位置。 只有当运行点落在特性曲线范围之内时，燃具的运行工况才认为是满意的。 当燃气性质（燃气成分）改变时，燃气燃烧特性和华白数同时改变。燃气燃烧特性的改变引起特性曲线位置的改变，华白数的改变引起燃具运行点的改变。 从互换性角度来讲，当以一种燃气置换另一种燃气时，应保证置换后燃具的新工作点落在置换后新的特性曲线范围之内。,在互换性问题产生的初期，由于置换气和基准气的化学、物理性质相差不大，燃烧特性比较接近，因此用华白数这个简单的指标就足以控制燃气互换性。 但随着气源种类的不断增多，出现了燃烧特性差别较大的两种燃气的互换问题，这时单靠华白数就不足以判断两种燃气是否可以互换。 除了华白数以外，还必须引入火焰特性这样一个较为复杂的因素。 所谓火焰特性，可定义为产生离焰、黄焰、回火和不完全燃烧的倾向性，它与燃气的化学、物理性质直接有关，但到目前为止还无法用一个单一的指标来表示。,第三节 火焰特性对燃气互换性的影响 硬火焰：一次空气系数大，火焰短，内焰焰面轮廓明显，火焰颤动厉害，有回火倾向性，点火及熄火声大。 软火焰：一次空气系数小，火焰拉长，内焰焰面厚度变薄，亮度减弱，火焰摇晃，回火倾向性小，点火及熄火声小。,表示燃烧特性最形象的方法是在以燃烧器火孔热强度 为纵坐标，以一次空气系数 为横坐标的坐标系上作出离焰、回火、黄焰和燃烧产物中CO极限含量曲线。这四条曲线总称为燃气 燃烧特性曲线。,燃烧特性判定法,不同的燃气在同一燃具上通过实验所作出的燃烧特性曲线不同，这就明显地表示这两种燃气具有不同的燃烧特性。根据这两套特性曲线的相对位置，就可以看出这两种燃气对离焰、回火、黄焰和不完全燃烧的不同倾向性。,燃烧特性曲线 1离焰极限；2回火极限； 3黄焰极限；4CO极限,同一种燃气在不同燃具上作出的特性曲线也是不同的，这是因为火孔大小、排列、材料等因素对特性曲线有影响。 但是只要两种燃具的基本型式相同，那么不同燃气在这两种燃具上所作出的特性曲线的相对位置仍能保持不变。 特性曲线的这一性质甚为重要，该性质使得有可能用在某种典型燃具上测得的两种燃气特性曲线的相对位置关系来代表在其他类似燃具上将反映出的相对关系，从而表明这两种燃气如果在该种典型燃具上能够互换，那么在其他类似燃具上也能够互换。,在燃气温度不变的情况下，某一燃具的运行工况取决于燃气的燃烧特性、火孔热强度和一次空气系数。前一因素决定了特性曲线在 - 坐标系上的位置，而后两因素决定了燃具运行点在坐标系上的位置。 只有当运行点落在特性曲线范围之内时，燃具的运行工况才认为是满意的。 当燃气性质（燃气成分）改变时，燃气燃烧特性和华白数同时改变。燃气燃烧特性的改变引起特性曲线位置的改变，华白数的改变引起燃具运行点的改变。 从互换性角度来讲，当以一种燃气置换另一种燃气时，应保证置换后燃具的新工作点落在置换后新的特性曲线范围之内。,互换时燃具工作状态的变化,已知基准气的华白数Wa为51，置换气的华白数Ws为42.5。如果在燃气用具初调整时将基准气的运行点调整在a1（qpa=14W/mm2，aa=0.30）,如果在燃气用具初调整时考虑到了今后互换的问题，