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1、第32卷第1期玻璃与搪瓷Vol.32No.12004年2月GLASS&ENAMELFeb.2004天然气在玻璃窑炉中的应用X12陈兴孝,张萃富(1.重庆莱弗窑炉工程有限公司,重庆400700;2.四川天马玻璃有限公司,四川遂宁629209)摘要:通过对天然气、发生炉煤气和重油三种燃料化学成分及燃烧特性的分析、比较,借鉴比较成熟的燃发生炉煤气及燃重油玻璃窑炉的结构,提出根据天然气的燃烧特性设计燃天然气玻璃窑炉。关键词:天然气;燃烧特性;窑炉结构+中图分类号:TQ171.625文献标识码:B文章编号:1000-2871(2004)01-0041-04ExperienceonApplication
2、forNaturalGasFiredGlassTankFurnaceCHENXingnxiao,ZHANGCuinfu四川地区将天然气作为燃料应用于玻璃窑炉已有二十多年,笔者设计建造了数十座天然气玻璃窑炉,有一些经验、教训和体会,把它总结出来,希望起到抛砖引玉的作用。1978年重庆地区开始使用天然气作为玻璃窑炉的燃料,当时,由于对天然气缺乏认识,就模仿燃煤气和燃重油进行试用。在燃煤气的窑炉上试用时,是直接将天然气用管道通到小炉里进行燃烧。此时,火焰软而长,无刚性,而且天然气在小炉内大量析碳,只需1～2天就在小炉底板上(特别是纵焰窑)积聚了大量碳黑,形成障碍物,使喷出的天然气受阻,火焰的流向改
3、变,因而直接影响熔化效果。因此每隔1～2天就要清除碳黑。用铁钎剔打清除碳黑不但很费力,还要将天然气关掉,时间一长又影响炉温。大量的碳黑没能在炉内燃烧释放出热量,也就浪费了大量燃料。我们又在燃重油的窑炉上试用,将喷枪架设到喷火口附近燃烧,此时火焰的亮度仍不够,火焰长、覆盖面较窄。天然气和煤气同是气体燃料,天然气和重油同是烃类燃料,为什么在窑炉结构相同的情况下,燃烧状况会有如此大的差异呢?为了用好天然气,我们必须从它们的化学组成上找差异,因为任何物质的物理特性都与它们的化学组成和结构有关。1天然气、煤气和重油的化学组成与物理特性天然气是指通过生物化学作用与地质变质作用,在不同的地质条件下生存迁移
4、,并于一定压力下储集在地质构造中的可燃气体,通常根据形成条件不同,分为油田伴生气、气田气及凝析气田气。X收稿日期:2003-05-13·42·玻璃与搪瓷2004年天然气是一种混合气体,其组成随气田和产气层不同而异。气田气(又叫气井气)的主要成分为CH4,(甲烷),含量可达95%～98%。C2H6(乙烷)以上的烃类较少,同时还含有少量H2S、CO2、N2、H2O以及He、3Ar等非烃类组分,其密度为0.5～0.7kg/Nm,四川的天然气属于这一类(包括陕北长庆干气田天然气)。油田伴生气主要产于油田附近,是石油的伴生物,它的特征是除含有大量CH4(甲烷的含量为75%～87%)外,3C2H6以上的
5、烃类含量较高,约为10%,CO2约为5%～10%,其密度为0.6～0.8kg/Nm,大庆、大港地区的天然气属于这一类。凝析气田气除含有大量CH4外,C5H12以上的烃类含量较高,并含有汽油和煤油成分[1](有的学者将油田伴生气与凝析气田气归成一类)。虽然天然气是一种混合物,但其主要成分是CH4,因此它的外部属性,如燃点、火焰传播速度等燃烧特性主要由甲烷的内部结构决定。英国科学家韦弗(Weaver)提出的燃气混合法则也证实这一点,他提出从各组分燃气的燃烧速度系数F,求出燃烧速度因素S,用来表示混合燃气的燃烧速度与氢在空气中最大燃烧速度的百分比关系(后者定为100)。韦弗给出的S与F的关系式如下
6、:S=(φAFA+φBFB+φCFC+⋯⋯)/(A0+5φi-18.8φ0+1)式中φA、φB、φC⋯⋯—A、B、C⋯⋯组分的容积成分FA、FB、FC⋯⋯—A、B、C⋯⋯组分的燃烧速度系数A0—理论空气需要量φi—惰性气体的容积成分φ0—燃气中氧的容积成分表1常见气体燃烧速度系数F气体F气体F一氧化碳CO61丙烷C3H8398氢H2339丁烷C4H10513甲烷CH4148乙烯C2H4454乙烷C2H6301从表1可以看到,虽然甲烷的燃烧速度系数F不算大,但甲烷占天然气的容积成份都很大,是其他成份的几十倍,因此甲烷的燃烧特性在天然气中占主导地位。3甲烷是无色气体,微有葱蒜味,密度为0.715
7、kg/Nm,难溶于水,临界温度为-82.5℃,低位热值为335800kJ/Nm,着火温度为530～750℃,火焰呈微弱亮光,与空气混合后在爆炸极限范围内遇火易发生爆炸,当空气中的甲烷浓度达到25%～30%时便可对人体构成毒害。煤气有焦炉煤气、高炉煤气、水煤气、发生炉煤气之分,而玻璃工厂用得最多的是以空气和水蒸汽混合物作为气化剂而得到的混合发生炉煤气。发生炉煤气的主要成分是CO和H2,其质量随原煤质量、煤气炉型
