煤 气 知 识.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,煤 气 知 识 讲 义,一、能源,1.,能源概念及分类：,“能源”这个词，过去对它谈论很少，能源危机之后，在报刊上、广播电视中经常可以看到、听到，大家对它已经比较熟悉了。,那麽，究竟什麽是“能源”呢？科学技术百科全书对能源这个词是这样定义的：“能源是可以从其获得热、光和动力之类能量的资源”；大英百科全书是这样写的：“能源是一个包括着所有燃料、流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段，给人类自己提供所需的能量”；日本大百科全书写道：“在各种生产活动中，我们利用热能、机械能、光能、电能等来做功，可利用来作为这些能量源泉的自然界中的各种载体，称为能源。”,概括地说，在自然界有一些自然资源，能够提供某种形式的能量，这样一些自然资源称为能源。或者说，凡自然界存在的，通过科学技术手段能转换成各种形式能量（热能、机械能、化学能、电能等）的物质资源，都称能源。凡自然界原来就存在，即没有经过加工或转换的能源，如：煤炭、石油、天然气、水能、风能、太阳能等，都称为一次能源。由一次能源经过加工或转换而得到的人工能源，如：焦炭、汽油、重油、煤气、电能等，都称为二次能源。,一次能源还可以根据它们是否能够“再生”而分为“再生能源”与“非再生能源”两类。“再生能源”指能重复产生的自然资源，它可供人类长期使用而不会枯竭，如太阳能、风能、水能、海洋能、潮汐能、地热、植物燃料等。“非再生能源”指那些不能重复产生的自然资源，如煤炭、石油、天然气、核燃料等，这些能源随着使用而不断减少，短期内也不会重复产生，所以最终会枯竭。,按能源的性质，可分为“燃料能源”和“非燃料能源”。“燃料能源”有矿物燃料（煤、油、天然气等）、生物质燃料（柴草、木材、沼气、有机废物等）、化工燃料（丙烷、甲醇、酒精、苯胺、废塑料制品等）及核燃料（铀、钍、钚等）四种。“非燃料能源”如风能、水能、潮汐能、海洋波浪动能等多数具有机械能，有的含有热能，如地热、太阳能等。,按能源的使用情况，又可分为“常规能源”和“新能源”；按其对环境保护情况，可分为“清洁能源和“非清洁能源”。这两种分类方法都是相对的。“常规能源”是指在现阶段的科学技术水平下，已被广泛使用，而且利用技术比较成熟的能源，如煤炭、石油、天然气、水能等。虽然早已被利用，或已引起人们重视，但尚未广泛被利用，或在利用技术方面尚待完善或正在研究中的能源，都称为“新能源”。,随着科学技术的发展，新能源的技术日益完善，逐渐被广泛利用，新能源也就成为常规能源。在现阶段，核燃料、太阳能、风能、地热能等都被列为新能源。固体及液体燃料使用时，会产生较大的污染，一般都属于“非清洁能源”。非燃料能源基本都不产生污染，气体燃料能源污染较小，这些能源都称为“清洁能源”。常见的能源分类方法见表,1,。,2.,能源的利用,能源是人类进行生产和赖以生存的重要物质基础，开始有人类生活，就伴随着有能源的问题。但人类对能源的利用，随着科学技术的进步，有一个发展的历史，这个历史可分为三个时期：,（,1,）薪柴燃料时期。人类开始用自己肌肉的力量，钻木取火之后就开始了能源的利用，以树木、杂草为燃料，还利用少量水能和风能为动力，如风车、水磨等。,（,2,）矿物燃料时期。世界上最早发现和利用煤炭的是中国，早在,7,千年前的新石器时代我国已发现并利用煤炭。有文字记载开采利用煤炭的历史，可追溯到,2500,年前的春秋战国时代。到明朝，我国已掌握地下采煤技术，煤炭已成为炼铁的主要原料。,在欧洲，,1785,年英国人瓦特发明蒸汽机，把热能转换为机械能，有利地推动了资产阶级工业革命，手工业生产迅速的过渡到机器大工业生产。柴薪已不能满足工业迅速发展的要求，促使煤炭消耗量迅速增加，,1820,年起大量开采煤炭。从,18601910,年这,50,年间世界能源总消耗量增长,3.3,倍，煤炭消耗量增长,7.3,倍，而柴薪只增长,0.4,倍。煤炭在世界能源消费构成中的比重由,25.3%,增加到,63.5%,，而柴薪由,73.8%,下降到,31.7%,。,中国利用石油和天然气始于公元前,4,世纪。公元,2,世纪，在四川省邛县已有百米深气井，人们已开始用天然气作燃料和照明。中国最早的气灯，比英国维多利亚时代的气灯早几个世纪。,1859年欧美开始使用石油。,1881,年爱迪生在纽约建立了第一座火力发电站，开始使用电能。