天然气燃烧技术培训课件

天然气燃烧技术培训课件第一章天然气基础知识概述天然气的组成与物理化学性质主要成分物理特性环保优势甲烷CH4占比85-95%,含少量乙烷、丙烷无色无味无毒气体,比空气轻相对密度完全燃烧产物仅为二氧化碳和水蒸气,几乎不及微量硫化物、氮气等杂质成分

0.65~

0.76,易扩散于空气中含硫氧化物和颗粒物,是最清洁的化石能源天然气的热值与燃烧特性热值参数爆炸极限天然气具有优异的能源特性,其高位热值约为8000~9000千卡/立方米

33.4~

37.7兆焦/立方米,低位热值约为下限:5%体积浓度7200~8100千卡/立方米这意味着1立方米天然气完全燃烧释放的热量相当于

1.2升柴油或

1.3公斤标准煤上限:15%体积浓度燃烧特性•着火温度较高约650-750℃,需要足够的点火能量•燃烧速度快,火焰传播速度约

0.3-

0.4米/秒•完全燃烧无积碳、无残渣,设备维护成本低•火焰呈蓝色,燃烧充分时几乎无可见烟气天然气的历史与应用发展公元前年1900中国古代开始利用天然气,四川自贡地区用竹管输送天然气用于煮盐和照明,开创人类利用天然气的先河2世纪19欧美国家开始工业化开采和利用天然气,主要用于城市照明和家庭取暖,天然气管网系统初步建立世纪中后期320天然气应用领域快速扩展,涵盖发电、工业生产、交通运输等多个领域,成为重要的一次能源4世纪21中国西气东输、川气东送等大型管网工程建成,天然气消费量年均增长15%以上,清洁能源战略深入推进当前,天然气已成为全球第三大能源,占一次能源消费比重约24%中国天然气年消费量超过3600亿立方米,并持续保持快速增长态势甲烷天然气的核心:分子结构特征甲烷CH4是最简单的烷烃,由一个碳原子与四个氢原子以共价键结合形成正四面体结构这种对称性极高的分子构型赋予了甲烷优异的稳定性和燃烧特性化学性质•分子量

16.04,是最轻的烃类化合物•标准状态下密度

0.717克/升•临界温度-

82.6℃,临界压力

4.59兆帕•与空气混合燃烧理论空气需求量

9.52立方米/立方米甲烷的C-H键能较高,使其化学性质相对稳定,但在适当条件下能够发生完全氧化反应,释放大量热能第二章天然气燃烧安全风险与防范天然气虽然清洁高效,但其易燃易爆的特性决定了使用过程中必须高度重视安全管理本章将深入剖析天然气使用中的主要安全风险,并提出系统的防范措施和应急处置方案燃气泄漏与爆炸风险爆炸机理与风险评估天然气泄漏后与空气混合形成爆炸性混合气体,当浓度达到爆炸极限5%-15%时,遇到明火、静电火花或摩擦火花即可瞬间引发爆炸爆炸产生的冲击波压力可达

0.5-

1.0兆帕,破坏力巨大1立方米天然气爆炸当量相当于约5千克TNT炸药典型事故案例爆炸三要素2017年山东日科化学爆燃事故可燃物:泄漏的天然气由于天然气管道泄漏且未及时发现,泄漏气体在车间内积聚,遇静电火助燃物:空气中的氧气花引发剧烈爆炸,造成7人死亡、4人受伤,直接经济损失超过2000万点火源:明火、火花、高温表面元只有同时具备这三个条件,爆炸才会发生因此安全防范的关键在于切断任一条件点火能量分析天然气-空气混合气体的最小点火能量仅为

