燃气复习

绪论 能源与燃气

什么是燃气：可以作为燃料的气体 燃气最早叫煤气

煤气工艺：以煤为原料生产加工。 种类：水煤气、焦炉煤气、半水煤气 成分：co、h2

事实上，煤气只是燃气的一种 主要能源的发展

薪柴，煤炭，石油、燃气，太阳能等新能源 天然气主要用途

用作能源（主要有三种用途）：发电 生活燃料 工业燃料 车用燃料 用作化工行业的原料，生成化肥和合成纤维等众多化工产品。

汽车用燃料的燃气形式：压缩天然气（CNG） 进口液化天然气（LNG）

液化石油气（LPG）液化后体积变为1/250—1/300 液化天然气 VS 压缩天然气 CNG :

1体积转化为200标准体积的天然气,20~25 MPa

工艺：经净化、计量、压缩并向气瓶组或气瓶车充装压缩天然气的加气站 LNG:

1体积转化为600标准体积的天然气, 在常压下，当冷却至约-162℃

工艺：经过净化（脱水、脱烃、脱酸性气体）后，采用节流，膨胀和外加冷源制冷的工艺使甲烷变成液体而形成的。

我国现代城市燃气事业的发展历程

第一阶段：20世纪80年代以前，发展煤制气为主，取得了普及用户、增加燃气供应量的成绩。第二阶段：20世纪80年代至90年代初期，多种气源并存的格局，其中液化石油气成为我国城镇燃气的主要气源之一。第三阶段：20世纪90年代后期，城镇天然气的应用进入前所未有的发展阶段。特别是西气东输工程的实施，标志着我国城镇燃气的天然气时代已经到来。同时，液化石油气小区管道供应方式的广泛应用，也为液化石油气扩展了应用领域。 第一章 燃气气源概论

燃气是易燃、易爆的混合气体，有些燃气还具有毒性。燃气中可燃成分有氢气、一氧化碳、甲烷及碳氢化合物等；不可燃成分有二氧化碳、氮气等惰性气体；部分燃气还含有氧气、水及少量杂质。

燃气按照其来源和生产方式分为 天然气 人工煤气 液化石油气 生物气（人工沼气） （一）天然气分类 根据矿藏特点 1.气田气（纯天然气）

2.凝析气田气：含有少量的石油轻质馏分，需要减压降温，进行气液分离。 3.石油伴生气：伴随石油一起开采出来的（一般为保持井压，不随便开采） 根据组分特点（1基准立方米井中） 1.干气（C5以上重烃含量低于13.5cm3）2.湿气（C5以上重烃含量大于13.5cm3）3.富气（C3以上重烃含量大于94cm3）4.贫气（C3以上重烃含量低于94cm3）5.酸性天然气（H2S、CO2较多）

天然气的勘探、开采、集输、净化

勘探：地质法、地球物理勘探法、钻探法

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地质法：通过分析有无天然气生成与储存条件，寻找地表附近的浅层天然气 地球物理勘探法：在地面或水面上利用各种仪器对地下地址构造进行勘探 钻探法：根据勘探结果，进行钻探井进行采样了解 开采：一般采用钻井的方法 天然气集输系统流程

气井--集气站--天然气处理厂--首站

分离除去油、水、机械杂质 再次分离、计量

集中分离、净化，对脱除物回收处理 除尘、计量、加压

净化：1.脱除凝析油，加以利用（C4-C8）2.脱硫等酸性气体3.脱水 （二）人工煤气

种类：干馏煤气、气化煤气、油制气 成分：H2、CO、CH4 干馏煤气：将煤隔绝空气加热，分解产生可燃气（干馏煤气）300-1000oC、煤焦油300-500oC 、焦炭等产物的化学加工过程。 气化煤气：将煤在高温下与气化剂相互作用，通过化学反应使煤转变为可燃气的过程称为固体燃料的气化。