,20,世纪以来，随着钻探技术的发展，和内燃机的发明与广泛使用，石油和天然气得到广泛的应用。特别,5060,年代，廉价的石油为工业发达国家的经济发展提供了优越条件，石油和天然气的消费量迅速增长，它在世界能源消费构成中的比重，由,1950,年的,39%,迅速增长到,1973,年的,70%,。,（,3,）核燃料及向新能源过渡时期。,1939,年德国的哈恩和史特拉斯曼发现了原子裂变；,1945,年美国在日本爆炸了原子弹；,1952,年出现氢弹；,1954,年英国首先建成了工业用原子核反应堆，苏联建立了原子能发电站，开始使用原子能。,现在使用主要的常规能源都是非再生能源，单靠常规能源的强化开采，将会造成能源枯竭。在此形式下，原子能及其他新能源的研究、开发与利用受到重视。,3.,中国能源的生产与消费,我国能源储量丰富，深度在,1500,m,以内的煤炭总资源量达,4,万亿吨，但地理分布极不均匀，到,1990,年,1,月,1,日已勘察探明的储量为,9015,亿吨。现有储量的近,80%,集中在华北和西北，其中山西、内蒙古和陕西各占,28.1%,、,22%,和,17.5%,，加上贵州、新疆、宁夏和安徽，这,7,个省和自治区的储量占全国的,84.3%,。这些储量中适于露天开采的较少，仅占总储量的,7%,，其中,70%又为褐煤，主要分布在内蒙古、新疆、山西和云南等省、区。,我国共有,246,个沉积盆地，总面积约为,550,万,k,，,其中陆地,420,万,k,；,近海大陆架,130,万,k,，,潜在的油气资源相当丰富。据,1987,年完成的全国油气资源评价，我国陆地及大陆架石油总资源量为,787.5,亿吨，天然气总资源量为,33.3,万亿,m,3,。,我国油气资源勘探目前仍处于初级阶段，已探明的石油储量的,85%,集中在长江以北的东部地区。,我国水能资源极其丰富，居世界之首，但分布不均。,19771980,年水能资源普查结果表明：全国水能蕴藏量为,6.76,亿,kW,，,年电能,5.92,万亿,kWh,；可开发水能资源的总装机容量,3.79,亿,kW,，,年电能,1.92,万亿,kWh,。,其分布为西多东少，全国可开发水资源中，西北地区占,9.9%,，西南地区占,67.8%,，中南地区占,15.5%,，而东部的华东、东北、华北三大区仅占,6.8%,。,我国大陆海岸线总长,1.8,万,km,。,据,1981,年普查统计计算，电站装机规模在,500,kW,以上的海湾,156,个，河口,33,个；可能开发的潮汐资源装机容量共,2098,万,kW,，,年电能,580,万亿,kWh,。,我国地域辽阔，还拥有丰富的核燃料资源的太阳能、风能、地热能等资源。,4.,能源发展战略,能源相对短缺是当前和今后相当长时期内制约我国国民经济发展的主要因素之一。目前我国人均耗能水平很低，,1990,年全国人均耗能仅,910,kg,标准煤，还不到世界平均水平的一半；人均油气,133,kg,油当量，仅为世界平均水平的,15%,；人均发电量,550,kWh,，,仅为世界平均水平的,1/4,。而另一方面，我国单位产值耗能高，差不多是发达国家的,45,倍，能源利用率很低。,为提高能源利用效率，一次能源应尽可能多地向二次能源转换，用于发电的一次能源所占能源消费总量的比重应不断增加，这是世界各国能源有效利用的共同经验。目前发达国家发电用一次能源的比重已达其总量的,3545%,，而我国仅为,22.7%,。,今后我国能源发展奋斗目标,根据我国能源工业发展现状并针对存在的问题，今后的能源发展奋斗目标是：,（,1,）开发一次能源总量和二次能源总量。,（,2,）节约能源。,（,3,）加快电力特别是水电的开发。,（,4,）加速煤炭勘探开发。,（,5,）重视核电建设。,（,6,）加强石油和天然气的勘探开发。,（,7,）加强农村能源开发和电气化建设。,（,8,）依靠科技进步，提高经济效益和劳动生产率。,5.,钢铁工业与能源,钢铁工业是耗能大户。每吨钢综合消耗的能源为,0.70.6,t,标准煤。联合企业每吨钢消耗电能,400600,kWh,；,消耗的新水量，采用循环供水的方式为,520,m,3,，,采用直流供水时高达,200,m,3,以上。,钢铁生产需要的能源，种类繁多，主要有：,（,1,）煤。其中有炼焦煤，用于炼制焦炭，供高炉冶炼使用，副产焦炉煤气。烟煤、无烟煤用于高炉喷吹，用作加热炉、锅炉的燃料。,（,2,）燃料油。用作平炉、加热炉的燃料和高炉喷吹燃料。