气体燃料的组成及特性

1、锅炉与锅炉房设备施工 教案 模块一：锅炉房设备的基本知识 单元三：锅炉燃料 133气体燃料的组成及特性 学 院 内蒙古建筑职业技术学院 院 （部） 机电与暖通工程学院 教 师 王思文 气体燃料的组成及特性 教 学 目 的 通过课程教学，挖掘学生潜在创造力，激发学生的工程设计能力。以工作任务形 式组织学生进行项目训练，培养学生团队意识，组织协调能力、创新思维能力，沟通 交流能力，自我学习能力、分析问题和解决问题的能力。通过学习，学生能够掌握锅 炉与锅炉房的基本知识，为今后继续学习锅炉打下结实的基础。 教学 目标 能力（技能）目标 知识目标 素质目标 1.具有分析气体燃料基 本特性的能力。 1.掌

2、握燃气的组成成分。 2 .掌握燃气的基本特性（体 积分数；平均密度；比体 积；相对密度；粘度；临 界参数；体积热容；着火 温度；爆炸极限；发热量； 华白数） 1挖掘学生潜在创造力， 激发学生的自主学习积极 性； 2 .培养学生的与人交流、 与人合作的能力，培养学 生解决问题、自我学习能 力。 任务 与 案例 任务：根据教学内容，掌握燃气的组成成分及基本特性。 案例：1.利用教材的内容进行理论学习。 重点难点 及 解决方法 重点：1.燃气的组成成分及基本特性。 难点：无 参考 资料 锅炉与锅炉房设备夏喜英主编哈尔滨工业大学出版社 锅炉及锅炉房设备杜渐主编中国电力出版社 工业锅炉设备丁崇功主编机械

3、工业出版社 工具 与 媒体 计算机、打印机、录像、课件、图纸、笔、橡皮、专业相关资料等。 授 课 教 案 .气体燃料的基本概念 1. 气体燃料：指在常温、常压下保持气态的燃料，简称燃气。 2. 燃气的特点：易点火、易燃烧、易操作、易实现自动调节，而且燃烧产物 中无废渣和废液，烟气中SOx和NOx的含量少。燃气是最理想的洁净燃料。 .燃气的组成 1. 可燃组分 一氧化碳（CO）、氢气（H2）和碳氢化合物（CmHn）等。 2. 不可燃组分 氮气（N2）、氧气（02）和二氧化碳（C02）等。 3. 有害杂质 1）焦油与灰尘的危害：堵塞通道、附件及燃烧器喷嘴，影响锅炉正常燃烧。 2）萘的危害：当燃气中

4、含萘量大于燃气温度相应的饱和含萘量时，过饱和 部分的气态萘以结晶状态析出，沉积于管内而使管道流通断面减小，堵 塞甚至堵死管道，造成供气中断。 3）硫化氢的危害：可燃的有害杂质，腐蚀储罐、管道、设备和燃烧器，硫 化氢燃烧产生的S02和S03,不仅腐蚀锅炉金属受热面，而且还污染大 气环境。 4）一氧化碳的危害：无色、无臭、无味、有剧毒的气体。规定燃气中一氧 化碳的体积分数应小于10%。 5）氨的危害：氨对燃气管道、设备及燃烧器起腐蚀作用。燃烧时产生NO、 NO2等有害气体，影响人体健康，并污染大气环境。 6）水分的危害：水和水蒸汽能与液态和气态碳氢化合物作用，生成固态结 晶水化物，堵塞管道、阀门、

5、仪表（流量计、压力表、液位计等）和设 备（调压器、过滤器等），影响正常供气；水蒸气还能加剧 02、H2S、SO2 对管道、阀门、燃烧器及锅炉金属受热面的腐蚀作用。 7）残液的危害：液化石油气中 C5及C5以上的碳氢化合物组分的沸点高， 在常温、常压下不能气化，而留存在钢瓶、储罐等压力容器内，称为残 液。它增加了用户更换气瓶的次数，而且增加了交通运输量。 三、燃气的基本特性 1. 气体燃料的体积分数：在相同温度和压力条件下，燃气中各单一组分的体 积和燃气总体积的比值称为体积分数。（示例氢气） 2. 燃气的平均密度：单位体积的燃气所具有的质量称为燃气的平均密度， 用符号P表示，单位为kg/m3。

6、3. 燃气的比体积：单位质量的燃气所占有的体积称为燃气的比体积，用符 号v表示，单位为 m3/kg或Nm3/kg。 4. 燃气的相对密度：燃气的平均密度与相同状态下空气的平均密度之比值 称为燃气的相对密度。（标准状态下空气的平均密度为1.293kg/m3） 5. 粘度：气体燃料的粘度用动力粘度、运动粘度和条件粘度表示。 随着压力T,燃气的粘度T,这一特性与燃料油相同。 随温度T，燃气的粘度T，而燃料油的粘度随温度T而J。 6. 临界参数：当温度不超过某一数值，对气体进行加压可以使气体液化， 而在该温度以上，无论施加多大压力都不能使之液化，这个温度就称为 该气体的临界温度；在临界温度下，使气体液

