《锅炉与锅炉房设备施工》教案模块一：锅炉房设备的基本知识单元三：锅炉燃料1.3.3 气体燃料的组成及特性学院内蒙古建筑职业技术学院院（部）机电与暖通工程学院教师王思文气体燃料的组成及特性教学目的通过课程教学，挖掘学生潜在创造力，激发学生的工程设计能力。

以工作任务形式组织学生进行项目训练，培养学生团队意识，组织协调能力、创新思维能力，沟通交流能力，自我学习能力、分析问题和解决问题的能力。

通过学习，学生能够掌握锅炉与锅炉房的基本知识，为今后继续学习锅炉打下结实的基础。

教学目标能力（技能）目标知识目标素质目标1．具有分析气体燃料基本特性的能力。

1．掌握燃气的组成成分。

2．掌握燃气的基本特性（体积分数；平均密度；比体积；相对密度；粘度；临界参数；体积热容；着火温度；爆炸极限；发热量；华白数）1．挖掘学生潜在创造力，激发学生的自主学习积极性；2．培养学生的与人交流、与人合作的能力，培养学生解决问题、自我学习能力。

任务与案例任务：根据教学内容，掌握燃气的组成成分及基本特性。

案例：1. 利用教材的内容进行理论学习。

重点难点及解决方法重点：1.燃气的组成成分及基本特性。

难点：无参考资料《锅炉与锅炉房设备》夏喜英主编哈尔滨工业大学出版社《锅炉及锅炉房设备》杜渐主编中国电力出版社《工业锅炉设备》丁崇功主编机械工业出版社工具与媒体计算机、打印机、录像、课件、图纸、笔、橡皮、专业相关资料等。

授课教案一、气体燃料的基本概念1.气体燃料：指在常温、常压下保持气态的燃料，简称燃气。

2.燃气的特点：易点火、易燃烧、易操作、易实现自动调节，而且燃烧产物中无废渣和废液，烟气中SO x和NO x的含量少。

燃气是最理想的洁净燃料。

二、燃气的组成1.可燃组分一氧化碳(CO)、氢气(H2)和碳氢化合物(C m H n)等。

2.不可燃组分氮气(N2)、氧气(O2)和二氧化碳(CO2)等。

3.有害杂质1)焦油与灰尘的危害：堵塞通道、附件及燃烧器喷嘴，影响锅炉正常燃烧。

2)萘的危害：当燃气中含萘量大于燃气温度相应的饱和含萘量时，过饱和部分的气态萘以结晶状态析出，沉积于管内而使管道流通断面减小，堵塞甚至堵死管道，造成供气中断。

3)硫化氢的危害：可燃的有害杂质，腐蚀储罐、管道、设备和燃烧器，硫化氢燃烧产生的SO2和SO3，不仅腐蚀锅炉金属受热面，而且还污染大气环境。

4)一氧化碳的危害：无色、无臭、无味、有剧毒的气体。

规定燃气中一氧化碳的体积分数应小于10%。

5)氨的危害：氨对燃气管道、设备及燃烧器起腐蚀作用。

燃烧时产生NO、NO2等有害气体，影响人体健康，并污染大气环境。

6)水分的危害：水和水蒸汽能与液态和气态碳氢化合物作用，生成固态结晶水化物，堵塞管道、阀门、仪表（流量计、压力表、液位计等）和设备（调压器、过滤器等），影响正常供气；水蒸气还能加剧O2、H2S、SO2对管道、阀门、燃烧器及锅炉金属受热面的腐蚀作用。

7)残液的危害：液化石油气中C5及C5以上的碳氢化合物组分的沸点高，在常温、常压下不能气化，而留存在钢瓶、储罐等压力容器内，称为残液。

它增加了用户更换气瓶的次数，而且增加了交通运输量。

三、燃气的基本特性1.气体燃料的体积分数：在相同温度和压力条件下，燃气中各单一组分的体积和燃气总体积的比值称为体积分数。

（示例氢气）2.燃气的平均密度：单位体积的燃气所具有的质量称为燃气的平均密度，用符号ρ表示，单位为kg/m3。

3.燃气的比体积：单位质量的燃气所占有的体积称为燃气的比体积，用符号ν表示，单位为m3/kg或Nm3/kg。

4.燃气的相对密度：燃气的平均密度与相同状态下空气的平均密度之比值称为燃气的相对密度。

（标准状态下空气的平均密度为 1.293kg/m3）5.粘度：气体燃料的粘度用动力粘度、运动粘度和条件粘度表示。

随着压力↑，燃气的粘度↑，这一特性与燃料油相同。

随温度↑，燃气的粘度↑，而燃料油的粘度随温度↑而↓。

6.临界参数：当温度不超过某一数值，对气体进行加压可以使气体液化，而在该温度以上，无论施加多大压力都不能使之液化，这个温度就称为该气体的临界温度；在临界温度下，使气体液化所需的压力称为临界压力；此时的比体积称为临界比体积。

