燃气燃烧技术与设备Chap11Word下载.docx

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以a表示燃气完全燃烧每释放105kJ（100英热单位）热量所需消耗的理论空气量：

（10-6）

式中

——理论空气需要量（Nm3/Nm3）；

——燃气高热值（kJ/Nm3）；

引入一次空气因数f这个参数：

（10-7）

当置换气与基准气的a值相同时，成立：

（10-8）

当置换气与基准气的a值不同时，则成立：

（10-9）

由于一次空气因数f与华白数W成反比，因此互换前后火孔热强度q的变化应符合：

（10-10）

发现在燃烧器头部温度不变的情况下，所有离焰曲线都是相互平行的直线，其通式为：

（10-11）

式中q——火孔热强度；

——离焰时的一次空气系数；

m——直线斜率；

K——离焰极限常数。

图10-5互换前后离焰工况的变化

以IL表示互换后火孔热强度qs下的一次空气系数α'

与互换后qs下的离焰极限一次空气系数α'

sl之比，称为离焰互换指数：

（10-12）

α'

al可根据式（10-11）求得。

将qa和α'

al代入式（10-11），得

由于

因此

（10-13）

互换后一次空气系数α'

s与互换前一次空气系数α'

a之比应符合式（10-9）的关系：

（10-14）

（10-15）

互换后火孔热强度qs与互换前火孔热强度qa之比应符合式（10-10）的关系：

由于以基准气调试时取qa=1，上式成为：

（10-16）

根据式（10-11）和式（10-16），可求出α'

sl：

（10-17）

将式（10-15）和式（10-17）代入式（10-12），即得：

（10-18）

式中IL——离焰互换指数；

Ka、Ks——基准气和置换气的离焰极限常数；

fa、fs——基准气和置换气的一次空气因数；

aa、as——基准气和置换气完全燃烧每释放105kJ（100英热单位）热量所需消耗的理论空气量。

通过A.G.A.控制燃烧器试验，可得出各种单一气体的离焰极限常数。

多组分燃气的离焰极限常数可按各组分的质量成分用下式求得：

（10-19）

或

（10-20）

式中K——多组分燃气（混合气体）的离焰极限常数；

K1、K2——各组分（单一气体）的离焰极限常数；

g1、g2——各组分的质量成分；

r1、r2——各组分的容积成分；

s1、s2——各组分的相对密度；

smix——多组分燃气的相对密度。

式（10-20）中各组分的K和s完全是各组分本身的特性，以F表示其乘积，称为离焰常数：

（10-21）

将式（10-21）代人式（10-20），得

（10-22）

实验得出，离焰极限常数K与燃气-空气混合比为化学计量比时的燃烧速度Sn（cm/s）的关系为：

Sn=1671gK+12（10-23）

回火互换指数表达式：

（10-24）

式中IF一一回火互换指数；

Ka、Ks一一基准气和置换气的离焰极限常数；

fa、fs一一基准气和置换气的一次空气因数；

Hs一一置换气高热值（kJ/Nm3）

图10-6互换前后黄焰工况的变化

黄焰互换指数：

（10-25）

互换后一次空气系数与互换前一次空气系数之比应符合式（10-9）的关系：

将α'

a=α'

ay代入上式，得：

（10-26）

将式（10-26）代人式（10-25），得:

