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燃气基础知识
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燃气基础知识
一 、燃气概述
燃气是现代化城市建设不可缺少的一项基础设施，燃气可以用人工方法制取，也可以从天然资源中获得。只有符合一定要求的可燃气体才能作为城市燃气使用，各种不同类型的城市燃气的主要成分是有很大的不同的，但其主要化学成分可分为可燃与不可燃两个部分。可燃部分主要有氢（H2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）等，不可燃部分主要有氮（N2）、氧（O2）、二氧化碳（CO2）、二氧化硫（SO2）和水蒸气等。上述的各种成分的含量的比例的不同而组成了不同的燃气类型。
二、燃气的种类
燃气的种类，习惯上分为天燃气、人工煤气和液化石油气三大类。
1.天燃气
天然气是指直接从自然界开采和收集的燃气，按天燃气获得
的途径的不同可分为如下3种：
⑴ 纯天燃气
从气井开采出来的气田气称为纯天燃气，它是埋藏在地下深处的气态燃料，它的主要成分为甲烷，约占体积的95%左右。
⑵ 油田伴生气
油田伴生气是伴随石油一起开采出来的石油气，通过一定处理后得到的气体，它的主要成分为甲烷，约占体积的80%左右，另外还含有一些其他的烃类。
⑶ 矿井气
矿井气指从井下煤层抽出的燃气，矿井气中甲烷的含量约占一半，其他的主要成分为空气和氮。
2.人工煤气
人工煤气是指从固体燃料（主要为煤）或液体燃料加工中获取的可燃气体，按照制气原料或制气方法的不同，可分为如下几种：
⑴ 炼焦煤气
炼焦煤气是煤在隔绝空气的条件下加热而分解出来的可燃性气体。它的主要成分是氢和甲烷，为一种无色无味的气体，由于氢含量较高，因而燃烧速度很高。
⑵ 高炉煤气
高炉煤气是炼铁高炉在生产过程中的一种副产品，可燃的主要成分为一氧化碳。它为一种无色、无味、无臭的气体，但毒性极强。
⑶ 发生炉煤气
发生炉煤气是在发生炉内对燃烧着的底层煤或焦炭鼓入空气，依靠上面的还原层和干馏层中生成一氧化碳和氢等可燃成分。它的含氮量很大，约占总体积的一半以上。
⑷ 水煤气
水煤气的生产与发生炉煤气相似，是对热的煤鼓入蒸汽，生成一氧化碳和氢等可燃成分。它的含氮量较小，燃烧速度较快。
⑸ 高压气化气
高压气化气是以煤为原料，以氧和蒸汽为气化剂在高压下进行完全气化而产生的燃气，主要的成分是氢、一氧化碳和甲烷。
⑹ 油煤气
油煤气是指石油类原料经过热裂化而制成的燃气，这种煤气实际使用中与其他煤气掺混使用。
3.液化石油气
液化石油气是自在开采和炼制石油的过程中，作为副产品而获得的一部分碳氢化合物，在常温下加压0.7-0.8Mpa就能液化；液化石油气的主要成分是丙烷（C3H8）、丙烯（C3H6）、正（异）丁烷（C4H10）和正（异）丁烯、反（顺）丁烯（C4H8）。习惯上称为C3、C4，即只用烃的碳原子数（C）表示。这些碳氢化合物在常温、常压下呈气态，当压力升高或温度降低时，很容易转变为气态。从气态转变为液态，其体积可缩小250倍。
三、燃气成分
我国幅员辽阔，燃气资源丰富，各地使用燃气的成分及特性相互差别很大，如下列出几种常用的燃气的成分，仅供参考：
一 般 组 分 （体积%）
CH4 C3H6 C4H10 CnHm CO H2 CO2 O2 N2
1 纯天然气 98 0.3 0.3 0.4 - - - - 1.0
2 油田伴生气 81.7 6.2 4.86 4.94 - - 0.3 0.2 1.8
3 矿井气 52.4 - - - - - 4.6 7.0 36.0
4 炼焦煤气 27.0 - - 2.0 6.0 56.0 3.0 1.0 5.0
5 发生炉煤气 1.8 - 0.4 - 30.4 8.4 2.2 0.4 56.4
6 高压气化煤气 18.0 - - 0.7 18.0 56.0 3.0 0.3 4.0
7 水煤气 5.8 - - 1.6 30.9 42.2 9.6 0.6 9.3
8 油煤气 19.6 - - 6.6 13.0 45.5 7.0 1.0 6.7
9 高炉煤气 0.3 - - - 28.0 2.7 10.5 - 58.5
10 液化石油气 - 50 50 - - - - - -
四、燃气相关的基本概念
1. 燃气的互换性
互换性是燃气的重要指标
