《煤气安全作业》培训教材.ppt

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1、煤气安全作业培训教材酒钢职工培训中心 李积虎 主编,讲义大纲,前 言第一章 煤气安全基础知识第二章 煤气设施的操作和检修第三章 煤气设施与管道附属装置第四章 煤气三大事故的产生、预防和处理第五章 煤气安全仪器,前 言,近几年，冶金煤气事故频发，2002年至2008年，工业企业煤气事故发生35起，其中，冶金企业煤气事故24起，占总数的68.6%，死亡113人，占总数的74%，平均每起事故死亡4.7人。如2004年河北省邯郸新兴铸管公司发生煤气爆炸事故，死亡13人。巴州和静县新疆金特钢公司发生煤气管道泄漏事故26人中毒，其中死亡1人。2008年河北省唐山遵化市港陆钢铁公司2#高炉重力除尘器泄爆板爆

2、裂泄漏，造成44人中毒，其中死亡17人。沙钢2006年和2009年因煤气设备泄漏也发生两起事故造成9人中毒，4人死亡。,因此，加强煤气安全管理是一项十分迫切的工作。根据国家安全监督管理总局“关于冶金企业安全生产监督管理规定”对从事煤气生产、储存、输送、使用、维护检修的人员，必须进行专门的煤气安全基本知识、煤气安全技术、煤气检测方法、煤气中毒紧急救护技术等内容的培训，结合，结合酒钢煤气方面的生产实际情况，整理编写煤气安全作业培训教材，是为广大煤气操作人员进一步提高安全使用煤气和预防煤气事故的发生及处理事故的能力，确保职工生命和健康，确保企业煤气设施的正常运行。,第一讲 煤气安全基础知识,一、煤气

3、性质（一）、煤气的成分 我们通常所说的煤气是指人工煤气，它是由一些单一气体混合而组成的，其中可燃成分有CO、H2、CH4等，不可燃成分有CO2、N2和少量助燃成分O2，除此之外还含有水蒸汽、焦油和一些固体粉尘微粒。由于制气原料和煤气的生产、回收方法不同，所以各种煤气的组成部分及占的百分比也不同。常见煤气的成分见表1-1所示。,表1-1,（二）、煤气理化性质1.焦炉煤气1）净化后的焦炉煤气是无色、有臭味、有毒的易燃易爆气体。2）重度0.450.55Kg/m3。3）热值1680018900KJ/m3。4）着火温度为550650。5）爆炸极限4.7237.59%。6）理论燃烧温度为2150。7）理论

4、燃烧空气需要量4.2m3/m3，燃烧火焰:棕红色。,（2）高炉煤气1）净化后的高炉煤气是无色、无味、剧毒的易燃易爆可燃气体。2）重度1.3Kg/m3。3）热值33004200KJ/m3。4）理论燃烧温度1500。5）着火温度700。6）爆炸极限30.8489.49%。7）理论燃烧空气需要量0.595m3/m3,燃烧火焰：浅蓝色。,（3）转炉煤气1）净化后的转炉煤气是无色、无味、有剧毒的易燃易爆气体。2）重度1.33Kg/m3。3）热值70008400KJ/m3。4）理论燃烧温度1700。5）着火温度600650。6）爆炸极限18.2283.22%，7）理论燃烧空气需要量1.45m3/m3，燃烧

5、火焰：浅蓝色。,（三）、煤气中单一气体理化性质（1）一氧化碳：分子式为，无色、无臭,分子量28.01,重度1.25Kg/m3,低发热值为16269KJ/m3,爆炸极限12.574.2%。,着火温度是644658,火焰呈微光,在气体混合物中含有少量的水,可降低着火温度,火焰呈蓝色。CO毒性极强，空气中含量达到0.06%即有害于人体，含量0.2%即可使人失去知觉，含量0.4%即可使人迅速死亡。空气中可允许的CO浓度不得超过0.0024%(24ppm)30mg/m3,（2）甲烷：分子式为CH4，无色、有微量葱臭味，分子量16，重度0.715 Kg/m3，难溶于水，低发热值为35671KJ/m3，爆炸