0.28毫焦,相当于一次微小的静电放电这意味着即使是人体静电、金属撞击产生的微弱火花都可能引发爆炸,因此在燃气场所必须严格执行防爆措施一氧化碳中毒风险一氧化碳产生机理冬季高发原因当天然气燃烧时供氧不足,就会发生不完全燃烧,产生有毒的一氧化碳CO一氧化碳是无色无味气体,人体难以察觉,却具有极强的毒性它与血红蛋冬季门窗紧闭,室内通风不良,燃气燃烧产生的CO难以排出,极易造成积聚同时低温导致燃气器具燃烧效率下白的亲和力是氧气的200-300倍,吸入后迅速导致机体缺氧降,更容易发生不完全燃烧中毒症状与危害轻度中毒:头痛、头晕、恶心、乏力中度中毒:意识模糊、呼吸困难、心率加快重度中毒:昏迷、抽搐、呼吸衰竭,甚至死亡空气中CO浓度达到

0.04%时,人在1-2小时内会出现中毒症状;浓度达到

0.32%时,5-10分钟即可致命预防措施

1.保持室内良好通风,每天开窗换气燃气安全管理与法规标准国家标准与规范体系我国已建立完善的燃气安全法规标准体系,涵盖设计、施工、运营、维护等全生命周期主要标准包括《城镇燃气设计规范》GB50028-

2006、《燃气燃烧器具安全技术条件》GB

16410、《城镇燃气技术规范》GB50494等,为燃气安全管理提供了技术依据安全用气五要安全用气六禁止

1.要安装使用合格的燃气器具

1.禁止私自改装燃气设施

2.要保持使用环境通风良好

2.禁止在燃气管道上悬挂物品

3.要定期检查燃气设施

3.禁止将燃气管道作为接地线

4.要掌握正确的使用方法

4.禁止在燃气设施周围堆放易燃物

5.要了解应急处置措施

5.禁止在使用燃气时离开现场

6.禁止使用不合格的燃气器具从业人员资格要求根据《特种设备安全监察条例》,从事燃气燃烧设备操作、维修、安全管理的人员必须经过专业培训,取得相应资格证书后方可上岗培训内容包括燃气基础知识、燃烧技术、安全操作规程、事故应急处置等,每三年需进行一次复审培训安全第一预警先行,燃气泄漏报警器工作原理燃气泄漏报警器采用半导体或催化燃烧式传感器,能够实时监测空气中天然气浓度当浓度达到报警设定值通常为爆炸下限的25%,即

1.25%时,报警器发出声光报警信号,提醒人员及时处置安装与使用规范安装位置:距离气源1-4米,天然气报警器应安装在天花板附近距顶

0.3米内供电方式:采用220V交流电源,配备备用电池联动功能:可与电磁阀、排风扇联动,实现自动切断气源和通风维护要求:每月自检一次,每年专业检测校准一次,使用寿命一般3-5年在燃气使用场所安装报警器是预防事故的重要措施,能够在泄漏初期及时发现并处置,避免事故扩大第三章天然气燃烧器类型与设计原理燃烧器是天然气燃烧系统的核心部件,其设计水平直接影响燃烧效率、污染物排放和运行安全性本章将系统介绍扩散式、引射式、鼓风式等主要燃烧器类型的工作原理、结构特点和设计要点扩散式燃烧器设计工作原理与火焰特性扩散式燃烧器的燃气与空气在燃烧器出口处才开始混合并燃烧,属于边混合边燃烧的方式这种燃烧方式火焰较长,燃烧温度相对较低,但火焰稳定性好,不易回火,适用于大功率工业炉窑管式燃烧器风道直燃式炉底缝隙式结构最简单,由燃气管和空气通道组成燃气喷嘴布置在空气风道中,利用高速气燃气从炉底缝隙喷出,在炉膛内与空气混燃气从管口喷出,与周围空气自然混合燃流带动空气混合常用于干燥设备、热合燃烧,形成均匀的火焰层适用于加热烧适用于小型加热炉、退火炉等,火焰风炉,具有热效率高、温度分布均匀的特炉、熔化炉等,可实现炉温的精确控制长度可达1-2米点设计要点扩散式燃烧器设计需要重点考虑:•燃气喷嘴孔径与数量,影响火焰形状和燃烧强度•空气供给方式,自然通风或机械送风•燃烧器与炉膛的匹配,确保燃烧完全•火焰长度控制,避免火焰冲刷炉壁或加热对象引射式预混燃烧器引射器工作原理大气式燃烧器引射式燃烧器利用文丘里管原理,燃气在喷嘴处高速喷出,在喉管处形成负压区,将空气吸入并与燃气预先混合,然后进入燃烧室燃最常见的家用燃气灶、热水器采用大气式引射燃烧器燃气压力一般为1-3千帕,引射系数约