具有多种气源的城市，常常遇到以下两种情况：一种是，随着城市燃气供应规模的发展和制气方式的改变，某地区原来使用的燃气可能由其他一种性质不同的燃气所代替；另一种是，基本气源产生紧急事故，或在高峰负荷时，需要在供气系统中掺入性质与原有燃气不同的其他燃气。当燃气成分变化不大时，燃烧器燃烧工况虽有改变，但尚能满足燃具的原有设计要求；当燃气成分变化过大时，燃烧工况的改变不能满足燃具的原有设计要求。
任何燃具，都是按照一定的燃气成分设计的。设某一燃具是以a燃气为基准进行设计和调整，如以b燃气来置换a燃气，如果燃具此时不加任何调整而能保证正常工作，则表示b燃气可以置换a燃气，或称b燃气对a燃气具有互换性。反之，如果燃具不能正常工作，则称b燃气对a燃气不具有互换性。
２.燃气的燃烧特性指标
决定燃气的互换性的条件是燃气的燃烧特性指标：华白数（或称发热指数）和燃烧势（或称燃烧速度指数）。当燃气的成分改变时，华白数和燃烧势同时改变。
① 华白数
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
在b燃气和a燃气化学及物理性质相差不大时，燃烧特性比较接近时，可以用华白数指标来控制燃气的互换性。各国一般规定在两种燃气互换时华白数的变化不大于+5～10%。华白数是一项控制燃具热负荷衡定状况的指标。
② 燃烧势
随着气源种类的增多，出现了燃烧特性差别较大的两种煤气的互换性问题，除了华白数以外，还必须引入燃烧势因素。燃烧势是反映煤气燃烧火焰所产生离焰、黄焰、回火和不完全燃烧的状态的一项反映燃具煤气燃烧稳定状况的综合指标。
3.相关术语
热值：标准状态下（0℃、1大气压）1m3的燃气完全燃烧时产生的热量。
高热值：完全燃烧时产生的热量中包括燃烧产物中水蒸汽冷凝后释放出的热量。
低热值：完全燃烧时产生的热量中不包括燃烧产物中水蒸汽冷凝后释放出的热量。
燃气的相对密度：指相等体积的燃气与空气的质量之比（0℃、1大气压）。
离焰：火焰从燃烧器孔全部或部分离开的现象。
回火：火焰在燃烧器内部燃烧的现象。
黄焰：由于一次空气不足，燃烧时产生的黄色火焰，该火焰与冷表面接触产生黑烟。
火焰稳定性：在燃烧器火孔处火焰既不离焰，也不回火，稳定燃烧的状态。
爆燃：燃气与空气混合后急剧燃烧的现象，噪音很大。
燃气的供气压力：在锅炉的燃气入口连接处，锅炉运行时测得的相对静压力
一 、燃气概述
燃气是现代化城市建设不可缺少的一项基础设施，燃气可以用人工方法制取，也可以从天然资源中获得。只有符合一定要求的可燃气体才能作为城市燃气使用，各种不同类型的城市燃气的主要成分是有很大的不同的，但其主要化学成分可分为可燃与不可燃两个部分。可燃部分主要有氢（H2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）等，不可燃部分主要有氮（N2）、氧（O2）、二氧化碳（CO2）、二氧化硫（SO2）和水蒸气等。上述的各种成分的含量的比例的不同而组成了不同的燃气类型。
二、燃气的种类
燃气的种类，习惯上分为天燃气、人工煤气和液化石油气三大类。
1.天燃气
天然气是指直接从自然界开采和收集的燃气，按天燃气获得
的途径的不同可分为如下3种：
⑴ 纯天燃气
从气井开采出来的气田气称为纯天燃气，它是埋藏在地下深处的气态燃料，它的主要成分为甲烷，约占体积的95%左右。
⑵ 油田伴生气
油田伴生气是伴随石油一起开采出来的石油气，通过一定处理后得到的气体，它的主要成分为甲烷，约占体积的80%左右，另外还含有一些其他的烃类。
⑶ 矿井气
矿井气指从井下煤层抽出的燃气，矿井气中甲烷的含量约占一半，其他的主要成分为空气和氮。
2.人工煤气
人工煤气是指从固体燃料（主要为煤）或液体燃料加工中获取的可燃气体，按照制气原料或制气方法的不同，可分为如下几种：
⑴ 炼焦煤气
炼焦煤气是煤在隔绝空气的条件下加热而分解出来的可燃性气体。它的主要成分是氢和甲烷，为一种无色无味的气体，由于氢含量较高，因而燃烧速度很高。
⑵ 高炉煤气
高炉煤气是炼铁高炉在生产过程中的一种副产品，可燃的主要成分为一氧化碳。它为一种无色、无味、无臭的气体，但毒性极强。
⑶ 发生炉煤气
发生炉煤气是在发生炉内对燃烧着的底层煤或焦炭鼓入空气，依靠上面的还原层和干馏层中生成一氧化碳和氢等可燃成分。它的含氮量很大，约占总体积的一半以上。
⑷ 水煤气
水煤气的生产与发生炉煤气相似，是对热的煤鼓入蒸汽，生成一氧化碳和氢等可燃成分。它的含氮量较小，燃烧速度较快。
⑸ 高压气化气
