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第一部分 煤气的性质钢铁生产过程中要消耗大量的燃料，伴随着炼焦、炼铁、炼钢的生产过程，产生大量的副产品煤气，煤气是钢铁生产过程中的主要燃料来源目前水钢的副产煤气有三种：高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气1. 高炉煤气 高炉冶炼生铁的主要原料是铁矿——原矿或烧结矿，主要燃料是冶金焦，以及石灰石等附加物料组成的炼铁炉料在冶炼过程中，由于焦炭中的碳在炉缸内燃烧，而且是一层炽热的厚焦炭，开始由空气过剩而逐渐变成空气不足的燃烧，结果就产生了高炉煤气高炉煤气是无色、无味、有毒的可燃性气体密度是1.33kg/m3，与空气的密度(1.293kg/m3)相近，含一氧化碳27～30％着火点为700℃，与空气（氧气）混合后的爆炸浓度极限为40～70％，理论燃烧温度为1400～1500℃左右热值3.15～4.0MJ/km3（3349.44～4186.8kJ/ m3）或（800～1000大卡/标米3）2. 焦炉煤气炼焦生产是煤的干馏过程，即煤在隔绝空气加热时，其中的有机物质在不同的温度下，发生一系列变化，结果形成数量和组成不同的气态、固态产物，最后在炼焦未期生成了焦炭，同时副产了大量的焦炉煤气 净化后的焦炉煤气是无色、有奇臭(因含硫化氢)的有毒气体。

含一氧化碳约7％，毒性较高炉煤气小，密度为0.45～0.55kg/m3易燃、易爆，着火点为550～650℃，与空气（氧气）混合后的爆炸浓度极限为6～30％，理论燃烧温度为 2150℃，发热量为16.3～18.4MJ/km3（4000～4400大卡/标米3）3. 转炉煤气 当今世界的转炉炼钢生产，都是氧气顶吹或顶、底复合吹炼转炉在氧气顶吹转炉吹炼过程中，由于铁水中碳的氧化产生了炉气，叫做转炉煤气由于炉内温度较高，碳的主要氧化物主要是一氧化碳，因此转炉煤气的主要成分是一氧化碳净化后的转炉煤气是无色有毒气体，密度为1.23kg/m3，与空气相近，含一氧化碳约55～70％，故毒性特强易燃、易爆，着火点为650～700℃，与空气（氧气）混合后的爆炸浓渡极限为 20～70％，低发热值为7.2～8.4MJ/km3（1700～2000大卡/标米3）密度kg/m3一氧化碳％着火点℃爆炸浓渡极限％低发热值MJ/km3高炉煤气1.3327～3070040～703.15～4.0焦炉煤气0.45～0.557550～6506～3016.3～18.4转炉煤气1.2355～70650～70020～707.2～8.4第一节 煤气的基本性质一、单一气体的物理化学性质任何一种副产煤气都是由一些单一气体混合而成。

其中可燃气体成份有CO、H2和其他气态氢化物CmHn以及H2S；不可燃成份有CO2、N2和少量的O2除此之外，在气体燃料中还含有水蒸汽、焦油蒸汽以及粉尘固体微粒1、甲烷（CH4）：无色气体，微有葱味，分子量16.04，重度0.715公斤/米3，难溶于水Q低=3576千焦/米3（8560大卡/米3），与空气混合可引起激烈爆炸，爆炸范围5.4～15%，着火温度650～750℃，火焰呈微弱亮光，当空气中甲烷浓度高达25～30%才有毒性2、乙烷（C2H6）：无色无臭气体，分子量30.07，重度1.341公斤/米3，难溶于水Q低=63690千焦/米3（15230大卡/米3），与空气混合可引起激烈爆炸，爆炸范围5～12%，着火温度520～630℃，火焰有微光3、氮气（N2）：无色无臭气体，分子量2.016，重度0.0899公斤/米3，难溶于水Q低=10747.5千焦/米3（2570大卡/米3），与空气混合可引起激烈爆炸，爆炸范围4.2～74%，4、一氧化碳（CO）：无色无臭气体，分子量28，重度1.250kg/m3，Q低=16269kJ/m3（3020大卡/标米3），爆炸范围为12.4～75%，着火温度为644～658℃，在气体混合物中含有少量的水即可降低其着火温度，火焰呈蓝色。