0.5,火焰呈蓝色锥形,燃烧这种方式燃烧充分,火焰短而集中,热效率高烧稳定可靠质量引射系数引射系数α定义为引射空气质量与燃气质量之比,是评价引射器性能的关键参数理论空气需求量对应的α值为

17.2,实际引射系数一般为

0.4-

0.7,即提供40%-70%的理论空气量,其余空气为二次空气全预混引射式燃烧器引射系数达到

1.0以上,燃气与空气完全预混后燃烧火焰极短,燃烧温度高,热效率可达95%以上广泛应用于冷凝式壁挂炉、工业加热设备红外线辐射式燃烧器鼓风式燃烧器及其设计鼓风式燃烧器特点鼓风式燃烧器配备专用风机强制供给燃烧所需空气,可以精确控制空燃比,实现高效稳定燃烧功率范围从数十千瓦到数十兆瓦,广泛应用于各类工业锅炉、窑炉、热风炉等大型燃烧设备旋流式燃烧器切向叶片式轴向叶片式空气通过旋流器形成高速旋转气流,燃气从中采用切向叶片式调风器,改变叶片角度可调节空气沿轴向直接进入,通过轴向叶片调节流心喷入,在强烈的涡流作用下快速混合火焰空气流量和旋流强度结构紧凑,调节性能好,量火焰长度较长,适用于大型管式加热炉和短而稳定,适用于燃气锅炉和工业炉是目前应用最广的类型高温炉窑低排放技术NOx鼓风式燃烧器通过分级燃烧、烟气再循环、贫预混等先进技术,可将氮氧化物NOx排放降低至30毫克/立方米以下,满足严格的环保要求分级燃烧将燃料分段投入,降低燃烧区温度;烟气再循环将部分烟气返回燃烧器,稀释氧浓度,抑制NOx生成燃烧器设计计算实例设计条件某工业锅炉燃烧器设计,燃气热值9000千卡/立方米,燃烧器热功率1000千瓦,过剩空气系数α=

1.15理论空气需求量计算天然气完全燃烧的理论空气需求量V₀计算公式:对于典型组成的天然气CH₄95%,C₂H₆3%,C₃H₈1%,N₂1%,计算得V₀≈

9.52立方米/立方米燃气实际空气需求量:Vair=α×V₀=

1.15×

9.52=

10.95立方米/立方米燃气燃气流量计算燃烧器热功率1000千瓦=860000千卡/小时,燃气流量:燃烧产物分析火焰长度优化燃烧产物主要成分干烟气:火焰长度L与燃气流量、喷口直径、出口速度相关:•CO₂:约