6、极限为5.415%，着火温度为650，燃烧火焰微弱亮光。当空气中甲烷浓度达到25%30%时才会使人中毒。,（3）氢气分子式H2，无色无臭气体，分子量2，重度0.0899Kg/m3，难溶于水，低发热值为10747.5KJ/m3，爆炸极限为4.274%，着火温度580590。（4）硫化氢分子式H2S，有浓厚的臭鸡蛋味，属于剧毒气体，分子量34，重度1.52Kg/m3，易溶于水。低发热值为23668.6 KJ/m3，爆炸极限为4.345.6%，着火温度为364，火焰呈蓝色。在大气中最大允许浓度为0.01 g/m3=10mg/m3,当浓度达到0.04%时有害于人体，0.1%可以致人死亡。,（5）二氧化

7、碳分子式为CO2，略有气味的无色，不可燃的气体，分子量为44，重度为1.977Kg/m3，易溶于水。空气中达25mg/L时对人体即有危害，高浓度时会刺激呼吸系统，引起呼吸加快、呼吸困难并有窒息、中毒的危险。（6）氮气分子式为N2：无色、不可燃气体，分子量28，重度1.25Kg/m3。化学性质不活泼，空气中含量增加时缺氧会使人窒息。（7）氧气分子式为O2：无色无味助燃气体，空气中含有21%，分子量32，重度1.429Kg/m3。,第二讲 煤气安全基础知识二、煤气的基本参数(一)、温度温度是表示物质冷与热特性和程度的参数，本质上标志物质分子运动具有动能大小的参数，目前测量温度通用的温标有两种：1.

8、摄氏温标：又名百度温标。规定纯水在1个标准大气压下开始结冰时的温度为零度，沸腾时的温度为一百度，其间划分为100个等分，每一等分为1摄氏度（1），零度以下为负值，或零下几度。,2.绝对温标：又称为热力学温标。在一个大气压下，纯水的冰点定为273.15K，沸点定为373.15K，即绝对温标的零度相当于摄氏温标的273.15K。绝对温度与摄氏温度的换算关系如下：T=273.15+t或T-t=273.15式中：T绝对温度，K（开尔文）；t摄氏温度，。,(二)、温度与热量物体被加热则温度升高，物体失去热量则温度下降，所以温度与热量是密切相关的。热是物质分子运动而产生的一种能量，因为它在物体中能有增有减

9、，可以作为一种量来处理，所以说它是热量。热量的单位是卡，在标准大气压下，把1克纯水升高1度所需要的热量叫做1卡，它随着温度不同而稍有变化。严格说起来，1卡应是把0的水升高1所需要的热量。工程上用千卡作为热量单位。1卡=4.18焦耳或1 cal=4.18J1千卡=4.18千焦耳或1 kcal=4.18kJ1兆焦=103千焦耳=106焦耳或1MJ=103KJ=106J,三)、压力煤气压力，是指煤气的压力强度，即煤气对容器壁单位面积上作用的垂直力，其表示方法有：1.用单位面积上所受的力来表示，单位为Kg/cm2。2.液柱表示法。用盛有蒸馏水或水银的玻璃管的垂直高度来表示，用蒸馏水则称水柱高，单位为m

10、mH2O；用水银则称为水银柱高或汞柱高（m），单位为mmHg。,3.大气压表示法大气的重量对地表面的压力，称为大气压力。大气压有标准大气压（或称之为物理大气压）和工程大气压之分。国际上规定纬度45海洋平面上全年平均大气压为标准大气压，其值为：760mmHg，用atm来表示。,工程上1 Kg/cm2或为1工程大气压，一般简称大气压，用at来表示。国际上用Pa作为压力单位，1Pa=1N/m2。1标准大气压（atm)=1.013105 Pa0.1MPa(兆帕）=760毫米汞（水银）柱(mmHg)10.33米水柱（mH2O)104mmH2O1.033kgf/cm2（工程大气压）=1.01325bar(

11、巴),各种压力单位的换算表,4.大气压力、表压力、绝对压力和真空度(1)大气压力：大气压力是地球表面上空气的重量所产生的压力。根据所取的基准不同，压力可分为绝对压力和相对压力。(2)绝对压力:气体压力，若以绝对真空（完全真空）为基准算起的压力，则称绝对压力；(3)相对压力(表压力):若以大气压为基准，即以大气压视为零来计算，这时的压力值称为相对压力。一般压力表上的读数都是相对压力，指容器（或管道）内的绝对压力与周围大气压力之差，所以又称表压力。因此，煤气表压是指工业炉、风道、烟道和管道在任一截面处压力表所测出的压力，而表压力与该处大气压力之和则是绝对压力。,表压、绝对压力和大气压力的关系如下：

