二甲醚燃烧效率分析

1、.二甲醚燃烧效率分析二甲醚用作燃料替代液化石油气被市场看好， 被誉为“二十一世纪的新能源”。究其主要原因，一方面在于能源价格飙升下二甲醚的价格优势，而另一方面则是其燃烧效率高和燃烧产物排放洁净的显著特点。将清洁能源二甲醚用作替代能源，是我国抑制高油价影响的重要措施之一。二甲醚的主要性质与液化石油气相类似，可以替代液化石油气用作城镇燃气。二甲醚自身含氧，具有燃烧效率高的特点，从二甲醚的燃烧机理研究中发现，同等热量条件下，与天然气、液化石油气等相比，二甲醚燃烧效率提高5%左右，推广应用前景十分广阔。1. 二甲醚的特性二甲醚（ dme）分子式为 c2h60，分子量 46.07 ，二甲醚是一种比较惰性

2、的非腐蚀性有机物，其主要的理化性质见表1。在常温、常压下二甲醚是一种无色易燃有轻微醚香味的气体，在空气中的允许浓度为 40010-6 。它具有与液化石油气（ lpg）相似的特性。二甲醚具有一般醚类的性质， 二甲醚对金属无腐蚀性， 不刺激人体皮肤，不致癌，对大气臭氧层无破坏作用， 在对流层中易于降解， 长期暴露于空气中，不会形成过氧化物。所以，二甲醚是一种优良的绿色化工产品。在同等温度条件下， 二甲醚的饱和蒸气压低于液化石油气 ，其存储、运输、使用等均比液化石油气安全。二甲醚在空气中的爆炸下限比液化石油气高一倍，因此，在使用过程中，二甲醚作为燃料比液化石油气安全。虽然二甲醚的热值比液化石油气低，

3、 但由于二甲醚自身含氧，在燃烧过程中所需空气量远低于液化石油气， 从而使得二甲醚的预混气热值和理论燃烧温度都高于液化石油气。二甲醚具有优良的混溶性 ，可以同大多数极性和非极性的有机溶剂混溶，例如汽油、四氯化碳、丙酮、氯苯和乙酸乙酯。较易溶于丁.醇，对多醇类的溶解度不佳。常压下在100ml水中可溶解 3700ml二甲醚，但是加入少量的助剂后就可与水以任意比例互溶。二甲醚燃烧时火焰略带亮光。 常温下二甲醚难于活化， 但长期储存或受日光直接照射，可形成不稳定过氧化物， 这种过氧化物能自燃或自发的爆炸或受热后爆炸。二甲醚毒性很低， 气体有刺激及麻醉作用的特性，通过吸入或皮肤吸收过量的二甲醚，会引起麻醉

4、、失去知觉和呼吸器官损伤。小鼠吸人 225.72 g/m 3 有麻醉作用；猫吸入 1658.85 g/m 3 会深度麻醉；人吸入 154.24 g/m 3 有轻度麻醉，吸入 940.50 g/m 3 有极不愉快的感觉，有窒息感。2. 二甲醚燃烧效率分析3二甲醚易燃，燃烧时火焰略带光亮，气态低位热值为 58.50 mj/m，同等质量条件下，理论热值约为汽柴油的64%。以质量计，二甲醚本身含氧量高达 34.8%，理论燃烧温度可达2250（液化气理论燃烧温度可达 2050），燃烧性能较好，热效率也较高。2.1 本身含氧，需要添加的理论空气量相应减少a. 燃烧过程二甲醚燃烧过程： c2h6o十 3o2

5、2co2+3h2o丙烷燃烧过程：ch 十 5o3co2+4ho3822丁烷燃烧过程：ch十 6.5o4co+5ho410222由上述反应方程式可知， 以相同摩尔体积二甲醚与丙烷或丁烷的燃烧过程比较，丙烷或丁烷所需要的氧气量较二甲醚多2.0mol或3.5mol 。液化气组分按c3h830%、c4h1070%计算。二甲醚气态低位热值为58.50mj/m3 ，液化气气态低位热值为92.83mj/m3。.b. 我们知道，空气中1.0mol o2 附带 3.76mol 的 n2 和其它惰性气体，因此，上述二甲醚及丙烷或丁烷完整的燃烧反应方程式应为:c2h6 0+3（02+3.76n2）2c02+3h20