CO性极毒，空气中含有0.06%即有害于人体，含0.20%时可使人失去知觉，含0.4%时迅速死亡，空气中可允许的CO浓度为0.02g/m3（约为25ppm）5、硫化氢（H2S）：无色气体，具有浓厚的臭鸡蛋气味，分子量34.07，重度1.52公斤/米3，易溶于水Q低=23669.6千焦/米3（5660大卡/米3），爆炸范围4.3～45.6%，着火温度364℃，火焰呈兰色，性极毒室内大气中最大允许浓度为0.01克/米3，当浓度为0.04%时有害于人体，0.10%时可致死亡6、氧气（O2）：无色无臭气体，分子量32，重度1.429公斤/米3二、煤气的腐蚀性和毒性副产煤气中具有腐蚀性的成份主要有硫化氢（H2S），二氧化碳（CO2）及氧气（O2）这些气体只有在有水时才具有腐蚀性H2S、CO2在水中呈酸性；O2在水中则具有氧化性腐蚀因此，为减少煤气对管道的腐蚀，应去掉煤气中的水分具有毒性的煤气成分主要有：硫化氢（H2S），氨（NH3），苯（C6H6）等三、煤气发热量煤气发热量，是指完全燃烧一标准立方米煤气时所释放出的热量发热量有高发热量和低发热量之分高发热量：单位燃料完全燃烧后，将燃烧产物中的水蒸汽冷却到零度的水所释放出的热量也计算在内的发热量，用Q高表示。

Q高=（30.46CO+25.8H2+95.3CH4+152.5C2H4+……+60H2S）×4.187kJ/m3低发热量：单位燃烧完全燃烧后，燃烧产物中的水蒸汽冷却到20℃时所释放出的热量，称为低发热量，用Q低表示Q低=（30.46CO+25.8H2+85.9CH4+143C2H4+……+55.2H2S）×4.187kJ/m3四、煤气质量的要求1. 高炉煤气1）含尘量：大中型高压高炉净煤气含尘量小于10mg/Nm3；2）含湿量：高炉煤气的含湿量为煤气中饱和水含量和机械水含量的总和为满足热风炉对煤气质量的要求，净高炉煤气的温度一般应不大于35℃，在特殊情况下不应大于40℃煤气中的机械水分应尽量脱除2. 焦炉煤气由焦炉出来的煤气因含有焦油蒸汽，一般叫荒焦炉煤气荒焦炉煤气中含有水、焦油及其它可作为化工原料的气态化合物，对其进行加工处理，使其中的焦油蒸汽和水蒸汽冷凝下来，并将有关的化工原料回收、净化然后才送入煤气管网作燃料使用3. 转炉煤气1）含尘量：应不大于本企业高炉净煤气的含尘量（10mg/Nm3）；2）含氧量：要求不大于0.6%（水钢要求：＜0.8%，）五、着火温度与燃烧极限1. 着火温度当燃料中的可燃分子与氧化剂分子相接触，在一定的温度和浓度条件下，便发生燃烧反应，放出一定数量的热量，这便是通常见到的燃烧现象。

在燃烧现象中，首先都有一个着火过程着火过程是指燃料与氧化剂均匀混合之后，从开始化学反应，温度升高到激烈的燃烧反应之前的一段过程为了使可燃混合物着火和开始燃烧，在现实中有两种方式：自燃和点火燃烧自燃着火：使可燃混合物整个容积都同时达到某一温度，超过该温度，混合物便自动地着火达到燃烧状态这种过程叫“自燃着火”，俗称“着火”点火燃烧：在冷的混合物中，用一个不大的点热源，在某一局部地方点火，先引起局部着火燃烧，燃后向其它地方传播，最终使整个混合物都达到着火燃烧，这叫做“被迫着火”或简称“点火”着火温度：表示可燃混合物系统化学反应可以自动加速而达到的自燃着火的最低温度2. 着火浓度介限着火浓度介限，即一般所说的燃烧浓度极限研究结果表明，不论是自燃着火或点火，着火条件都与可燃物的浓度有关在一定的压力下可燃物的浓度小于某一数量或大于某一数量都不可能发生自燃着火，这个浓度范围便称为着火浓度介限能实现着火的最小浓度称浓度下限；能实现着火的最大浓度称浓度上限点火（又称强制点火）过程也存在着点火浓度介限如果把可燃混合物置于一容器中，或相当的管中，则由于燃烧，产生高温，会使燃烧生成的气体体积膨胀，而产生爆炸此时混合物中所含可燃气体的上下限就叫爆炸浓度极限。