油制气：将石油及其副产品与水或催化剂作用，经高温裂解而制成的气体燃料。 家用液化气瓶净重2，5，15，50KG一般为5或15KG (三）液化石油气

1.成分：C3、C4/P20 2.来源：油田或气田开采过程获得的，叫天然石油气。 石油炼制加工过程中的副产品，叫炼厂石油气。

特点：常温气态，加压/降温变液态，液化后体积变为1/250—1/300 净化：除去CH4、C2H8、C5H10等，脱硫、干燥（不能含水） （四）其他燃气

二甲醚（与LPG性质相似，是液化气、石油、城市燃气的替代燃料） 天然气水合物（可燃冰） 生物气（沼气） 燃气的基本性质

燃 气1可燃成分：碳氢化合物、氢气、一氧化碳等2不可燃成分：二氧化碳、氮气、氧气 燃气的基本性质1燃气的物理化学特性 组分，分子量，密度，临界参数，黏度，相平衡常数，沸点、露点，含湿量2燃气的热力与燃烧特性 汽化潜热、热值、着火温度、爆炸极限、状态图

相对密度：气体的密度与相同状态的空气密度之比 气态液化石油气＞空气＞天然气＞焦炉煤气 水化物

水分超过一定含量，在一定温度和压力下，水与液相/气相的CxHy结晶。 原因：1.管道高压/低温2.燃气有杂质 预防方法：

1.减少燃气中水分2.减压升温3.加防冻剂

气化潜热：饱和蒸汽和饱和液体的焓差 着火温度：燃气开始燃烧时的温度 气态液化石油气热值约是天然气热值的3倍

爆炸极限是指可燃气体在空气中的体积百分数 天然气5百分-15 液化石油气1.5-9.5 城镇燃气气源的要求

一、气源选择依据 1气源资源和城镇条件是选择气源时需要考虑的主要因素。

2一般要尽量选取高热值、低污染、洁净、卫生的燃料气作为城镇气源。3符合国家能源政

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策 多种气源、多种途径、因地制宜、合理利用能源,优先发展天然气，扩大液化石油气供应，慎重发展人工煤气4综合考虑气源的地域性和经济性 优先发展本地气源、减少对外部气源的依赖，降低输气成本。5合理选择气源种类a天然气：清洁，管线经过区域都可使用b人工煤气：是对煤和石油的深加工，提高了能源利用率，适合天然气供应不到或煤炭产地适用。c液化石油气：投资少，设备简单，供应灵活，适合独立小区或郊区使用。作为天然气的过渡气源。还可加工为人工天然气。

城镇燃气的质量要求:热值高,毒性小,杂质少 减少对仪表和灶具的损害 燃气的加臭标准:

有毒燃气：在泄露到空气中的有毒气体浓度达到对人体有害浓度之前，应使人察觉。 无毒燃气：达到20%的爆炸下限时，使人察觉。

利用加臭剂寻找地下管道的泄漏点时：加臭剂量达到正常使用量的10倍。 新管线投入使用时：加臭剂用量是正常用量的2-3倍 加臭剂的性质:a正常剂量范围内，对人体无害b与一般气体的臭味有明显区别c有一定的挥发性d能完全燃烧，燃烧产物对人体无害e与燃气的组分不反应f溶解于水的程度不大于2.5%g价格低廉 目前使用的加臭剂主要为（四氢噻吩THT、乙硫醇EM） 气源的转换1.人工煤气转换为人工天然气2.人工煤气转换为天然气 燃气供应设施与用户燃烧设备都要进行相应改变

