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城市燃气燃烧机理与安全措施

作者:金志刚  来源:天津大学 
评论: 更新日期:2014年08月01日

内容摘要
    城市燃气主要是通过燃烧取得热量作为能源或动力。为此燃气应用着重研究燃烧的稳定性与连续性。气体燃料比固体燃料有许多优点,这些优点利用不好就会造成灾害。消防与灭火就是设法破坏稳定燃烧的条件达到灭火的目的。安全地应用燃气是非常重要的课题。本文目的是从理论上论述燃气着火与熄火的机理,从而引申到产生爆炸的条件以及防止爆炸的技术措施。文章还介绍一些安全技术措施。这些措施主要是属于防止燃气泄露产生爆燃、爆炸的事故,涉及到燃烧产物产生的危害及其安全措施,将由其它文章阐述。

    引言
    随着科学技术的发展,气体燃料的使用范围越来越广泛,使用气体燃料不仅节约能源、降低大气污染,而且可以增进工业产品质量及劳动生产率,给人民生活带来各种方便,提高人民生活水平。事实已证明城市燃气已是现代化城市必不可少的一环。但是,事物是一分为二的,正当人们充分利用燃气的各种优势的同时,由于没有掌握它的特点,也会发生不应有的灾害。目前,我国各个城市争先发展燃气事业的同时,还必需研究、认识燃气燃烧安全机理,总结分析各种灾害的原因,宣传有关燃气安全技术,采取必要的措施,控制燃气造成的事故,让燃气事业更好的为人类服务。
    本文介绍了燃气的优点及其有害的个性。论述了燃气着火、熄火、爆炸和稳定燃烧的基本机理,以及相应的安全技术。

    一、城市燃气及其燃烧特性
    我国常用的城市燃气有如下几种:
    天然气,其成分以甲烷为主,发热量在8500~9500千卡/标米3之间。
    液化石油气,其成分以丙烷、丁烷为主,发热量在23000~28000千卡/标米3之间。
    煤制气,主要是以焦炉煤气为代表,成分中有甲烷、一氧化碳和氢气等可燃气体,发热量在3500~4500千卡/标米3之间。
    城市燃气属于气体燃料,就其本身成分而论,煤制气中因含有一定的一氧化碳,所以毒性较高,其它燃气虽然含有极少量的一氧化碳(有的燃气根本没有一氧化碳),但对人体也是不利因素。
    气体燃料的燃烧,与固体及液体燃料对比,有其独特的优点同时也有不利的一面。
    例如:
    它的颗粒最小,以分子出现,因此需要的点火能量很低,也就是说最容易着火,使用方便.但是,泄露出来与周围空气混合,也容易爆炸。
它很容易与助燃的空气均匀地混合,所以燃烧完全,并且它不仅可以在非常小的空间内加热(加热一个点),同时也可以大面积燃烧(加热一个大炉膛)。因此,也容易由小面积的燃烧变成大面积的火灾。
    气体燃料可以用阀门调节流量,容易实现自动控制,但一旦失去控制,就会造成火灾或爆炸。
    城市燃气经过净化系统后,清除了硫、苯及萘等杂质,又因为其容易完全燃烧,所以燃气的燃烧产物中有害物比较少。但是,这不等于没有有害物,例如正常的燃烧产物中CO含量很小,只在0.05~0.1%之间(参4)。但是燃气的燃烧产物排到通风不良的空间,有害物逐步积累,到一定程度后,也会造成人身伤亡。因此认为用了燃气后不需要排烟是极端错误的。
    这样看来,燃气与煤和油相比有很大优势。但是另一方面,它的优点如果利用不好也容易发生事故。为此,搞燃气事业首先要考虑安全。在保证安全的条件下,充分发挥燃气的优势,使其安分地为人类服务。

   
二、燃气的着火、熄火与爆炸极限
    燃气的着火,是燃气由没有燃烧达到燃烧的转折点,也就是说达到燃烧的极限条件。相反燃气熄火是由燃烧到不燃烧的极限条件。
    大气中的火焰或燃烧室中燃气的燃烧都可看作一个封闭的热力系统,任何时候均以热平衡为其存在条件。这种热平衡就是产生热量(产热率)与散发热量(散热率)之间的相等关系。当产生热量大于散发的热量时,热量的积累使温度不断升高,产生燃烧现象,相反,产生热量小于散发的热量时,温度降低,会使燃烧熄灭。根据热平衡的关系式可以分析着火、熄火以及爆炸的极限条件。
    (一) 着火温度与熄火温度
    封闭系统内,气体燃料与氧化剂的混合物(可燃混合物)的产热率q1的计算式如下:


 



 



   

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