9.5%•O₂:约3%•N₂:约

87.5%通过调整喷口直径d和出口速度v,可控制火焰长度在

0.5-2米之间,适应不同炉膛尺寸合理的火焰长度能确保烟气温度根据热平衡计算,出口温度约1200-1400℃,实际应用中通过换热降至150-250℃排放燃烧完全,避免火焰冲刷受热面精准设计保障高效燃烧,燃烧器的设计是一门综合性技术,需要综合考虑流体力学、传热学、燃烧学等多学科知识现代燃烧器设计越来越多地采用计算流体力学CFD仿真技术,在设计阶段就能预测火焰形态、温度分布、污染物生成等关键参数,大大缩短了研发周期,提高了设计精度一个优秀的燃烧器设计应当实现:高效燃烧:燃烧效率≥98%,最大限度释放燃料热值稳定可靠:火焰稳定,不脱火、不回火,宽负荷调节低排放:NOx、CO等污染物排放达到环保标准易维护:结构简单,部件标准化,维护方便第四章燃气燃烧系统与控制技术现代燃气燃烧系统已高度自动化和智能化,通过精密的控制技术实现安全、高效、清洁燃烧本章将介绍燃烧系统的组成、控制策略以及关键的安全保护装置燃烧系统组成与工作流程0102燃气供应系统空气供应系统包括燃气管道、调压器、过滤器、流量计、电磁阀等调压器将管网压力调节至燃烧器所需压力,过滤器去除杂质,引射式系统依靠燃气负压引射空气,鼓风式系统配备风机强制送风风机转速或风门开度可调,实现空燃比精确控电磁阀控制燃气通断制0304点火系统火焰检测系统电子点火器产生高压电火花点燃燃气常见的有间断点火和连续点火两种方式,现代系统多采用间断点火节能通过火焰电离探测器、光电探测器或热电偶检测火焰存在与否,实时监控燃烧状态0506燃烧控制系统安全联锁系统PLC或专用燃烧控制器根据工艺要求和检测信号,自动调节燃气、空气流量,控制燃烧强度和温度当出现熄火、燃气压力异常、风机故障等危险工况时,自动切断燃气供应,确保系统安全引射式与鼓风式系统对比对比项引射式系统鼓风式系统结构复杂度简单,部件少复杂,需风机等设备功率范围小型≤200kW任意功率空燃比调节调节范围窄精确调节能耗无电耗风机耗电应用场合家用、小型商用工业锅炉、窑炉熄火保护系统熄火保护的重要性燃烧过程中若发生意外熄火而燃气继续供应,未燃燃气在炉膛或房间内积聚,遇明火即会发生爆炸或火灾熄火保护装置能在熄火后

0.5-3秒内自动切断燃气,是燃气安全最重要的防护措施熄火保护装置类型

1.热电偶式利用塞贝克效应,火焰加热热电偶产生热电势,驱动电磁阀维持开启熄火后热电势消失,电磁阀自动关闭响应时间30-60秒,可靠性高,成本低,广泛用于家用燃气具

2.离子感应式火焰中的离子在电场作用下形成微弱电流约1-10微安,检测电路监测此电流判断火焰状态响应快

0.5-2秒,灵敏度高,用于工业燃烧器熄火事故案例某餐厅燃气灶因汤水溢出导致熄火,但未安装熄火保护装置,燃气持续泄漏20分钟,厨师重新点火时发生爆燃,造成2人烧伤这起事故凸显了熄火保护的必要性