6、+33.76n2c3h8 +5（02+3.76n2）3c02+3h20+53.76n2c4h10+6.5 （02+3.76n2）4c02+3h20+6.5 3.76n2上叁式表明，在燃烧温度不太高的情形下， 反应前后 n2 的摩尔数不变。 n2 虽然进入燃烧区，但并未参加氧化反应，相反，它带走二甲醚或丙烷或丁烷部分燃烧热，进而影响热效率。因此，降低不参与反应的 n2 量（空气量），则减少了热损失，相当与提高了二甲醚的热效率。333c. 1m二甲醚燃烧时需 14.28m 空气，产生烟气 16.28m。3丙烷燃烧时需3空气，产生烟气31m23.80m26.80m。3丁烷燃烧时需3空气，产生烟气31

7、m30.94m34.94m。3液化气燃烧时需 0.333空气，d.1m23.80+0.7 30.94m =28.80m产生烟气 0.3 26.80+0.7 34.94m3 =32.50m3e. 按当量热值计算 1m3 液化气与 1.58m3 二甲醚燃烧时需要的空气量比值为：333：1.5831m液化气： 1.58m二甲醚 =28.80m14.28m=1：0.78即： 1m3 液化气比 1.58m3 二甲醚需多增加空气27.65%。f. 按当量热值计算 1m3 液化气与 1.58m3 二甲醚燃烧时产生的烟气量比值为：333：1.5831m液化气： 1.58m二甲醚 =32.50m16.28m=1

8、：0.79即： 1m3 液化气比 1.58m3 二甲醚需多产生烟气26.35%。2.2 燃烧状况改善，过剩空气系数降低一般情况下，燃烧装置空气系数控制范围为：工业燃烧装置=1.05 1.20 ；民用 =1.301.80 。从提高燃烧效率方面讲，理想情.况下， =1.0 时，如果能确保空气与燃气混合充分、燃烧完全，燃烧效率最高。实际燃烧过程中，取 1.0 的原因是为了避免不完全燃烧情况发生，而付出的代价则是需加热不参与反应剩余的o2 、n2，导致热效率降低。二甲醚自身含氧， 由于改善了燃气与空气的混合效果，且氧气与氮气之比较普通空气大， 属“富氧燃烧” 工况，因而改善了燃烧状况；而另一方面，氧气

9、与二甲醚混合情况趋好， 除混入的空气总量可以相应降低外，还可以将空气系数控制在较低位置， 适当朝 1.0 方向降低，即减少剩余空气量，减少不参与燃烧的 o2、 n2 量，自然这是二甲醚燃烧效率提高的另一个原因。2.3 燃具燃烧效率分析对于燃具，假定由 1.20 降为 1.05 ，不参与燃烧的 o2、 n2 量减少， 1.0 摩尔体积的二甲醚燃烧时减少的 o2 、n2 量为 :（1.20-1.05 ） o 2+（0.79 0.21 ）n2 mol经计算，与同等热值的丙烷或丁烷（或其他燃气）比较，减少的这部分热损失为3.0%5.0%左右。2.4 火焰传热能力增加二甲醚燃烧时，火焰温度增加，烟气温度

10、也随之升高，增加了分解热，当遇到低温表面时， 将放出大量的分解热，这就是富氧燃烧火焰具有较大传热能力的原因之一。2.5 燃烧装置内有效利用热得以提高由于富氧燃烧火焰温度高， 燃烧装置内温压增大， 辐射换热量增强，提高了装置内有效利用热。3. 二甲醚排放性能分析二甲醚是一种清洁燃料，燃烧过程中无残渣、无黑烟，co、co2及烟气排放量降低，具有富氧燃烧的火焰特性。 由于其燃烧温度提高，.氧气浓度相应增加，因此，必须特别重视其氮氧化物生成量情况。亦即，假定燃烧效率相同，获得相同的燃烧热量，1.0mol 的二甲醚燃烧时，混入的氧气量较丙烷或丁烷可降低2.0mol 或 3.5mol 。3.1 民用燃具燃烧温度不会太高，不会出现氮氧化物生成量显著增加的情况。3.2 工业燃烧装置燃烧装置内燃烧温度相当高时，部分氮气会分解，生成氮原子，继而与氧结合成氮的氧化物no和 no2，这两者通称为nox，是极有害的产物。在太阳紫外线照射下，nox与碳氢化合物可发生反应生成具有强氧化能力的有害物质，并形成光化学烟雾。此外，nox生成硝酸也是酸雨的主要组分。燃烧生成 nox的浓度，随燃烧温度、 o2 浓度和停留时间增加而增加，因此，二甲醚燃烧时，氮氧化物生成量有增加的趋势，