冶金工厂常用的燃料油是重油、减压渣油、裂化渣油，有时也加一部分柴油或轻质油。使用时应注意化学成分、发热值和物理性能。（包括粘度、密度、比热、凝固点、闪点、燃点等）,（,3,）轻柴油。,（,4,）天然气。发热值高，含杂质少，是冶金工业的一种理想燃料。,（,5,）液化石油气。,（,6,）高炉煤气。用作高炉热风炉、焦炉、加热炉和锅炉的燃料。高炉煤气发热量低，多与焦炉煤气混合使用。,（,7,）焦炉煤气。用作焦炉本身和加热炉等的燃料，也作为民用燃料。,（,8,）转炉煤气。目前国外虽普遍安装回收转炉煤气的设备，但因经济的原因，多数工厂把回收的煤气燃烧放散，未加利用。中国有的钢铁厂已经开始进行回收利用。转炉煤气常与其他煤气混合使用。,（,9,）发生炉煤气。在钢铁厂中，如果高炉煤气和焦炉煤气不足，可用发生炉煤气补充。发生炉煤气主要用于轧钢加热炉、炼钢平炉。要求煤气燃烧温度高或火焰黑度大的用户可就近制造发生炉煤气使用。,（,10,）电力。,（,11,）蒸汽。,（,12,）压缩空气。,钢铁生产的能耗与许多因素有关，为研究分析这些因素的综合影响，采用“吨钢能耗”指标，其含义为：从焦化、烧结到轧制成成品为止，配套生产每吨粗钢所消耗的能量。单位是吨标准煤,/,吨粗钢（标准煤按每公斤发热值为,kJ,计算）。综合吨钢能耗的计算，包括炼钢本工序的能耗，炼钢用各项原料（如生铁、废钢、石灰）和后继工序（如连铸、轧钢）的相应能耗以及钢铁企业内辅助生产部门（如采矿、选矿、耐火材料、机修等）的有关能耗。,为了便于各企业间相互对比，我国把只包括炼焦、烧结、球团、炼铁、炼钢、轧钢等主要生产工序和厂内运输的能耗规定为吨钢可比能耗。指标内不包括企业内辅助生产部门的能耗。,钢铁厂的节能途径很多，从工艺上主要有下列三个方面：,（,1,）改进生产工艺。,（,2,）降低能源损失。,（,3,）回收损失的热能。,二、燃料,1.,燃料的概念与分类,燃料是常规能源的主要组成部分。在燃烧过程中能放出大量热量，该热量又能经济、有效地用于生产或生活的所有物质，如木材、煤炭、煤焦油、油页岩、可燃气体等，均称为燃料。它们都是有机的碳化物和碳氢化合物，能在高温下与空气中的氧发生燃烧反应，并放出热量。,虽然有不少物质的反应都是放热反应，但作为燃料，应该是：就单位数量而言，燃烧时放出大量的热量；能方便而很好地燃烧；在自然界中蕴藏量丰富，能大量开采，价格低廉；燃烧产物对人体、动植物、环境等无害。,燃料按状态可分为固体燃料、液体燃料和气体燃料三种；按燃料获得的方法又可分为天然燃料和人工燃料。人工燃料是经过一定处理后所获得的燃料。燃料分类见表,2,。,燃料分类表,燃料按其释放能量的方式又可有如图,1,的分类。,2.,气体燃料的化学成分,燃料的主要特性是化学成分和发热能力。燃料的化学成分，是指燃料的可燃成分和有害成分。,任何一种气体燃料都是由一些单一气体混合而成的。其中，一部分是可燃气体，另一部分是不燃烧的气体。可燃性的气体成分有,CO,、,H,2,、,CH,4,和其他气态碳氢化合物以及,H,2,S,等。不可燃的气体成分有,CO,2,、,N,2,和少量的,O,2,。,除此之外，在气体燃料中还有水蒸气、焦油蒸气及粉尘等固体颗粒。为了更深入地了解各种工业煤气的有关特性，现将组成工业煤气的主要单一气体的物理化学性质说明如下。,（,1,）,.,甲烷,（,CH,4,）,甲烷为无色气体，微有葱臭，分子量,16.04,，密度,0.715,kg/m,3,，,难溶于水，,0,时,1,个体积水内可溶解,0.557,体积的,CH,4,，,20,时可溶,0.030,体积，动力粘度,0,=10.35910-6pa.s,，,临界温度,-82,，,Q,低约为,35800,kJ/m,3,。,与空气混合后可引起强烈爆炸，爆炸浓度范围,2.5,15%,。着火温度为,530,750,，火焰呈微弱亮火，当空气中甲烷浓度高达,25,30%,时才有毒性。,（,2,）,.,乙烷（,C,2,H,6,）,乙烷为无色无臭气体，分子量,30.07,，密度,1.341,kg/m,3,。,难溶于水，,20,时,1,体积的水可溶,0.0472,体积的,C,2,H,6,，,临界温度,-34.5,，,Q,低约为,63700,kJ/m,3,，,空气中爆炸范围,2.5,13%,，着火温度,510,630,，火焰有微光。