高压气化气是以煤为原料，以氧和蒸汽为气化剂在高压下进行完全气化而产生的燃气，主要的成分是氢、一氧化碳和甲烷。
⑹ 油煤气
油煤气是指石油类原料经过热裂化而制成的燃气，这种煤气实际使用中与其他煤气掺混使用。
3.液化石油气
液化石油气是自在开采和炼制石油的过程中，作为副产品而获得的一部分碳氢化合物，在常温下加压0.7-0.8Mpa就能液化；液化石油气的主要成分是丙烷（C3H8）、丙烯（C3H6）、正（异）丁烷（C4H10）和正（异）丁烯、反（顺）丁烯（C4H8）。习惯上称为C3、C4，即只用烃的碳原子数（C）表示。这些碳氢化合物在常温、常压下呈气态，当压力升高或温度降低时，很容易转变为气态。从气态转变为液态，其体积可缩小250倍。
三、燃气成分
我国幅员辽阔，燃气资源丰富，各地使用燃气的成分及特性相互差别很大，如下列出几种常用的燃气的成分，仅供参考：
一 般 组 分 （体积%）
CH4 C3H6 C4H10 CnHm CO H2 CO2 O2 N2
1 纯天然气 98 0.3 0.3 0.4 - - - - 1.0
2 油田伴生气 81.7 6.2 4.86 4.94 - - 0.3 0.2 1.8
3 矿井气 52.4 - - - - - 4.6 7.0 36.0
4 炼焦煤气 27.0 - - 2.0 6.0 56.0 3.0 1.0 5.0
5 发生炉煤气 1.8 - 0.4 - 30.4 8.4 2.2 0.4 56.4
6 高压气化煤气 18.0 - - 0.7 18.0 56.0 3.0 0.3 4.0
7 水煤气 5.8 - - 1.6 30.9 42.2 9.6 0.6 9.3
8 油煤气 19.6 - - 6.6 13.0 45.5 7.0 1.0 6.7
9 高炉煤气 0.3 - - - 28.0 2.7 10.5 - 58.5
10 液化石油气 - 50 50 - - - - - -
四、燃气相关的基本概念
1. 燃气的互换性
互换性是燃气的重要指标
具有多种气源的城市，常常遇到以下两种情况：一种是，随着城市燃气供应规模的发展和制气方式的改变，某地区原来使用的燃气可能由其他一种性质不同的燃气所代替；另一种是，基本气源产生紧急事故，或在高峰负荷时，需要在供气系统中掺入性质与原有燃气不同的其他燃气。当燃气成分变化不大时，燃烧器燃烧工况虽有改变，但尚能满足燃具的原有设计要求；当燃气成分变化过大时，燃烧工况的改变不能满足燃具的原有设计要求。
任何燃具，都是按照一定的燃气成分设计的。设某一燃具是以a燃气为基准进行设计和调整，如以b燃气来置换a燃气，如果燃具此时不加任何调整而能保证正常工作，则表示b燃气可以置换a燃气，或称b燃气对a燃气具有互换性。反之，如果燃具不能正常工作，则称b燃气对a燃气不具有互换性。
２.燃气的燃烧特性指标
决定燃气的互换性的条件是燃气的燃烧特性指标：华白数（或称发热指数）和燃烧势（或称燃烧速度指数）。当燃气的成分改变时，华白数和燃烧势同时改变。
① 华白数
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
在b燃气和a燃气化学及物理性质相差不大时，燃烧特性比较接近时，可以用华白数指标来控制燃气的互换性。各国一般规定在两种燃气互换时华白数的变化不大于+5～10%。华白数是一项控制燃具热负荷衡定状况的指标。
② 燃烧势
随着气源种类的增多，出现了燃烧特性差别较大的两种煤气的互换性问题，除了华白数以外，还必须引入燃烧势因素。燃烧势是反映煤气燃烧火焰所产生离焰、黄焰、回火和不完全燃烧的状态的一项反映燃具煤气燃烧稳定状况的综合指标。
3.相关术语
热值：标准状态下（0℃、1大气压）1m3的燃气完全燃烧时产生的热量。
高热值：完全燃烧时产生的热量中包括燃烧产物中水蒸汽冷凝后释放出的热量。
低热值：完全燃烧时产生的热量中不包括燃烧产物中水蒸汽冷凝后释放出的热量。
燃气的相对密度：指相等体积的燃气与空气的质量之比（0℃、1大气压）。
离焰：火焰从燃烧器孔全部或部分离开的现象。
回火：火焰在燃烧器内部燃烧的现象。
黄焰：由于一次空气不足，燃烧时产生的黄色火焰，该火焰与冷表面接触产生黑烟。
火焰稳定性：在燃烧器火孔处火焰既不离焰，也不回火，稳定燃烧的状态。
爆燃：燃气与空气混合后急剧燃烧的现象，噪音很大。
燃气的供气压力：在锅炉的燃气入口连接处，锅炉运行时测得的相对静压力
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