气源的混配：置换气和原燃气符合互换性条件 原先用天然气，高峰时期加一些液化气和空气（人工天然气）

保证华白数和燃烧势在允许的范围内 第二章 燃气供应规划的编制

城镇燃气供应系统：燃气气源，燃气输配设施，燃气用户用气设备 燃气行业对于购气存在一个什么原则：照付不议

城镇燃气发展规划应包括燃气气源，燃气种类，燃气供应方式和规模，燃气设施布局和建设时序，燃气设施建设用地，燃气设施保护范围，燃气供应保障措施和安全保障措施等内容。

编制城镇燃气供应系统规划要在城镇发展总体规划的原则指导下进行，并应与城镇的能源规划、环保规划、消防规划等相结合。

一般应制定多个规划方案，在进行技术经济比较和论证后，选择切实可行的最佳方案。规划年限一般为五年、十年或者更长时间，规划方案根据规划年限分为远、近期规划两类。 一般城镇燃气供应系统的工程项目在具体实施时要经过以下几个阶段： 1、编制合理的城镇燃气供应系统规划 2、具有燃气工程设计资质的设计单位对项目进行设计（初步设计、技术设计、施工图设计） 3、根据设计要求，安排工程项目的建设并组织工程施工。 城镇燃气发展规划成果一般应包括规划说明书，规划图纸，附件 评价方案优劣的标准是经济和技术 方案的技术经济分析

技术经济分析的任务主要有：

1、预先分析、比较各种技术方案的可行性及其优劣，进行方案评价选优，为项目决策提供依据；

2、揭示技术方案实施中的各种矛盾和薄弱环节，提出改进措施，以保证先进技术的成功应用，充分实现其经济效益；

3、正确评价技术方案的实施效果，反馈技术应用、改进及新需求方面的信息，推动技术创新。

技术经济分析的类型：1、事前分析（又称预分析） 事情分析是技术经济分析的重点；

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2、期中分析 发现问题，提出改进或解决问题的措施，以保证方案的顺利实施；

3、事后评价 对已实施方案的实施后果进行技术经济分析与评价，总结经验，以利推广、提高和总结。

技术经济分析的基本原则1效益最佳原则

宏观与微观的关系 当前与长远的关系 直接经济效益与间接经济效益的关系 经济效益与社会效益的关系

2方案的可比原则 满足需要上的可比性 具有消耗费用的可比性 具有价格指标的可比性具有时间上的可比性 3系统分析原则

系统分析是指对方案的各个方面进行全面的分析评价，以求得方案总体优化的方法。 技术经济分析的基本方法：静态评价方法、动态评价方法 燃气化综合效益分析：对于燃气供应系统，不仅要考虑方案中能够用货币形式体现的直接经济效益，还要考虑项目实施后带来的社会效益和环境效益等。由于各种燃料的燃烧效率不同，使用气体燃料不仅可以减少燃料消耗，而且可以减少污染物排放。 第三章 燃气供应与需求 一、用户类型及用气特点

1、城镇居民用户(主要用于炊事和生活用水的加热 用气特点是：单户用气量不大，用气随机性强）2、商业用户（包括居民社区配套的公共建筑设施，机关，科研机构等的用气 用气特点是：单个用户用气量不大，用气比较有规律）3、工业用户（工业用户主要是将燃气作为燃料用于生产工艺的热加工 用气特点是：用气比较有规律，用气量打且均均衡，在燃气不能完全满足需要时，可以在规定的时间内停气或用气）4燃气采暖与空调1)集中采暖 2)单户独立采暖 5燃气汽车 目前，燃气汽车主要有LPG、CNG、LNG汽车。大部分的燃气汽车属于油气两用车（既可以使用汽油，也可以使用燃气）。燃气汽车与燃油汽车相比燃料价格具有明显的优势。目前，压缩天然气（CNG）主要用于公交车 ，液化石油气（LPG）主要用于出租车。6燃气发电7其他用途化工：生产化肥（尿素CO(NH2)2）、甲醇，燃料电池

供气原则 综合考虑以下3方面：1.提高燃气利用率2.节约能源3.保护环境

供气原则制定依据：1.燃气气源供应情况2.输配系统设备利用率3.燃气供应企业的经济效益4.燃气用户利益

（一）城镇居民及商业用户城镇燃气供应的基本用户，是优先考虑对象 (二）.工业用户

应尽量配备一定的工业用户：

1.因为其用气稳定，燃烧过程易于控制；2.作为供应系统的调峰用户，缓解用气矛盾； 3.提高供应系统的设备利用率，降低输配成本，以使燃气供应企业取得良好的效益， 当采用天然气为城镇燃气气源且气源充足时：