,（,3,）,.,氢气（,H,2,）,氢气为无色无臭气体，分子量,2.016,，密度,0.0899,kg/m,3,，,难溶于水，,20,时,1,体积水中可溶,0.0215,体积的,H,2,，,临界温度,-239.9,，,Q,低,=10800,kJ/m3,，,空气中的爆炸范围,4.0,75.9%,，着火温度,510,590,，空气助燃时火焰传播速度为,267,cm/s,，,较其他气体均高。,（,4,）,.,一氧化碳（,CO,）,一氧化碳为无色无臭气体，分子量,28.00,，密度,1.250,kg/m,3,，,0,时,1,体积水中可溶,0.035,体积的,CO,，,临界温度,-197,，,Q,低,=12644,kJ/m,3,，,在空气中的爆炸范围,12.5,74.2%,，着火温度,610,658,，在气体混合物中含有少量的水蒸气即可降低其着火温度，火焰呈蓝色，毒性大，空气中含有,0.06%,即有害于人体，含,0.4%,时致人死亡。空气中可允许的,CO,浓度为,0.02,g/m,3,。,（,5,）,.,乙烯,（,C2H4,）,乙烯为具有窒息性的乙醚气味的无色气体，有麻醉作用，分子量,28.5,，密度,1.260,kg/m3,，,难溶于水，,0,时,1,体积水中可溶,0.266,体积的,C2H4,，,临界温度,9.5,，,Q,低约为,59000,kJ/m3,，,易爆，爆炸范围,2.7,34%,，着火温度,540,547,，火焰发光，空气中乙烯浓度达到,0.1%,时对人体有害。,（,6,）,.,硫化氢（,H2S,）,硫化氢为无色气体，具有浓厚的腐蛋气味，分子量,34.07,，密度,1.52,kg/m3,，,易溶于水，,0,时,1,体积水中可溶解,4.7,体积的,H2S,，,Q,低约为,23000,kJ/m3,，,爆炸范围,4.3,45.5%,，着火温度,364,，火焰呈蓝色，毒性大，室内大气中最大允许浓度为,0.01,g/m3,，,当浓度为,0.04%,时有害于人体，,0.10%,可致人死亡。,（,7,）,.,二氧化碳（,CO,2,）,二氧化碳为略有气味的无色气体，分子量,44.00,，密度,1.977,kg/m,3,，,易溶于水，,0,时,1,体积水中可溶,1.713,体积的,CO2,，,临界温度,+31.35,，空气中,CO2,浓度达,25,mg/L,时，对人体有危险，浓度为,162,时，即可致命。,（,8,）,.,氧（,O,2,）,氧是无色无臭的气体，分子量,32.00,，密度为,1.429,kg/m3,，,0,时,1,体积水中可溶解,0.0489,体积的,O,2,，,临界温度,-118.8,。,3.,煤气的有害成分,（,1,）,.,腐蚀性成分,煤气中具有腐蚀性的成分主要有：氨气（,NH,3,）、,硫化氢（,H,2,S,）、,二氧化碳（,CO,2,）、,氰化氢（,HCN,）,等。这些气体只有在水存在时才具有腐蚀性。,NH,3,在水中呈碱性，,H,2,S,、,CO,2,及,HCN,在水中呈酸性。,O,2,在水中具氧化性腐蚀。因此，为减少煤气对管道的腐蚀性，应除去煤气中的水分。,（,2,）,.,毒性成分,煤气中具有毒性的成分有硫化氢（,H,2,S,）、,氰化氢（,HCN,）、,二氧化硫（,SO,2,）、,一氧化碳（,CO,）、,氨气（,NH,3,）、,苯（,C,6,H,6,），,其毒性极限见表,3,。,三、气体燃料,（一）气体燃料概述,1.,气体燃料的种类,习惯上将气体燃料分为天然气燃料、人工气体燃料和液化石油气三大类。,（,1,）,.,天然气,天然气一般可分为四种：从气井开采出来的气田气称纯天然气；伴随石油一起开采出来的石油气称石油伴生气；从井下煤层抽出的矿井气；另外还有含石油轻质馏分的凝析气田气。天然气也是城市煤气的重要气源之一。,（,2,）人工煤气,人工煤气是从固体燃料或液体燃料加工中获取的可燃气体。一般可分为：,A.,固体燃料干馏煤气,利用焦炉、连续式直立炭化炉和立箱炉，对煤进行干馏所获得的煤气称为干馏煤气。用干馏方法生产煤气，每吨煤可产煤气,300400,m,3,。,这类煤气组分中的甲烷和氢含量较高，低热值一般在,16.75,兆焦,/,标米,3,左右。干馏煤气的生产历史较长，工艺比较成熟，是我国目前城市煤气的主要气源之一。,B.,固体燃料气化煤气,如压力气化煤气、发生炉煤气、水煤气等均属此类。压力气化煤气的低热值一般在,15.07,兆焦,/,标米,3,左右，可作为城市煤气。,发生炉煤气和水煤气的主要组分为一氧化碳和氢。发生炉煤气的低热值为,5.44,兆焦,/,标米,3,左右，水煤气的低热值为,10.47,兆焦,/,标米,3,左右。由于这两种煤气的热值低，一氧化碳含量高，不宜单独作为城市煤气的气源。