12、Pa=PG+P0式中：Pa绝对压力；P0大气压力；PG表压力（相对压力）。表压力可以是正压，也可以是负压。当炉子或管道用压力表测出其压力大于零，即炉内或管道内的绝对压力大于外界大气压，称为正压；相反，当炉内或管道内的绝对压力小于外界大气压，则表压力是负值，称为负压,(4)真空压力（又称真空度）：当绝对压力小于大气压力时，大气压力与绝对压力之差。真空压力大气压力绝对压力。压力负压值的大小，也可用真空度来表示。真空度=（PG/P0）100%式中：PG容器的负压值；P0该处的大气压力。(5)差压（压差）：两个相关压力之差。符号P 注意：基准点任意且相同,不同压力间的关系,第三讲 煤气安全基础知识二、

13、煤气的基本参数(四)、煤气组分表示法煤气是由一些可燃气体和不可燃气体组成的混合气体，表示其各组分的方法有质量法、体积法、摩尔法和绝对表示法。工厂煤气一般用质量法、体积法和绝对表示法。1、相对表示法（1）.质量法：煤气的质量组分或质量百分比是指混合气体中各组分的质量与混合气体总质量比值的百分数。（2）.体积法：煤气体积百分比是指混合气体中某一组分的体积与混合气体总体积比值的百分数。（3）.摩尔法：煤气各组成分物质的量与煤气的总物质的的量之比。,2、绝对表示法 质量法、体积法、摩尔法都是气体浓度的相对表示法。我国卫生标准常采用mg/m3，这是一种气体浓度的绝对表示法。此外，国外常采用PPm浓度，P

14、Pm是百万分率，1PPm等于一百万分之一。对大气中的污染物，常用体积浓度和质量-体积浓度来表示其在大气中的含量。（1）、体积浓度 体积浓度是用每立方米的大气中含有污染物的体积数（立方厘米）或（ml/m3）来表示，常用的表示方法是ppm(百万分浓度)，即1ppm=1立方厘米/立方米=10-6。除ppm外，还有ppb和ppt，他们之间的关系是：,1ppm=10-6=一百万分之一，1ppb=10-9=十亿分之一，1ppt=10-12=万亿分之一，1ppm=103ppb=106ppt（2)、质量-体积浓度 用每立方米大气中污染物的质量数来表示的浓度叫质量-体积浓度，单位是毫克/立方米 或克/立方米。百

15、万分率PPm与质量浓度（mg/m3）的换算，可分两种情况：按标准状态（0，760 mmHg）CW=MC/22.4,C=(CW22.4)/M,按常温状态（25，760 mmHg）CW=MC/24.45,C=(CW24.45)/M式中：M被测物质的分子量。C被测物质的百万分率浓度。CW 被测物质的质量浓度。3.有毒气体浓度单位及其换算（1）百分浓度：分为体积百分浓度和重百分浓度，惯用前者，即在100份气体的总体积中该气体所占的体积份数，用“%”表示。,（2）PPm：在100万份气体总体积中该气体所占的体积份数。以上两种均为相对浓度表示法，二者关系如下：PPm=百分浓度（%）106 例如：1%=1%

16、106=10-2106=10000PPm百分浓度（%）=PPm10-6 例如：10000PPm=1000010-6=10-2=1%（3）mg/m3：是气体浓度的绝对表示法：是指1立方米气体（空气）中含该种气体的毫克数。,我国工业企业设计卫生标准中的最高容许浓度是以mg/m3为单位，它与PPm的关系如下：mg/m3=PPmM/24.45 PPm=mg/m324.45/M 式中：M为有毒气体分子量，常数24.45是25、1个大气压时气体的摩尔体积。例题1、国家规定空气中允许CO的最高浓度为30mg/m3，分别求在标准状态下和常温状态下30mg/m3的CO的ppm浓度。,1）按标准状态（0，760