应大力发展工业用户。但不宜供应远离城镇燃气管网的工业企业用户的用气。 当采用人工煤气时：

1)使用燃气后，产品产量和质量有很大提高、节能显著的中小型工业企业由城镇管网供应燃气；

2)用气量很大的工业用户(如钢铁企业等)应考虑自行产气。 （三）燃气采暖与空调用气

人工煤气不考虑作为采暖和空调用气 天然气允许作为采暖和空调用气，但应采取有效的调节季节性不均匀用气的措施，保障管网系统运行的经济型和可靠性。

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（四）燃气汽车规划时，燃气汽车是优先发展对象。 （五）燃气发电

人工煤气一般不考虑用来发电

天然气在目前资源量还不足以满足市场的情况下，用于发电需具备以下条件： 1当地天然气充足2发电厂建设在重要用电负荷中心3仅用于调峰发电 城镇居民及商业用户是城镇燃气供应的基本用户 用气指标

用气量指标又称耗气定额，是进行城镇燃气规划、设计，估算燃气用气量的主要依据。因为各类燃气的热值不同，所以，常用热量指标来表示用气量指标。 1、、居民生活用气指标

居民生活用气量指标是指城镇居民每人每年平均燃气用量。（MJ/人·年） 影响居民生活用气量指标的因素：

（1）户内燃气设备的类型（功率大，耗气多）（2）能源多样化（种类多，用气少）（3）户内人口数（人口多，人均气量少）（4）社区配套设施的完善程度（越完善，越经济）（5）其他因素（工资水平、燃气价格 2、商业用户用气量指标

影响公共建筑用气量指标的因素：（1）城镇燃气供应状况；（2）燃气管网布置与商业用户的分布情况；（3）居民使用公共服务设施的普及程度、设施标准；（4）用气设施的性能、效率、运行管理水平和使用均衡程度（5）地区的气候条件。 3、工业企业用气量指标

工业企业的用气量指标可由产品的耗气定额或者其他燃料的实际消耗量进行折算，也可按同行业的用气量指标分析确定。 4、建筑物采暖及空调用气量指标

按规范或当地建筑物耗热量指标确定。 5、燃气汽车用气量指标

根据当地燃气汽车的种类、车型和使用量的统计分析确定。若缺乏资料，可参照已有燃气汽车的城镇的用气量指标确定。 燃气需用工况

一、年用气量计算二、用气不均匀情况描述三、小时计算流量的确定 一、年用气量计算

在进行城镇燃气供应系统的规划设计时，首先要确定城镇的年用气量。各类用户的年用气量是进行燃气供应系统设计和运行管理，以及确定气源、管网和设备通过能力的重要依据。年用气量应根据燃气发展规划和燃气的用户类型、数量及各类用户的用气指标确定 (一)居民生活的年用气量

居民生活的年用气量与许多因素有关：居民生活习惯，作息及节假日制度，气候条件，户内燃气设备的类型，住宅内有无集中采暖及热水供应，城镇居民气化率等。 (二)商业用户年用气量

一是按商业用户拥有的各类用气设备数量和用气设备的额定热负荷进行计算； 二是按商业用户用气性质、用途、用气指标及服务人数等进行计算。 (三)工业企业年用气量

工业企业年用气量与其生产规模、用气工艺特点和年工作时数等因素有关。 在规划设计阶段，一般可按以下三种方法计算工业用户的年用气量：

1参照已使用燃气且生产规模相近的同类企业年耗气量估算；2按工业产品耗气定额和企业的年产量确定；3在缺乏产品耗气定额资料的情况下，可按企业消耗其他燃料的热量及设备

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灌装及残液回收等项任务。 2. 液化石油气的装卸

利用地形高程差所产生的静压差卸车，利用泵装卸，利用压缩机加压装卸 3. 液化石油气的储存：储存方式与储存量的大小一般要根据气源供应、用户数量和用气情况等方面的因素综合考虑确定。