在城市煤气的气源中，发生炉煤气多用来加热焦炉和连续式直力炉，以顶替出热值较高的干馏煤气，增加供应城市的煤气量；水煤气与干馏煤气、重油蓄热裂解煤气掺混，作为城市煤气的调度气源。,C.,高炉煤气,高炉煤气是冶金工业在炼铁过程中的副产气，主要组分是一氧化碳和氮气，低热值约为,3.774.19,兆焦,/,标米,3,。因此，高炉煤气可用于炼焦炉的加热，以替代出焦炉煤气。高炉煤气也常用作锅炉的燃料或与焦炉煤气掺混用作冶金工业加热工艺的燃料。,D.,液化石油气,液化石油气是开采和炼制石油过程中，作为副产品而获得的一部分碳氢化合物。,液化石油气的主要组分是：丙烷（,C,3,H,8,）、,丙烯,（,C,3,H,6,）、,正（异）丁烷（,C,4,H,10,）,和正（异）丁烯、反（顺）丁烯（,C,4,H,8,）。,习惯上称,C3,、,C4,，,即只用烃的炭原子（,C,）,数表示。液化石油气中烯烃部分可用作化工原料，而其烷烃部分可用作燃料。,液化石油气已成为我国绝大多数城市煤气的主要气源之一。,2.,气体燃料的性质,（,1,）气体燃料物理性质,气体燃料是由多种可燃和不可燃的单一气体组成的混合体。单一气体在标准状态下（,0,和,101325,Pa,（,1,标准大气压）的物理性质见表,4,。,几种常用气体燃料的特性见表,5,。,A.,气体的密度、比容,标准状态下单一气体的密度为：,0,=M/V,M,式中,0,标准状态下单一气体的密度，,kg/m,3,V,M,标准状态下千克分子气体体积，,m,3,M,单一气体的千克分子量，,kg,标准状态下混合气体的密度为：,m,=0.01,i,V,i,式中,m,标准状态下混合气体的密度，,kg/m,3,V,i,混合气体各体积组分，,%,i,标准状态下混合气体各组分的密度，,kg/m,3,工作状态下气体的密度按下式计算：,d,=0.0022,（,0,+d,b,）,/,（,0.833+d,b,）,P/,（,273+t,）,1/Z,式中,d,工作状态下气体的密度,，,kg/m,3,；,0,标准状态下干气体密度，,kg/m,3,；,工作气体相对湿度；,d,b,工作气体温度为,t,时的饱和水蒸气量，,kg/m,3,干气；,P,工作气体绝对压力,，,Pa,；,t,工作气体温度，；,0.833,水蒸气密度,，,kg/m,3,；,Z,压缩系数。,比容为,：,v=1/,式中,v,气体的比容，,m,3,/kg,；,不同温度时，某些烃类蒸气在饱和状态下的密度和比容可以从专业书籍的表格中查到。,B.,体积膨胀系数,液态烃的体积膨胀系数很大。当温度升高时，体积急剧增加，密度下降。因此，在容器中，液化石油气液体绝不允许全部充满，必须留有足够的，并有一定富裕量的蒸气层体积。否则，在温度升高到一定程度时，容器就有被胀破而引起爆炸的危险。,C.,粘度,某些气体的粘度可以从专业书籍中查到。,D.,压缩系数,当气体压力大于,1.0,MPa,时，需考虑气体分子本身占有的体积和分子之间的引力。在工程上通常采用将理想气体方程式乘以从实验获得的校正系数,压缩系数的方法来考虑实际气体与理想气体的差别。,压缩系数,Z,随温度和压力而变化，可用与对比压力,P,r,=P/,P,n,和对比温度,T,r,=T/,T,n,的函数关系来表示。其中,P,n,是气体的临界压力，,T,n,是气体的临界温度。气体压缩系数,Z,与对比压力,P,r,、,对比温度,T,r,的关系可以从专业书籍中查到。,E.,露点和沸点,a.,露点 饱和蒸气经冷却或加压后，遇到接触面或凝结核便液化成露。这时在该压力下的温度称为露点。,b.,沸点 液体的饱和蒸气与一定的外界压力相等时的温度称为液体在该压力下的沸点。沸点温度与外界压力有关。压力增高，沸点上升。,F.,溶解度,气体在水中的溶解度：一氧化碳、硫化氢、氧、氮、空气等气体为微溶于水的气体，当其分压小于,101325,Pa,（,绝）时，溶解度与分压的关系可用下式表示：,N=p/,式中,N,气体溶解度；,亨利常数；,p,气体分压,，,Pa,气体分压为,101325,Pa,（,绝）时的溶解度可以从专业书籍中查到。,G.,比容热,比容热是指单位物质升高,1,K,（,热力学温度）所需的热量。,（,2,）气体燃料的燃烧特性,A.,热值,1m,3,煤气完全燃烧所放出的热量称为该煤气的热值，单位,为,kJ/m,3,。,热值分为高热值和低热值。高热值是指,1,m,3,煤气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，而其中的水蒸气以凝结水状态排出时所放出的热量。