17、mmHg）C=(CW22.4)/MCO的分子量为28，则：C=(CW22.4)/M3022.4/28=24ppm2)按常温状态（25，760 mmHg）,C=(CW24.45)/MCO的分子量为28,则：C=(CW24.45)/M=(3024.45)/28=26.2 ppm,使用质量浓度单位（mg/m3）作为空气污染物浓度的表示方法，可以方便计算出污染物的真正量。但质量浓度与检测气体的温度、压力环境条件有关，其数值会随着温度、气压等环境条件的变化而不同；实际测量时需要同时测定气体的温度和大气压力。而在使用ppm作为描述污染物浓度时，由于采取的是体积比，不会出现这个问题。,(五)、煤气的重度、比

18、重1.煤气重度：是指单位体积煤气所含物质重量，即作用在单位体积煤气上的重力，用符号表示单位为Kg/m3或Kgf/cm3，可用下式表示：=G/V式中：G燃气重量，Kg或Kgf；V燃气体积m3。2.工程中也常用密度，它是单位体积气体所具有的质量，符合用表示，单位为Kg/m3。=M/V式中：M燃气重量，Kg；V燃气体积m3。,在重力场的条件下，重度和密度的关系可用下式表示：=g式中：g为重力加速度，9.81m/s2。工程单位制中的重度在数值上等于国际单位制中的密度。3.煤气比重：是煤气重度与同状态下空气重度的比值，如下式：S=/空式中：燃气的重度；空空气的重度，在标准状态下（1atm，273K），空

19、=1.293 Kg/m3,煤气比重是煤气安全的重要参数之一，比空气重的可燃气体，能沿着地面活动扩散，则被较远处火源点燃并将火源传播回来，引起爆炸事故，如某煤气公司液化气罐焊缝裂开漏气，被250m远的明火点燃传播回来引起大火、爆炸，燃烧14小时，伤亡36人。与空气比重相近的燃气，在某些环境影响下，也会沿地面扩散，引起事故，如某钢铁厂高炉，没放散管既强行投产，由洗涤塔顶放散管放散煤气，又无点火装置，时值天阴气压低，放空煤气长时间不上升，造成厂区附近居民500人中毒。,比重小于空气的气体，在动火分析时应在容器上中部取样，通风排毒时应从上部排出。相反比重大于1时，则应在下中部取样，通风排毒时应从下部排

20、出，煤气作业亦应注意此特点，如某厂电除尘检修，开人孔必须由上而下开，而指挥者不顾煤气安全规定，强令工人先开下部锥体人孔，大量残余煤气外逸，造成7人煤气中毒。,常用煤气重度和比重,注意:表中系按煤气一般组成列出的重度和比重.在标准状态下（1atm，273K），空=1.293 Kg/m3,三、煤气流体动力学基础知识流体，是指气体和液体的总和。煤气属于流体，有流动性，也有粘性，所以在流动中将产生摩擦力。煤气也属于气体，其体积和重度随温度和压力的不同而变化，是可压缩流体。无论是管道输送、流量测定，还是输送流体所需功率的计算和输送设备的选择及操作，都与流体流动的基本原理和规律密切相关。,（一）、气体的体

21、积、压力和温度之间的关系1、气体的体积与温度的关系：（等压变化：盖吕萨克法则)在一定压力的条件下，气体的体积与气体的绝对温度成正比。即压力不变时，气体体积随温度的升高而增大。即：体积/温度=常数V1/T1=V2/T2 例如，大气罐中的气体长时间的经小孔向外放气，气罐中气体的状态变化过程可看作是等压过程。,2、气体体积与压力的关系：（等温变化：波义尔法则）在温度一定的条件下，气体的体积与气体绝对压力成反比。即在温度不变时，气体的体积随气体所受压力的增大而减少。即：压力体积=常数P1V1=P2V2 例如，大气罐中的气体长时间的经小孔向外放气，气罐中气体的状态变化过程可看作是等温过程。,3、气体温度

22、与压力的关系：（等容变化：查理法则）在体积一定的条件下，气体的压力和气体的绝对温度成正比。即在体积不变时，气体的绝对压力随绝对温度升高而增大。即：压力/温度=常数P1/T1=P2/T2 密闭气罐中的气体,由于外界环境温度的变化,使罐内气体状态发生变化的过程也可看作等容过程。,4、气体状态方程理想气体的状态方程PV/T=常数例：储气柜内储有100米3煤气，温度293K，压力为1.05大气压。现在要把它压缩装罐，装罐的压力为10大气压，温度为313K。若每罐容积为0.1米3，问可装几罐？解:根据已知条件由:得到,5.混合气体空气是由氧、氮等气体混合而组成的气体混合物，叫混合气体。煤气也是由CO2、