常温压力液态储存（全压力式储存） 低温常压液态储存（全冷冻式储存） 较低压力、较低温度储存（半冷冻式储存） 固态储存

空间位置分类 地层岩穴储存 地下金属罐储存 地上金属罐储存 4. 液化石油气罐装工艺

灌装原理分类 重量灌装 容积灌装

机械化程度分类 手工灌装 半机械化、半自动化灌装 机械化、自动化灌装 5. 残液回收

残液回收也是储配站的一项重要任务。为安全起见，液化石油气用户不得自行处理残液。储配站回收的残液可在站内使用或集中外运。 第三节 液化石油气的用户供应 1. 液化石油气的气化方式

根据液化石油气的气化原理及特点，液化石油气的气化过程可分为自然气化和强制气化两类。

（一） 自然气化

液化石油气自然气化是指液态液化石油气吸收自身的显热和通过容器壁吸收周围介质的热量而进行气化的过程。 自然气化过程的特点

（1） 气化过程中有组分的变化 （2）具有一定的气化能力适应性 （3）无再液化问题 （二）强制气化

强制气化是指人为地加热从容器中引出的液态液化石油气使其气化的方法。气化是在专门的气化装置（气化器）中进行的。加热液化石油气的热媒通常使用热水或蒸汽，也可以采用电加热或火焰加热方式。 强制气化过程的特点：

（1）气化过程中没有组分的变化 （2）气化能力大 （3）有再液化问题

液化石油气的管道供应（a）液化石油气的自然气化管道供应 适用于规模在30-80户的居民楼、商业用户，小型工业用户（b）液化石油气的强制气化管道供应 （c）液化石油气混空气管道供应

（c)的混合方式（1）利用引射器的混气系统（2）利用比例调节的混气系统（3）利用主导控制混气系统

第九章 燃气燃烧基本理论 燃烧的化学基础

一、燃烧的本质 1、燃烧（Combustion）： 一定条件下，可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常火焰、发光和（或）发烟的现象。 二 、燃烧的条件 1、可燃物（还原剂）：凡能与氧或其它氧化剂起燃烧反应的物质。2、助燃物（氧化剂）：凡

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是与可燃物结合能导致和支持燃烧的物质。3、点火源：凡能引起物质燃烧的点燃能源，统称为点火源。

第一节 燃气的燃烧计算

1. 燃气的热值：1m3燃气完全燃烧后，其烟气被冷却至初始温度所放出的 热量称为该燃气的热值。

通常实际工程中用到的是燃气的低热值 2. 燃烧所需空气量

理论空气需要量：理论空气需要量是指按燃烧反应计量方程式，1m3（或1kg）燃气完全燃烧所需的空气量，是燃气完全燃烧所需的最小空气量，单位为m3/m3干燃气或m3/kg。 实际空气供给量 过量空气系数为实际供给的空气量和理论空气需要量的比值

通常α ＞1。实际在工业设备中， α一般控制在1.05~1.20；在民用燃具中， α一般控制在1.3~1.8。

α过小不完全燃烧，能源浪费；

α过大则烟气体积增大，炉膛温度和烟气温度降低，换热效率降低。 第二节 燃气燃烧过程 1. 燃气燃烧反应机理

基元反应：反应物分子经过一次碰撞就转化为生成物分子的反应， 活化能：由反应物分子达到活化分子所需的最小能量

质量作用定律只适于基元反应，对于非基元反应，只有分解为若干个基元反应时，才能逐个运用质量作用定律。a+b被称为反应级数。 2. 着火（点火）

着火：可燃体系因某种原因引起自动升温,反应自动加速,最后出现火焰的过程。通常指由于能量或活化中心的积聚，预混的可燃气体自发发生燃烧反应的起始瞬间，又称自燃。 点火：采用强制点火的方式引燃可燃气体混合物。 着火 1.热力着火，又称自燃（self-ignition）：可燃物在没有外部火花、火焰等火源的作用下，因受热或自身发热并蓄热所产生的自然燃烧。 2. 支链着火或连锁自燃：可燃物局部受到火花、炽热体等高温热 源的强烈加热而着火、燃烧，然后燃烧传播到整个可燃物中。简言之：火焰的局部引发及其相继的传播。 点火 常见的点火源有电火花、小火焰及电热线圈等