上述参数统称为临界参数，分别用符号T c、P c、V c 表示，其单位分别为K、MPa、m3/kg。

7.燃气的体积热容1) 体积定压热容：保持燃气压力不变时，1m3燃气温度升高(或降低)1K所吸收(或放出)的热量称为气体的比定压热容。

用符号C p表示，单位为kJ/(m3?K)。

2) 体积定容热容：保持燃气容积不变时，1m3燃气温度升高(或降低)1K所吸收(或放出)的热量称为气体的比定容热容，用符号C v表示，单位为kJ/(m3?K)。

8.着火温度：燃气开始燃烧时的温度称为着火温度。

单一气体在纯氧中的着火温度比在空气中的数值低50~100℃。

一氧化气体名称氢甲烷乙炔乙烯乙烷丙烯碳着火温度673 878 813 612 698 788 733 T/K正丁戊烯戊烷苯硫化氢气体名称丙烷丁烯烷着火温度723 658 638 563 533 833 543 T/K9.爆炸极限：当可燃气体或油气与空气混合物的浓度达到某个范围时，一遇明火或温度升高到某一数值就会发生爆炸的浓度范围称为爆炸浓度极限。

例如一氧化碳与空气混合的爆炸极限为12.5%～74%。

可燃性混合物能够发生爆炸的最低浓度和最高浓度，分别称为爆炸下限和爆炸上限，这两者有时亦称为着火下限和着火上限。

在低于爆炸下限时不爆炸也不着火；在高于爆炸上限时不会爆炸，但能燃烧。

这是由于前者的可燃物浓度不够，过量空气的冷却作用，阻止了火焰的蔓延；而后者则是空气不足，导致火焰不能蔓延的缘故。

当可燃物的浓度大致相当于反应当量浓度时，具有最大的爆炸威力(即根据完全燃烧反应方程式计算的浓度比例)。

常见物质的爆炸极限见下表。

名称爆炸极限（%）名称爆炸极限（%）下限上限下限上限甲烷 5.0 15.0 戊烯 1.4 8.7乙烷 2.9 13.0 苯 1.2 8.0乙烯 2.7 34.0 氢气 4.0 75.9乙炔 2.5 80.0 一氧化碳12.5 74.2丙烷 2.1 9.5 汽油 1.4 8.0丙烯 2.0 11.7 煤油 1.4 7.5正丁烷 1.5 8.5 重油 1.2 6.0丁烯 1.6 10.0 原油 1.7 11.3戊烷 1.4 8.310.燃气的发热量1) 燃气的发热量是指标准状态下单位体积燃气完全燃烧时所放出的全部热量，用符号Q表示，单位为kJ/m3或kJ/kg。

2) 分为：高位发热量、低位发热量。

3) 燃气发热量的确定：实验方法测定或根据燃气的组分用公式进行计算。

11.华白数（W、kJ/m3）：华白指数是衡量燃气热流量大小的特性指数，也是不同类型燃料互换性的一个重要指标。

燃烧器喷嘴前压力不变时，燃具热负荷Q与燃气热值H成正比，与燃气相对密度的平方根成反比，而燃气的高热值(kJ/m3)与燃气相对密度（S）的平方根之比称为华白数。

四、燃气的分类1.天然气1)气田气（纯天然气）：从气井直接开采出来的可燃气体，其主要组分CH4的体积分数大于90%，低位发热量Q net≈36MJ/m3。

2)油田伴生气：指与石油共生的天然气，包括气顶气和溶解气两种。

油田伴生气的主要组分CH4的体积分数≥80%，乙烷及其以上烃类含量一般较高，低位发热量Q net≈48 MJ/m3。

3)凝析气田气：是一种深层的天然气，它除了含有大量的甲烷外，戊烷与戊烷以上的烃类含量较高，还含有汽油和煤油组分，低位发热量Q net≈48 MJ/m3。

4)矿井气（煤层气）：矿井气也称为矿井瓦斯，是成煤过程中的伴生气，主要组分甲烷。

甲烷的体积分数约等于30%~55%，低位发热量Q net≈12~20 MJ/m3。

2.人工燃气以煤或石油为原料，经过各种热加工过程制得的可燃气体，称为人工燃气，分为：干馏煤气、气化煤气、油制燃气、高炉煤气。

具体发热量见下表。

类型低位发热量Q net（MJ/m3）干馏煤气15~17气化煤气5~15油制燃气热裂解法35 催化裂解法17 部分氧化法10 加氢裂解法25~33.5 高炉煤气 3.8~4.23.液化石油气：以凝析气田气、石油伴生气和炼厂气（石油炼制时的副产品）为原料气，经加工而制得的可燃物，称为液化石油气。

气态液化石油气的低位发热量Q net≈92MJ/m3液态液化石油气的低位发热量Q net≈46MJ/kg4.生物气（沼气）各种有机物在隔绝空气的条件下发酵，并在微生物作用下形成的可燃气体。

低位发热量Q net≈22MJ/m3。