23、CO、H2、N2等气体组成的混合气体。根据道尔顿定律：在组分之间不发生化学反应的前提下，混合气体的压力等于混合气体所含的各种气体的分压之和。pV=（p1+p2+）V 表示混合气体成分的方法通常有两种：体积成分和重量成分。它们都是相对成分，即每种组分的分量与混合气体的总量之比。,（二）、流体流动的基本概念1.流量（流率）单位时间内流过管路任一截面的流体量（1）、体积流量（体积流率）以Vs表示，单位为m3/s；或以 Vh表示，单位为m3/h。（2）、质量流量（质量流率）以Ws表示，单位为kg/s；或以 Wh表示，单位为kg/h。体积流量与质量流量的关2、流速,（1）、平均流速（体积通量）单位时间内

24、流体流过单位管道截面积的体积量，也是流体质点单位时间内在流动方向上所流过的距离，以ub表示，（也称流速，以u表示），单位为m/s。A为与流动方向相垂直的管道截面积，m2。于是，,(2)质量流速(mass velocity)单位时间流体流过单位管路截面积的质量，也称质量通量，以G表示，单位为kg/(m2s)。3.稳态流动与非稳态流动稳态流动:若流体流速或其它物理量仅随位置变化而不随时间变化的流动。非稳态流动：若流体流速或其它物理量不仅随位置变化而随时间变化的流动,4、管径的计算以d表示内径，有 于是Vs由生产任务指定，计算管径关键在于流速的选择：u d 操作费用(operation cost)，

25、设备费用u d 操作费用，设备费用(equipment cost),例题：若DN100的管道内所通过的流体量为100m3/h，则在保持相同流速的情况下，DN200的管道内所通过的流体量为 C。A、150m3/h B、200 m3/h C.400 m3/h,第四讲 煤气安全基础知识四、煤气的燃烧特性2010年11月15日14时许，上海市中心胶州路靠近余姚路附近的一座约30层的公寓楼发生火灾,人员伤亡：特别重大火灾事故遇难人数上升到58人，40余人失踪。死亡人数最多的火灾。财产损失：房产直接损失可能近5亿元。目前当地二手房市场成交均价在每平方米3万元左右。由于在胶州路公寓中，一梯六户的房型只有两户

26、朝南，其他朝向均不太理想，因而价格悬殊较大。朝南的价格在每平方米2.9万元到3万元，朝北的单价则2.6万元。起火原因：大楼在装修作业施工中，有2名电焊工违规实施作业，点燃了尼龙网、竹片板、泡沫等易燃物，外墙面结构由铁制脚手架、绿色的塑料过滤网、泡沫、聚胺脂以及木板等组成，均为易燃物，在短时间内形成密集火灾。暴露出5个方面的问题：,1.电焊工无特种作业人员资格证，严重违反操作规程，引发大火后逃离现场；2.装修工程违法违规，层层多次分包，导致安全责任不落实；3.施工作业现场管理混乱，安全措施不落实，存在明显的抢工期、抢进度、突击施工的行为；4.事故现场违规使用大量尼龙网、聚氨酯泡沫等易燃材料，导致

27、大火迅速蔓延；5.有关部门安全监管不力，致使多次分包、多家作业和无证电焊工上岗，对停产后复工的项目安全管理不到位。,定性：是一起因违法违规生产建设行为所导致的特别重大责任事故。上海静安区建设总公司、静安区建筑工程监理有限公司和上海迪姆物业管理有限公司的4名相关负责人对“1115”胶州路特别重大火灾事故负有重大责任，涉嫌重大责任事故罪，于11月18日被依法刑事拘留。,第四讲 煤气安全基础知识四、煤气的燃烧特性（一）燃烧科学的发展史,燃烧是物质因剧烈氧化而发光、发热的现象，也称之为火。按考古学发现，人类最早使用火的时间可以追溯到距今140150万年前，“摩擦生火第一次使人类支配了一种自然力，从而最