浓度介限还与惰性气体的含量有关，加入惰性气体，会使浓度介限变窄，特别是上限变小浓度介限还与可燃混合物的初始温度有关，H2，CO，CH4与空气的可燃混合物，如果初始温度不是常温，而是预热至高温，那么浓度介限将会变宽，特别是上限将有明显的增大所以，预热至高温的可燃混合物，就浓度而言，是更易于点火的，而且燃烧的也更完全，这就是工业中预热燃料的道理第二节 煤气的燃烧工业炉中使用的气体燃料种类很多，在燃烧方法和燃烧装置方面，有有焰燃烧法和各种低压有焰烧咀，也有无焰燃烧法和各种高压无焰烧咀，还有半无焰燃烧法尽管煤气种类及燃烧方法不同，但从本质上看，任何一种煤气的燃烧过程，基本上都包括以下三个阶段：①煤气与空气的混合，②混合后的可燃气体的加热和着火，③完成燃烧化学反应一、煤气燃烧反应计算的一些假定燃烧反应计算，需要知道燃料的成分，对气体燃料来说，需要知道煤气的湿成分可燃组分燃烧所需要的氧化剂，在工业炉中多数是用空气，少数情况下也有用氧气或富氧空气为了使计算简化而又能满足工程计算精确度的要求，在燃烧计算中通常采用以下几点假设：1．气体的体积都按标准状态（0℃，760毫米汞柱）计算，一切气体在标准状态下的公斤分子体积都是22.4米3。

2. 当温度不超过2100℃时，在计算中不考虑燃烧产物的热分解3. 认为干空气中氧和氮的体积比为21:79，不考虑CO2和其他稀有气体的存在在进行燃烧计算时，还需要介绍下面两个概念：1、完全燃烧和不完全燃烧当燃料中的可燃物质都和氧进行充分的燃烧反应，即在燃烧产物中不再有可燃物质存在时，叫完全燃烧若燃烧产物中存在有可燃物质，即燃烧中的可燃物质未能和氧进行燃烧反应的，叫不完全燃烧不完全燃烧又有两种情况：1）机械不完全燃烧：由于机械带电和漏损等原因造成的燃料损失，如管道系统漏掉的煤气2）化学不完全燃烧：由于空气不足或燃料与空气混合不好，使燃烧反应未能完全进行，在燃烧产物中存有少量的可燃成分2、空气过剩系数在燃烧过程中，实际供给的空气量（Ln）总是比理论上计算出的所需要的空气量（Lo）要稍大一些，二者之比叫做空气过剩系数，即，n= Ln/Lo空气过剩系数的大小与燃料种类，燃烧方法及燃料装置的结构特点有关，也与操作有关气体燃料的空气过剩系数一般在1.05～1.15之间液体燃料则要大一些二．燃烧温度燃料燃烧时燃烧产物所能达到的温度叫做燃烧温度燃烧种类、燃料成分、燃烧条件和传热条件等都影响着燃烧温度。

燃烧产物中所含热量的多少，取决于燃烧过程中热量的收入和支出根据能量守恒定律，燃烧过程中燃烧产物的热量收入和热量支出相等因此，列出它的热平稳方程式，就可算出燃烧温度1．属于热量收入的有：（1）燃料的化学热，即燃料的发热量Q低（2）空气带入的物理热Q空（3）燃料带入的物理热Q燃2. 属于热量支出的有：（1）燃烧产物得到的物理热Q产 Q产=C产·Vn·t产 式中： C产——燃烧产物的平均比热 kJ/m3 t产——燃烧产物的温度，即实际温度℃（2）燃烧产物传给周围介质的热量Q介（3）由于不完全燃烧损失的热量Q不（4）由于燃烧产物中某些气体在高温下热分解反应消耗的热量Q分所以，热平衡方程式为：Q低+ Q空+Q燃= Vn·C产·t产+Q介+Q不+Q分则燃烧产物的温度t产为:t产=( Q低＋Q空＋ Q燃－Q介－Q不－Q分)/ Vn·C产t产便是在实际条件下的燃烧产物的温度，也称实际燃烧温度若假设燃料是在绝热系统中燃烧（Q介=0），并且完全燃烧（Q不=0），由按。