低热值是指,1,m,3,煤气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，但烟气中的水蒸气仍按蒸汽状态时所放出的热量。煤气的高热值在数值上大于其低热值，差值是烟气中所含水蒸气组分的气化潜热。,在一般城市煤气应用设备中，实际上煤气燃烧排放的烟气温度较高，烟气中的水蒸气是以气体状态排出的，因此在工程应用上一般采用低热值。,单一可燃气体的热值是根据该气体燃烧反应的热效应算得的。几种常见的单一可燃气体的高热值和低热值见表,6,。,B.,爆炸极限,可燃气体和空气（或氧气）的混合物能发生着火以至引起爆炸的浓度范围，称作爆炸极限，其最低浓度称作下限，最高浓度称作上限。,爆炸极限的单位一般用可燃气体或蒸汽在混合物中的体积百分比数来表示。几种常见的单一可燃气体在常压、,20,时的爆炸上下限见表,6,。,可燃气体中含有惰性气体时，可将某一惰性气体组分与某一可燃气体组分组合起来，视为混合气体中的一种组分，其体积组分为二者之和，其爆炸极限由有关专业书中可查到。,3.,煤气成分表示方法,气体燃料的化学组成是用所含各种单一气体的体积百分数表示的，并有所谓“湿成分”和“干成分”两种表示方法。,（,1,）湿成分,所谓气体燃料的湿成分，是指包括水蒸气在内的成分，即：,CO,湿,%+,H,2,湿,%+,CH,4,湿,%+,CO,2,湿,%+,N,2,湿,%+,O,2,湿,%+,H,2,O,湿,%=100%,（,2,）干成分,气体燃料的干成分则不包括水蒸气，即：,CO,干,%+,H,2,干,%+,CH,4,干,%+,CO,2,干,%,+N,2,干,%+,O,2,干,%,+H,2,O,干,%=100%,气体燃料中所含的水份在常温下都等于该温度下的饱和水蒸气量。当温度变化时，气体中的饱和水蒸汽量也随之变化，因而气体燃料的湿成分也将随之发生变化。为了排除这一影响因素，一般都用气体燃料的干成分来表示其化学组成,。,在进行燃烧计算时，必须用气体燃料的湿成分作为计算依据，因此，应首先根据该湿度下的饱和水蒸气含量将干成分换算成湿成分。,气体燃料干湿成分的计算关系如下：,x,湿,%=,x,干,%,（,100-,H,2,O,湿,）,/100,式中,H,2,O,湿为,100,m,3,湿气体中所含水蒸气的体积,。,4.,气体燃料的燃烧,（,1,）着火,A.,着火温度,着火有自然着火与被迫着火之分。按反映机理分，着火又有热力着火与连锁着火等类型。实践中气体燃料的燃烧着火绝大多数属于热力着火。,可燃混合物系统在较低温度时仍可有缓慢的氧化反应存在。若反应产生的热量大于系统向外散失的热量，则系统温度会自行不断上升并使反应加速，从而导致着火燃烧。这样的着火过程即是热力着火。常压下可燃系统须在一定温度时才能达到这个能量条件并引起燃烧，这个温度就是可燃气体的着火温度。,低于着火温度时，可燃系统的散失热量大于反应热量，因而会很快降温，不会着火燃烧。理论上的着火点是在散失的热量等于反应放出的热量时的温度，但实际上此时也是不会燃烧的。实际的着火温度在散失热略小于反应热时，且多数可燃混合物需要停留一段时间才着火燃烧。这段时间是一个反应由慢至激烈的加速时期，称为感应期（或孕育期）。感应期的长短与温度有关，通常以能引起着火的最低温度为着火温度，此时感应期最长。几种常见可燃气体的着火温度（实测）如下：,焦炉煤气：,500550,；,高炉煤气：,600700,；,天 然 气：,530650,。,B.,点火,可燃混合物同外部的高温热源接触而着火燃烧叫,被迫着火,，亦称,点火,。点火的实质是首先使部分可燃混合物着火，然后使燃烧传向其余部分。因此点火时无须对整个系统进行加热，因而具有重要的实用意义。,理论上所需的最小点火能是只须导致形成一个可传播的的火焰面的点火能。这样的火焰面通常不过几平方毫米，厚度小于,1,mm,，,所需的能量是很小的，一根火柴或一点火星就足以点火。,实际生产中常常是对流动气体点火，如气流速度超过火焰传播速度则不能点火，所以点火应在较低流速下进行。可作点火的热源有引导火焰、电热体、放电火花及高温炉壁等。一般炉子点火多用引导火焰（火炬），自动化点火系统或燃烧装置则多用电点火器。引导火焰点火的好处是，一个巨大的火焰面已经形成，只要传播开去点火便完成,。,C.,着火浓度极限,常温下可燃气体同空气混合后混合物只在一定含量范围内才能燃烧，这个可燃的混合范围便是着火浓度极限。