28、终把人和动物分开”。火使得人类进步，它的出现是人类出现的标志之一。人类认识火的过程是一个漫长的过程。古希腊神话中火是神的贡献，是普罗米修斯为拯救人类而从天上偷来的。我国古代神话中，燧人氏钻木取火，是人类的创造。这些仅仅是人对火的来源的一种神话猜测，距火的本质相距甚远“火”对人类而言，是一种非常重要，却又难以驾驭的自然力量,古代中国的五行：金、木、水、火、土古埃及的四种元素：火，空气，地球、水 古代印度的四大元素：地、水、火、风 古希腊，“单一元素”论者分别认为水、气、火、土为万物之源,17世纪末，德国斯塔尔（stahl）提出了燃素论（让燃烧成为一门科学最早的努力）。该理论认为之所以燃烧是物质中

29、含有一种被称为燃素的物质，燃素逸出至空气中引起燃烧。但燃素本质是什么？为什么燃烧重量反而增加？燃烧使得空气体积减少？燃素论不能解决上述问题。1772年，法国科学家拉瓦锡发表了第一篇有关燃烧的论文，否定了燃素论的观点，他认为燃烧是一种化学现象（空气中某种物质）。1774年普利斯特列发现了氧。拉瓦锡的正确的燃烧学说得到确立，开始了揭开燃烧学本质的过程。,19世纪，由于热力学、热化学的发展，人们将燃烧作为热力学平衡体系来研究，阐明了燃烧过程中重要的平衡热力学特性。燃烧反应热效应、绝热燃烧温度等等。20世纪30年代，美国化学家刘易斯和 俄国谢苗诺夫将化学动力学的机理引入燃烧研究，认为化学反应动力学是影

30、响燃烧速率的重要因素，初步奠定了燃烧理论的基础。随着各学科的发展，3050年代，人们认识到燃烧是化学反应动力学、气体流动、传热、传质等物理因素的综合作用。卡门、钱学森提出用连续介质力学研究燃烧“反应流体力学”。,Spalding 20世纪60年代后首先得到了层流边界层燃烧过程控制微分方程数值解，此后引入湍流模型，形成了“计算燃烧学”。（二）、煤气燃烧的机理1、燃烧本质（1）、燃烧反应是指煤气中的各可燃成分与氧所进行的伴有发光发热的剧烈的氧化反应。它具有发光、发热、生成新物质三个特征。最常见、最普通的燃烧现象是可燃物在空气或氧气中燃烧。煤气中的可燃成分具有和空气中的氧发生下列反应的能力。,无氧燃

31、烧反应：无氧燃烧反应：,氯得到电子被还原，而铁和氢失去电子被氧化，在反应过程中同时有光和热发生，故属于燃烧反应。有的反应虽然是氧化还原，但不是燃烧反应；（没有产生光和热）（2）、燃烧现象：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的条件下，便发生燃烧反应，放出一定数量的热量。,（3）燃烧本质：燃烧从本质上说是一种化学反应，它符合基本的化学定律。但由于燃烧过程非常复杂，目前对其机理的研究尚不充分，比较得到认同的是燃气燃烧的连锁反应机理。近代用链锁理论来解释燃烧本质，认为燃烧是一种游离基的链锁反应(亦称链式反应)，即在瞬间进行的循环连续反应。游离基可能是一种不稳定的原子、分子碎片或其

32、他中间物，活性强，当反应物产生少量的活性中心游离基时，即可发生链锁反应。反应一经开始，就可经过许多链锁步骤自动发展下去，直至反应物全部变完为止。当活性中心由于某种原因全部消失时，链锁反应就会中断，燃烧也就停止。链锁反应机理大致可以分为三步：,链引发：即生成游离基，使链式反应开始。生成方法有热解法、光化法、放射线照射法、氧化还原法、催化及机械法等。链传递：游离基作用于其他参与反应的化合物，产生新的游离基。链终止：即游离基消失，链锁反应终止。连锁反应由3个阶段组成：链的引发 链的传递 链的终止,2.燃烧条件:（1）燃烧的必要条件 可燃物质，是指在点火能源作用下被点燃，且当火源移去后仍可继续维持燃烧