天然气所需点火能高，而且点火浓度范围也窄，较难点着；而含氢量较高的人工煤气则易于点火。

3. 燃气燃烧的火焰传播

火焰的传播有三种形式：正常的火焰传播、爆燃和爆炸

火焰传播速度Sn：单位时间内在单位火焰面积上所燃烧的可燃混合物体积，也称 燃烧速度。

影响火焰传播速度Sn的因素主要有以下几个方面：（1）可燃混合物的性质（2）燃气浓（3）可燃混合物初始温度（4）可燃混合物的压力（5）添加剂 4. 燃烧过程的强化

强化燃烧过程主要应从提高温度和加强气流混合着手 第三节 燃气燃烧方法

燃气的燃烧分为三种基本方式，即：扩散式燃烧、部分预混式燃烧和完全预混式燃烧。 根据燃气与空气在燃烧前的混合情况，燃烧所需要的空气可分为一次空气和二次空气。 离焰、脱火和回火，不稳定燃烧现象

火焰脱离燃烧器出口，在一定距离外燃烧的现象称为离焰。

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若气流速度再增大，火焰将被吹熄，称为脱火。

如果混合气流速度不断减小，蓝色锥体越来越低，最终由于气流速度小于火焰传播速度，火焰将缩进燃烧器向内传播，称为回火。 完全预混式燃烧特点：

1燃烧温度较高；2火焰的传播速度较快；3火焰稳定性较差，容易回火；4预混气流出口速度大大提高，当负荷较大时容易脱火。 第十章 燃气燃烧应用装置

用来实现燃烧过程的装置，统称为燃烧装置。燃烧器是进行燃气与空气混合，实现燃烧反应的核心设备，在工业上又称为燃气烧嘴。集合了送风设备，调节控制机构和燃烧器的紧凑整体又称为燃烧机。

按一次空气系数分类（按燃烧方式）1扩散式燃烧器2部分预混式燃烧器3完全预混式燃烧器

1. 扩散式燃烧器

按空气供给方式分为1自然引风式（多用于民用）-扩散式燃烧器2强制引风式（多用于工业）-鼓风式燃烧器

2. 部分预混式燃烧器 通常由引射器和头部两部分组成。

引射器作用：一、以燃气引射空气，并使两者均匀混合；二、在引射器末端形成所需的剩余压力；三、输送一定的燃气量。

3. 完全预混式燃烧器：按照完全预混燃烧方法设计的燃烧器称为完全预混式燃烧器 完全预混式燃烧器主要用于工业加热装置上。

燃气燃烧设备上的自动与安全装置主要包括自动点火装置、自动控制装置及安全控制装置三部分。

（a）自动点火装置 目前在民用燃具上使用的几乎都是电火花点火方式。 （一）电火花点火（二）炽热丝点火（三）小火点火

台式灶具一般采用单脉冲电火花点火（压电陶瓷）点火装置 燃气热水器一般采用连续电脉冲点火装置点火装置

（b）自动控制装置（一）燃气压力控制器（二）燃气流量控制器（三）燃气—空气比例混合调节器（四）燃气阀组 （c）安全控制装置（一）预防燃气压力不足的安全装置（二）预防空气不足的安全装置（三）止回阀及安全切断阀（四）水—气联动安全装置（五）熄火保护装置（六）过热保护装置（七）风压开关

燃气热水器中普遍使用的熄火保护装置：火焰离子探针熄火保护装置 第十一章 燃气工程应用新技术

1低NOx燃烧器：降低燃烧温度，燃烧区域内O2浓度，缩短在高温区的停留时间 来控制热力型NOx的产生。

分1.烟气自身再循环燃烧器2.阶段燃烧器（空气两段供给和燃气两段供给）3．浓淡型燃烧器4．分割火焰型燃烧器5．混合促进型燃烧器6．低NOx预燃室燃烧器

2. 燃气应用新领域（a）燃气发电（b）燃气用于城市供能（c）燃气空调（d）燃料电池（e）LNG的冷量利用（f）燃气汽车（g）燃气热水器 燃气热水器的发展经历了直排、烟道、强排、鼓风、平衡等阶段。根据国家规定，现阶段，国内只能生产和销售强排以上机型。

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