,浓度极限以可燃气体在混合物中所占的体积百分率表示。最低比率为下限。常见可燃气体在常温常压下浓度极限的测定值如下：,焦炉煤气：下限,57%,；上限,2131%,；,高炉煤气：下限,3546%,；上限,6275%,；,天 然 气：下限,4.55.5%,；上限,1317%,。,高于浓度极限上限和低于下限的混合物之所以不能燃烧，可用热理论解释，即两种情况均因反应热不足以抵偿损失而使燃烧不能维持。提高混合物的温度则浓度极限会扩大，在温度达到着火温度以上时，任何比率的混合物均能发生反应，即浓度极限趋于,0,100%,。,压力对浓度极限的影响较复杂。当压力高于常压时，多数情况是压力增高使浓度极限缩小。压力低于常压时可燃混合物的浓度极限变化无统一的规律性，在浓度、温度固定而压力变化时，可出现多个压力极限，即混合物在某一压力范围内可燃，相邻的范围内不可燃，以后继续变化压力，则混合物又在另一范围内可燃，并多次出现这种反复变化。,应当注意的是，可燃浓度极限和混合物能否在空气中燃烧是两个概念。低于浓度下限的混合物不能在管内点燃，也不可能在离开管口后于空气中点着，高于上限的混合物虽不能在管内点燃，却可在空气中点着燃烧。,5.,气体燃料的应用,（,1,）烧结的应用,一般使用热值为,754214665,kJ/m,3,的混合煤气，压力不宜低于,4,KPa,。,（,2,）,炼铁的应用,主要使用高炉煤气用于热风炉。,（,3,）焦化的应用,炼焦炉是最大的煤气用户之一。一般大、中型焦炉多为复热式，对于复热焦炉应尽可能使用高炉煤气加热，如果高炉煤气热值过低，亦可采用混合煤气。炼焦炉的煤气消耗主要决定于炼焦耗热量，而影响耗热量的因素有加热煤气种类、结焦时间、焦炉结构及炉体状况、操作管理水平等,。,送给炼焦炉的高炉煤气压力应十分稳定，否则会破坏焦炉的加热制度，而影响焦炭的产量、质量，并减少炼焦煤气的产量。高炉煤气的含尘量也应在规定的数值以下。焦炉投产后在一代炉龄期间内，除极特殊情况外是不允许停产的，因此焦炉加热煤气的供应必须稳妥可靠,。,（,4,）炼钢的应用,炼钢一般用混合煤气，热值为,670412570,kJ/m,3,。,连铸所用的焦炉煤气是经过脱硫、脱萘后的净焦炉煤气。,（,5,）轧钢的应用,轧钢使用的混合煤气热值一般在,840010000,kJ/m,3,。,（,6,）,民用,对供给民用煤气的质量要求是：煤气的低热值应不小于,14665,kJ/m,3,，,含焦油及灰尘应小于,10,mg/m,3,，,硫化氢含量不大于,20,mg/m,3,，,萘含量在冬季不大于,50,mg/m,3,，,夏季不大于,100,mg/m,3,，,一氧化碳含量应严格控制，国外一般控制在,10%,以下。,6.,煤气安全技术,（,1,）煤气的毒性,煤气的毒性主要由于煤气中含有,CO,。,氧气顶吹转炉煤气、发生炉煤气、高炉煤气、焦炉煤气等都含有较高的,CO,。,CO,是无色、无臭、有毒的气体。,CO,对人体健康的危害是致命性的，,当,CO,被吸入人体时，与血液中的血红蛋白结合生成离解缓慢的碳氧血红蛋白。,CO,与血红蛋白的亲和力要比,O,2,与血红蛋白的亲和力大,200,300,倍，这样就降低了血液为体内各组织输送氧气的功能，从而、出现缺氧的各种症状，如头痛、皮肤血管扩张，甚至昏迷死亡。另外，进入人体内的,CO,浓度高时，还会抑制组织的呼吸过程，造成中枢神经机能受损，产生如记忆力减退、知觉异常、失眠等症状,。,CO,中毒的轻重程度，与血液中碳氧血红蛋白量大致成正比，而后者又取决于吸入,CO,浓度与时间。当空气中,CO,的浓度低于,0.1%,时，不会发生死亡事故；当浓度为,0.2%,，接触,1,2,小时，发生死亡；而当浓度为,0.3%,时接触,0.5,小时，即发生死亡。,除,CO,外，煤气中少量的氮的氧化物也是一种大气污染物质,。,NO,是无色、无刺激性臭味的气体。,NO,2,棕红色，有刺激性臭味的气体。,NO,和,NO,2,对呼吸器官都具有毒性，,NO,2的毒性为,NO,的,4,5,倍,。,NO,与血液中血红蛋白的亲和力较强，可结合成亚硝基血红蛋白或亚硝基高铁血红蛋白，从而使血液输氧能力下降，出现缺氧症状。,我国,工业企业设计卫生标准,中规定上述两种气体在空气中的最高允许浓度为：,CO-30ppm,；,氮的氧化物（换算为,N,2,O,5,）,-5ppm,3.,煤气中毒的症状,（,1,）轻度中毒：中毒者与一般正常人区别不大，但心跳加快、精神不振、头痛、头晕、有时有呕吐、恶心。