33、，直到燃烬的物质。如可燃固体：木材、可燃液体：汽油、可燃气体：煤气等。助燃物质，也称氧化剂，是指具有较强的氧化性能，能与可燃物质发生氧化反应并引起燃烧的物质。如空气中的氧或纯氧，氯气、氯酸钾等强氧化剂。有火源，是指具有一定温度和热量能引起可燃物质着火的能源。常见的点火能源有火焰、电火花、电弧、炽热物体、高温表面、冲击摩擦、绝热压缩、辐射热、静电火花、雷电、自燃着火等。,上述三个条件在燃烧过程中缺一不可，统称燃烧三要素。可燃物、助燃物和点火能源是燃烧发生的三个必要条件。燃烧必须同时具备下述三个条件：可燃性物质、助燃性物质、点火源。每一个条件要有一定的量，相互作用，燃烧方可产生。（2）燃烧的充分条

34、件：可燃物与助燃物要达到一定的比例，才能引起燃烧。例如：将在空气中能燃烧的物质放在含氧量为5%的容器内，就不一定能燃烧。点火源要有一定强度(即温度和热量要达到一定强度)。例如：用一根火柴就不一定能点燃一根粗木棒。,有时即使上述三个要素都具备，燃烧也并不一定发生，这是因为燃烧对可燃物和助燃物有一定的浓度和数量要求，对点火能源有一定的强度和能量要求。例如甲烷的浓度小于5%或空气中氧气含量小于12%时不能燃烧。当空气中氧气含量小于14%时，木材也不会燃烧。若用热能引燃甲烷、空气混合气体，当温度低于甲烷的自燃点时，燃烧不会发生。电焊火星的温度高达1200，可以点燃爆炸性混合气体。但如果落在木块上，通常

35、不会引起燃烧。因为木块所需的点火能量远大于爆炸性混合气体，火星的温度虽高，但热量不足，故不能引燃木材。由此可见，具备一定数量和浓度的可燃物和助燃物以及具备一定强度和能量的点火能源同时存在，并且发生相互作用，才是引起燃烧的根本原因。,3、煤气的燃烧过程工业炉中使用的气体燃料的种类很多。根据煤气和空气混合条件，煤气燃烧方法和燃烧装置可分为两大类：有焰燃烧和无焰燃烧（1）有焰燃烧（扩散燃烧）：煤气和空气先不经混合，而是经过烧咀进入燃烧室，依靠对流扩散和分子扩散作用边混合边燃烧的过程。这时燃烧速度受到混合速度限制，火焰较长。由于燃烧反应瞬间完成，故燃烧速度取决于可燃物分子和氧分子相互碰撞的物理过程，即

36、扩散过程。扩散燃烧时，由于局部氧的不足而发生碳氢化合物的热解，产生游离碳，因此在燃烧带中有固体微粒存在，产生强烈的光和热辐射，形成光亮的火焰，故这种燃烧方法又称为有焰燃烧。这种“边混式”燃烧为有焰燃烧。所用烧咀称“有焰烧咀”。,有焰燃烧（扩散燃烧）速度主要取决于气流沿高向的运动速度、煤气和空气的气流夹角、出口中心间距、扩散系数等因素。而气体燃料的扩散系数D反比于其平均分子量的平方根，即：D(8RT/M)0.5式中：R气体常数；T气体的绝对温度，K；M燃料气的平均分子量。由于高炉煤气的平均分子量远大于焦炉煤气的平均分子量，所以，高炉煤气的火焰长度远大于焦炉煤气的火焰长度。,焦炉立火道中煤气的燃烧

37、就属于扩散燃烧。立火道内煤气的燃烧速度（火焰长度）主要取决于气流沿高向的运动速度、煤气与空气流的夹角、出口轴心间距、扩散系数等。为了拉长火焰、改善焦炉的高向加热均匀性，焦炉火道内应使煤气和空气缓慢接触。焦炉在设计中，斜道口的结构可使煤气和空气流平行喷出。,（2）无焰燃烧（动力燃烧）：煤气和空气进入燃烧室之前预先进行不充分的混合，这种情况，燃烧速度及快，火焰甚短，可达到很高的燃烧强度，燃烧完全，燃烧产物中没有烟粒，燃烧室中透彻明亮这种“预混式”燃烧为无焰燃烧，所用烧咀为“无焰烧咀”。由于在燃烧前煤气和空气均匀混合，故动力燃烧可在很小的过剩空气系数下达到完全燃烧，燃烧温度高。燃气锅炉一般采用动力燃