（10-27）

式中IY——黄焰互换指数；

fa、fs一一基准气和置换气的一次空气因数；

aa、as——基准气和置换气完全燃烧每释放105kJ（100英热单位）热量所需消耗的理论空气量；

（10-36）

式中k1、k2——比例常数。

德尔布经过大量试验数据的整理，确定该函数的形式如下：

（10-37）

式中Cp——燃烧势；

H2、CO、CH4、CmHn——燃气中氢、一氧化碳、甲烷和碳氢化合物（除甲烷外）的体积成分；

a、b、c、d——相应的系数；

s——燃气相对密度。

在a、b、c、d四个系数中，有一个可以任选。

德尔布选定a=1，然后在控制燃烧器上进行了一系列试验，以确定其他系数。

经过多次修正，最后得出的燃烧势计算公式如下：

（10-38）

式中k——各种CmHn的特定系数；

u——由于燃气中含氧量及含氢量不同而引入的系数；

v——由于燃气中含氢量不同而引入的系数。

图10-7德尔布互换图

我国国家标准中采用的燃烧势计算公式与式（10-38）不同，为简化计算式：

（10-39）

其中K1——与燃气O2含量有关的系数，

；

三、Weaver指数法

热负荷指数JH代表燃气压力不变时，置换前后的热负荷变化，其值等于置换气和基准气的华白数之比：

（10-40）

、

——分别为置换气与基准气的华白数（MJ/Nm3）；

引射指数JA反映置换前后一次空气系数的变化，计算式为：

（10-41）

——分别为置换气与基准气的理论空气量（Nm3/Nm3）；

——分别为置换气与基准气的相对密度（空气为1）；

回火指数的推导方法本质上和AGA离焰指数是一致的，其最终表达式为：

（10-42）

式中S——为火焰速度指数，如下计算：

（10-43）

其中：

——可燃组分的体积分数；

——各可燃组分相应的火焰速度系数（表10-3）；

——燃气中惰性气体的体积分数；

——燃气中O2的体积分数；

表10-3单一气体的火焰速度系数B和指数S

可燃组分

B

S

H2

339

100

CO

61

18

CH4

148

14

C2H2

776

60

C2H4

545

29.6

C2H6

301

17

C3H6

674

30

C3H8

398

16

C4H8

—

C4H10

513

C6H6

920

25

脱火指数JL是对火焰速度和一次空气系数进行经验关联（假定火焰速度和一次空气系数成线性关系），并考虑了燃气中O2对理论空气量的影响后提出。

计算式为

（10-44）

CO生成指数JI也称不完全燃烧指数，主要考虑一次空气的供应对燃烧的影响，并增加了反映碳氢比的变量以与实验数据相符。

（10-45）

式中R——燃气中氢原子数与碳氢化合物中C碳原子数的比值。

黄焰指数JY是对一次空气系数进行经验修正，引入了与积碳相关的参数N后提出。

计算式为：

（10-46）

式中N——每100个燃气分子中燃烧时容易析出的碳原子数，其值等于烃分子中碳原子数减去饱和烃分子数。

认为不饱和烃和环烃中每个碳原子均易析出，而每个饱和烃分子有一个碳原子不易析出。

表10-4Weaver指数允许值

指数

完全互换

极限值

热负荷

JH=1

0.95~1.05

引射空气

JA=1

回火

JF=0

<

0.08

脱火

JL=1

>

0.64

CO生成

Ji=0

黄焰

JY=0

0.14

表10-5PSE&

G和AGA提出的Weaver互换性极限

PSE&

G

AGA

JH

0.95~1.03

JA

0.80~1.20

JF

≤0.26

JL

≥0.64

JI

0.05

≤0.05

JY

0.30

≤0.30

第五节非燃烧类用户的天然气互换性问题

图10-8部分国内外天然气的华白数与甲烷数

表10-6一些燃料的甲烷值及辛烷值

燃料

MN

44

32

8

MON

122

101

97

89

63

表10-7压缩天然气技术指标

项目

技术指标

高位发热量，MJ/Nm3

31.4

总硫（以硫计），mg/m3

≤200

硫化氢，mg/m3

≤15

二氧化碳，%（vol.）

≤3

氧气，%（vol.）

≤0.5

水露点，℃

在汽车驾驶的特定地理区域内，在最高操作压力下，水露点不应高于-13℃；

当最低气温低于-8℃，水露点应比最低气温低5℃。

表10-8部分发动机厂商推荐的燃气组分及其燃烧特性

组分

卡特彼勒

康明斯

Deere

Detroit

Mack

≥88.00%

≥90%

≥88%

≥85%

≤6.00%

≤4%

≤6%

≤11%

C3+

≤3.00%

≤1.70%

≤5%

≤9%

C4+

≤0.70%

≤0.30%

C6+

≤0.20%

≤1%

C2+C3+C4

惰性气体

（N2,CO2）

≤1.5~4.5%

≤2%N2；

≤3%CO2

O2

≤1.00%

≤0.50%

≤0.10%

硫

≤0.001%（质量分数）

≤22ppm（质量分数）

CO2+N2+O2

≤4.50%

华白数（MJ/Nm3）

48.06-50.85

47.31-50.66

≥118

≥115

对标准机型：

≥80；

对特殊机型：

≥65

低热值

≥43.7MJ/kg

≥897Btu/scf

高热值

≥965Btu/scf（标准机型）