,（,2,）中度中毒：中毒者脉搏加快而弱，心慌、眼前昏迷，呼吸急促、烦躁不安、知觉敏感降低或散失、意识混乱、瞳孔扩大、对光反射迟钝、血色是桃红色，患者处于昏睡中。,（,3,严重中毒：中度情况下，再吸,入,CO,就变成严重中毒。其口唇成桃红或紫色，指甲花白，手脚冰凉，脉搏停止，心脏跳动沉闷而微弱，失去知觉，瞳孔放大，对光无反射，有时患者还会抽筋，大小便失禁，处于假死状态，如不及时抢救就会死亡。,（,2,）煤气的爆炸性,爆炸的定义,物质自一种状态迅速转变成另一种状态，并在瞬间放出大量能量的现象，爆炸时温度和压力急剧升高，整个过程进行的很快，产生爆炸力和冲击作用。这种现象叫爆炸。,煤气和空气可能形成爆炸性混合物。爆炸事故的发生将造成设备的严重破坏和人身伤亡。只有当混合物中煤气浓度在一定范围内，煤气和空气的混合物才具有爆炸性。各种气体在混合物中的爆炸浓度范围是不同的。可燃组分高于上限或低于下限时，就不会爆炸，下限越低，上限越高，爆炸范围就越宽。同样的可燃组分与纯氧混合时，爆炸范围比上表所列数值大为加宽。温度、压力增加时，爆炸范围也将加宽。,某些工业煤气的爆炸范围见表,7,。,四、焦炉煤气,焦炉煤气是装炉煤在焦炉炭化室中干馏时产生的黄褐色气体混合物。从广义上可以指粗煤气、净煤气和城市煤气；狭义上专指粗煤气。,焦炉煤气是重要的炼焦产品。从焦炉出来的荒煤气经过回收其中的化学产品后可作燃料使用，某些用户对煤气中的含硫量及含萘量有一定的要求，因此，有时还须脱除煤气中的 硫化氢及进一步脱萘,。,焦炉煤气燃烧时，由于氢的含量多，火焰透明，黑度较小，影响了火焰的辐射能力另外，焦炉煤气的重度较小，燃烧火焰刚性较差，容易上浮，对于要求火焰有足够的刚性以便实现定向传热的炉子来说，必须与高炉煤气混合后使用，焦炉煤气是现代钢铁联合企业的重要燃料之一，主要作为平炉炼钢和其他的工业炉，还可作为热风炉的配用燃料，以提高风温降低焦比。它亦可作高炉的喷吹燃料。由于一氧化碳含量少，毒性低，热值高，故也作为民用燃料。焦炉煤气除作燃料使用外，它还有广泛的化工用途。焦炉煤气含有较多的碳氢化合物，具有易燃性，使用时应防止爆炸。,（一）焦炉煤气的生成与组成,1.,焦炉煤气的生成,煤在焦炉炭化室内进行高温干馏时，煤料发生一系列物理化学变化。在,200,以前，煤料表面的水分蒸发，同时吸附在煤中的二氧化碳、甲烷等气体析出。随着温度的升高，煤开始分解，煤的大分子的侧链断裂，产生蒸汽和液体，煤质发生软化和熔融。大约在,600,以前热解产生蒸汽和煤气。这种煤气中主要含有甲烷、二氧化碳、一氧化碳、化合水及焦油蒸汽等。在半焦至焦炭阶段，由于温度的升高析出的气体中氢气和苯蒸气的含量增加，随着焦炭致密化，氢气大量生成。在炭化室内，煤气通过赤热的焦炭层到达炉墙边，然后沿着高温炉墙于焦炭之间的缝隙到达炉顶空间，这过程中煤气又经受高温作用，继续分解。使煤气中的甲烷和重烃类的含量降低，氢的含量增高，因此煤气的比重变小，焦油的比重变大，焦油中的游离碳的含量增多。在炉顶空间形成了组分均一的煤气。煤气的组成是随炭化时间而变化的，但是焦炉是连续生产的，所以整个炉组发生的焦炉煤气组成的是均一的、稳定的。,每吨煤炼焦时发生的煤气量可根据碳平衡求得或根据经验公式进行计算。下面介绍冶金部能源办公室所推荐的经验公式：,V,r,=KV,c,式中,V,r,每吨干煤煤气发生量，,m,3,/t,干煤；,V,c,干煤的挥发分，,%,K,系数，一般为,6472,焦炉煤气回收量,=,（,1-,b,）,V,r,，,m,3,/t,干煤；,式中,b,为焦炉煤气损失率，正常为,24%,。,从炼焦炉出来的粗煤气又称荒煤气或出炉煤气，其组成很复杂，包括主体部分、焦油雾、水气和各种杂质。粗煤气的组成见表,8,粗煤气经净化除去焦油雾、水分和各种杂质后成为净煤气。净煤气再经深度净化，可用作城市民用煤气。,2.,影响煤气组成、产率的因素,影响煤气组成和产率的因素主要是煤料的性质及炼焦的工艺制度，其中煤料的性质是主要因素。,（,1,）原料煤性质的影响,A.,煤的元素组成：炼焦过程中转到煤气中的碳原子数量随着煤内氢含量的增加而提高。煤中的氢有,6070%,转入到煤气中去，并以碳氢化合物和氢分子的形式存在于煤气中，随着煤中氢含量的增加煤气中氢含量减少，但碳氢化合物的含量增加。,煤中含氧量的增加，提高了煤气中含氧成分（一氧化碳、二氧化碳）的含量，煤气的比重亦随之增加。,煤中含氮一般为,0.52%,，它以各种化合物状态存在，在炼焦过程中转入