7、化所需的压力称为临界压 力；此时的比体积称为临界比体积。上述参数统称为临界参数，分别用 符号Tc、Pc、Vc表示，其单位分别为 K、MPa、m3/kg。 7. 燃气的体积热容 1）体积定压热容：保持燃气压力不变时，1m3燃气温度升高（或降低）1K所 吸收（或放出）的热量称为气体的比定压热容。用符号 Cp表示，单位为kJ/（m3?K）。 2）体积定容热容：保持燃气容积不变时，1m3燃气温度升高（或降低）1K所 吸收（或放出）的热量称为气体的比定容热容，用符号 Cv表示，单位为kJ/（m3?K）。 8. 着火温度：燃气开始燃烧时的温度称为着火温度。单一气体在纯氧中的 着火温度比在空气中的数值低 5

8、0100C 气体名称 氢 一氧化 乙烯 乙烷 丙烯 碳 甲烷 乙炔 着火温度 T/K 673 878 813 612 698 788 733 气体名称 丙烷 丁烯 正丁 烷 戊烯 戊烷 苯 硫化氢 着火温度 T/K 723 658 638 563 533 833 543 9. 爆炸极限：当可燃气体或油气与空气混合物的浓度达到某个范围时，一 遇明火或温度升高到某一数值就会发生爆炸的浓度范围称为爆炸浓度极 限。例如一氧化碳与空气混合的爆炸极限为 12.5%74%。可燃性混合物 能够发生爆炸的最低浓度和最高浓度，分别称为爆炸下限和爆炸上限， 这两者有时亦称为着火下限和着火上限。在低于爆炸下限时不爆炸

9、也不 着火；在高于爆炸上限时不会爆炸，但能燃烧。这是由于前者的可燃物 浓度不够，过量空气的冷却作用，阻止了火焰的蔓延；而后者则是空气 不足，导致火焰不能蔓延的缘故。当可燃物的浓度大致相当于反应当量 浓度时，具有最大的爆炸威力（即根据完全燃烧反应方程式计算的浓度比 例）。常见物质的爆炸极限见下表。 名称 爆炸极限（% 名称 爆炸极限（% 下限 上限 下限 上限 甲烷 5.0 15.0 戊烯 1.4 8.7 乙烷 2.9 13.0 苯 1.2 8.0 乙烯 2.7 34.0 氢气 4.0 75.9 乙炔 2.5 80.0 一氧化碳 12.5 74.2 丙烷 2.1 9.5 汽油 1.4 8.0 丙

10、烯 2.0 11.7 煤油 1.4 7.5 正丁烷 1.5 8.5 重油 1.2 6.0 丁烯 1.6 10.0 原油 1.7 11.3 戊烷 1.4 8.3 10. 燃气的发热量 1）燃气的发热量是指标准状态下单位体积燃气完全燃烧时所放出的全部热 量，用符号Q表示，单位为kJ/m3或kJ/kg。 2）分为：高位发热量、低位发热量。 3）燃气发热量的确定：实验方法测定或根据燃气的组分用公式进行计算。 11. 华白数（W、kJ/m3）:华白指数是衡量燃气热流量大小的特性指数，也是 不同类型燃料互换性的一个重要指标。燃烧器喷嘴前压力不变时，燃具 热负荷Q与燃气热值H成正比，与燃气相对密度的平方根成

11、反比，而燃 气的高热值（kJ/m3）与燃气相对密度（S）的平方根之比称为华白数。 四、燃气的分类 1. 天然气 1）气田气（纯天然气）：从气井直接开采出来的可燃气体，其主要组分 CH4的 体积分数大于90%，低位发热量Qnet 36MJ/m3。 2）油田伴生气：指与石油共生的天然气，包括气顶气和溶解气两种。油田伴 生气的主要组分CH4的体积分数80%，乙烷及其以上烃类含量一般较高， 低位发热量Qnet 48 MJ/m3。 3）凝析气田气：是一种深层的天然气，它除了含有大量的甲烷外，戊烷与戊 烷以上的烃类含量较高，还含有汽油和煤油组分，低位发热量Qnet 48 MJ/m3。 4）矿井气（煤层气）：矿井气也称为矿井瓦斯，是成煤过程中的伴生气，主要 组分甲烷。甲烷的体积分数约等于30%55%，低位发热量 Qnet 1220 MJ/m3。 2. 人工燃气 以煤或石油为原料，经过各种热加工过程制得的可燃气体，称为人工燃气， 分为：干馏煤气、气化煤气、油制燃气、高炉煤气。具体发热量见下表。 类型 低位发热量Qnet （MJ/m3） 干馏煤气 1517 气化煤气 515 油 热裂解法 35 制 催化裂解法 17 燃 部分氧化法 10 气 加氢裂解法 2533.5 高炉煤气