3.光电式燃气浓度检测与报警系统安装规范1天然气报警器安装在天棚下

0.3米内,液化石油气报警器安装在地面上

0.3米内距燃气源1-4米,避免油烟、蒸汽直接影响报警浓度设定2一级报警:浓度达爆炸下限25%天然气

1.25%,声光报警二级报警:达50%

2.5%,联动切断气源和启动排风排风联动3报警器与排风扇联动,报警时自动启动排风,将泄漏燃气排至室外排风量应能在15分钟内换气5次以上备用电源4配备蓄电池,停电时可持续工作24小时以上,确保监控不中断采用充放电智能管理,延长电池寿命集中监控5大型场所采用总线制报警系统,所有探测器信号接入中央控制室,实现远程监控、历史记录查询、故障诊断等功能先进的燃气浓度检测系统还可与建筑物火灾自动报警系统FAS、楼宇自控系统BAS集成,实现更全面的安全管理例如,检测到燃气泄漏时,不仅切断燃气和启动排风,还能自动关闭防火阀、启动消防广播疏散人员智能控制安全护航,现代燃气燃烧控制系统已进入智能化时代,采用先进的控制算法和传感技术,实现燃烧过程的精细化管理氧含量闭环控制变频调节技术在烟道安装氧分析仪,实时检测烟气中氧含量,控制器根据氧含量自动调节空鼓风机采用变频调速,根据负荷需求平滑调节风量,相比传统风门调节方式,节气供给量,使氧含量维持在设定值一般3-5%,确保燃烧完全同时避免过剩空能20-40%燃气调节阀采用精密电动执行机构,调节精度可达1%,响应时间气过多导致热损失增加小于1秒远程监控与故障诊断通过物联网技术,燃烧系统运行数据实时上传至云平台,用户可通过手机APP远程监控温度、压力、流量等参数系统内置故障诊断专家系统,能自动识别常见故障并给出处理建议,降低维护成本,提高设备可用率第五章工业与民用天然气燃烧应用天然气燃烧技术在民用和工业领域有着广泛而深入的应用从家庭炊事取暖到大型工业生产,天然气以其清洁、高效、便捷的特性,成为现代社会不可或缺的能源民用燃气应用燃气灶具燃气热水器燃气采暖炉采用大气式燃烧器,热效率55-65%配备熄火保分为直排式、烟道式、强排式、平衡式、冷凝壁挂炉集采暖、热水于一体,舒适节能采暖热护、童锁、定时等安全功能嵌入式灶具美观便式强排式和平衡式安全性好,冷凝式热效率可效率90-95%,可分室控温冷凝式壁挂炉回收烟捷,台式灶具经济实用定期清洁火盖,保持火孔达98%须安装在通风良好处,严禁安装在卧气余热,节能25%以上采暖季前应由专业人员畅通,确保燃烧完全室、浴室每年检查烟道密封性检查维护,清洗水路,更换密封件民用燃气安全使用规范•使用合格产品,定期维护保养,及时更换老化部件•保持厨房、浴室通风,使用时不要紧闭门窗•用气完毕关闭灶具开关和燃气阀门,长期外出关闭表前阀•使用燃气时不要离人,防止汤水溢出浇灭火焰•发现异味立即开窗通风,禁止开关电器,室外报警•每年委托专业机构检测燃气设施,发现隐患及时整改工业燃气应用工厂锅炉燃烧技术工业锅炉是天然气在工业领域的最大应用,为生产提供蒸汽或热水燃气锅炉相比燃煤锅炉具有热效率高90%以上、污染物排放低、自动化程度高、占地面积小等优势现代燃气锅炉配备先进的燃烧控制系统,可实现负荷自动跟踪、氧量自动调节、水位自动控制等功能,运行安全可靠热风炉技术燃气轮机发电用于提供工艺所需热风,广泛应用于烘干、热处理、涂装等行业直接式热风炉燃烧产物与被加热空气直接接触,热效率高达95%;间接式热风炉通过换热器加热空气,燃气-蒸汽联合循环发电是高效清洁的发电技术,综合热效率可达60%以上燃气轮机燃烧室采用扩散式或预混式燃烧器,燃烧温度达1400-1600℃通过蒸汽轮机回适用于对清洁度要求高的场合收余热二次发电,实现能源梯级利用天然气汽车燃烧技术压缩天然气技术特点CNGCNG是将天然气加压至20-25兆帕后储存在车载气瓶中作为汽车燃料与汽油相比,CNG具有辛烷值高

130、燃烧充分、积碳少、CO和HC排放降低80%以上等优点但CNG能量密度较低,续驶里程较汽油车短30-40%发动机技术加气站管理车辆维护CNG发动机采用进气道喷射或缸内直喷技加气站属于危险化学品场所,必须取得经营许定期检查气瓶、管路、接头的密封性,发现泄术,空燃比可达

16.5:1理论值电子控制系可证压缩机、储气瓶、加气机等关键设备漏立即维修气瓶15年强制报废,每3年检测统精确计量燃气喷射量,实现最佳燃烧压缩定期检测站内严禁烟火,配备可燃气体检测一次调压器、电磁阀等部件按规定周期更比可提高至12-13,热效率提升报警系统和消防设施换,确保系统安全可靠安全操作要点加气时车辆必须熄火,驾乘人员离开车辆;加气枪与车辆加气口连接牢固,防止脱落;加气过程中严禁拨打手机或使用其他电子设备;气瓶遭遇火灾时,应立即关闭气瓶阀门,用水冷却气瓶,防止爆炸第六章燃气事故应急处理与安全培训尽管采取了各种预防措施,燃气事故仍可能发生掌握正确的应急处置方法,能够最大限度减少人员伤亡和财产损失本章介绍燃气泄漏应急流程、典型事故案例以及安全培训要点燃气泄漏应急处置流程第一步:保持冷静,立即关阀发现燃气泄漏或闻到异味时,保持镇静,迅速关闭燃气表前阀门或气源总阀,切断气源是首要任务第二步:开窗通风,严禁火电立即打开门窗,形成空气对流,稀释泄漏燃气绝对禁止开关任何电器包括灯、风扇、抽油烟机、拨打室内电话、使用手机,防止电火花引发爆炸第三步:疏散人员,远离现场迅速疏散室内人员至安全地带,特别是老人和儿童通知邻居撤离,扩大安全范围,防止连锁事故第四步:报警求助,等待救援到室外安全地点拨打燃气公司抢修电话和119报警明确告知地址、泄漏情况、人员伤亡情况在专业人员到达前,禁止无关人员接近现场第五步:配合救援,后续处理燃气公司专业人员到达后,配合查找泄漏点、检测燃气浓度、修复泄漏设施经检测确认安全后,方可恢复供气查明事故原因,落实整改措施,防止类似事故再次发生特别提醒如果已经发生燃气中毒,应将中毒者迅速转移至空气新鲜处,解开衣领,保持呼吸道通畅轻度中毒者休息后可恢复,重度中毒者应立即送医救治,途中持续吸氧切勿使用掐人中、灌醋等民间土方,延误救治时机典型事故案例回顾与安全启示案例一:苏州液化气爆炸事故事故经过:2016年6月,苏州某小吃店液化气钢瓶阀门未关紧导致泄漏,店主发现后未采取正确措施,反而开灯查看,电火花引发爆炸,造成3人死亡、多人受伤,周边建筑严重损毁事故原因:

①操作不当,使用后未关闭气瓶阀门;

②安全意识淡薄,发现泄漏时违规操作电器;

③未配备燃气泄漏报警器等安全设施安全启示:液化气钢瓶使用后必须关闭阀门,定期检查减压阀、胶管连接处的密封性;发现泄漏严禁开关电器,应先开窗通风、关闭阀门;餐饮场所必须安装燃气泄漏报警器案例二:山东日科化学燃气爆燃事故事故经过:2017年7月,山东日科化学有限公司天然气管道发生泄漏,泄漏燃气在车间内积聚,遇静电火花引发爆炸,造成7人死亡、4人受伤,直接经济损失2000余万元事故原因:

①燃气管道腐蚀穿孔,未及时发现和维修;

②车间通风不良,泄漏燃气积聚达到爆炸浓度;

③未安装燃气浓度检测报警系统;

④静电防护措施不到位安全启示:燃气管道应定期检测腐蚀情况,及时维护更换;车间必须保持良好通风,安装燃气浓度实时监测系统;严格执行防静电措施,设备接地可靠;建立巡检制度,及早发现隐患风险预控的重要性以上案例暴露出燃气安全管理的薄弱环节事故预防的核心在于建立风险预控机制:隐患排查:定期开展燃气安全检查,建立隐患台账,逐项整改销号技术措施:完善燃气泄漏检测、自动切断、通风排气等技术手段管理措施:制定安全操作规程,加强人员培训,严格执行操作纪律应急准备:制定应急预案,配备应急器材,定期组织演练,提高应急处置能力筑牢安全防线推动天然气燃烧技术健康发展,持续培训教育推广先进技术建立常态化安全培训机制,提升从业人员技术水积极采用低NOx燃烧器、冷凝式热交换、智能平和安全意识定期开展应急演练,确保人人懂控制等先进技术,提高燃烧效率,降低污染物排安全、会操作、能应急放,实现绿色发展促进产业升级强化安全管理优化能源结构,扩大天然气应用领域加强技术完善燃气安全管理制度,落实企业主体责任加研发,提升装备制造水平,推动天然气产业高质量大安全投入,配备先进的检测监控设备,实现本质发展安全天然气作为清洁高效的能源,在我国能源转型和生态文明建设中具有重要战略地位通过持续的技术创新、严格的安全管理、全面的人员培训,我们必将实现天然气的安全高效利用,为建设美丽中国、实现碳达峰碳中和目标贡献力量安全是发展的前提,发展是安全的保障让我们携手共进,以科学的态度、专业的技术、严格的管理,共同开创天然气燃烧技术应用的新篇章!。