38、烧。介于两者之间的，即有部分煤气预先和空气混合，这种燃烧为“半无焰燃烧”。所用烧咀为“半无焰烧咀”。,结合上述，煤气燃烧包括三个过程，即混合、着火和正常燃烧。实际上，煤气燃烧这三个过程是同时存在、互相制约、连续进行的，只是在具体情况下各过程在总过程中所占的地位不同。其中混合过程是一种物质扩散现象，它主要决定煤气物理方面的因素;着火和正常燃烧是化学反应现象，它主要取决于化学动力学方面的因素。为此可以说，煤气燃烧过程是一个物理一化学的综合过程。,尽管煤气种类及燃烧方法不同，但总本质来看任何一种煤气的燃烧过程，基本上包括三个阶段：煤气与空气的混合，并达到极限浓度物理过程（受温度影响，慢）；将可燃混合

39、气体加热到着火温度或点火燃烧使其达到着火温度。可燃物与氧气发生化学反应而进行连续稳定的燃烧，此过程取决于化学动力学的因素，即主要和反应的浓度和温度有关。（氧化反应，快，不包括预热）,这三个过程决定煤气燃烧快慢的是空气和煤气混合过程，因为煤气中的燃烧物质与空气中的氧在高温下进行化学反应是非常快的，是在一瞬间完成的。将煤气加热到着火温度是传热过程，在高温情况下也是比较快的。只有煤气与空气的混合是一种物理扩散过程，需要一定的时间，它是决定煤气燃烧快慢的主要因素。各种不同的煤气燃烧装置(烧嘴)得到不同的火焰长度和温度分布，就是由不同的烧咀造成了空气和煤气的不同混合条件的结果。,可燃气体最易燃烧，燃烧所

40、需热量只用于本身氧化分解，所以将可燃气体加热到其燃点即可燃烧。4、燃烧的分类 燃烧按物质形态的不同分为气体燃烧、液体燃烧和固体燃烧。按其燃烧形式可分为自燃、内燃和着火等类型。（1）自燃：可燃物质受热升温而不需明火作用就能自行着火的现象称为自燃。引起自燃的最低温度称为自燃点。自燃点越低，危险性越大。,1）自燃的特点a）在自燃温度时，可燃物质与空气接触，不需要明火的作用就能发生燃烧。b）自燃点不是一个固定不变的数值，它主要取决于氧化时所析出的热量和向外导热的情况。c)同一种可燃物质，由于氧化条件不同以及受不同因素的影响，有不同的自燃点。2）自燃的分类 a）受热自燃 由于外来热源的作用而发生的自燃，

41、是外部加热的结果。b）自热自燃（本身自燃）,在没有外来热源作用的情况下，由于其本身内部进行的生物、物理或化学过程而产生热，这些热在条件适合时足以使物质自动燃烧起来，是物质本身的热效应。3）自热自燃的危害 物质自燃是在一定条件下发生的，有的能在常温下发生，有的能在低温下发生。本身自燃的现象说明，这种物质潜伏着的火灾危险性比其他物质要大。在一般情况下，能引起本身自燃的物质常见的有植物产品、油脂类、煤及其他化学物质。如磷、磷化氢是自燃点低的物质。,4）自燃点的影响因素 物质的自燃点不是固定不变的数值，而是受压力、密度、容器直径、浓度等因素的影响。一般规律是：受压越高，自燃点越低；密度越大，自燃点越低

42、；容器直径越小，自燃点越高。掌握了物质的自燃点，不仅对评定它们的火灾危险性大小有着实际意义，而且对它们的安全生产和储存也有重要意义。例如，根据自燃点，选择防爆电气型式，控制反应温度，设计阻火器的直径，隔离热源等等。,可燃物质的自燃温度并不是一个物理常数，它的数值大小与许多因素有关。.压力的影响 压力对可燃气体和液体的自燃温度有显著影响，压力愈高，自燃温度愈低。如：CH4，当压力从0.5atm增大到10atm，其自燃温度下降100。.浓度的影响 在热损失相同的情况下，贫乏的和富裕的燃料空气混合物的自燃温度较高，化学计算浓度时自燃温度最低。如：H2S在爆炸下限浓度时，自燃温度为373；在爆炸上限浓

43、度时，自燃温度为304；而在化学计算浓度时，自燃温度仅为246。,.催化剂 活性催化剂能降低物质的自燃点，惰性催化剂能提高物质的自燃点。.容器 一般地讲，容器体积愈小，自燃温度愈高。当容器很小时，可导致燃料混合物失去燃烧性。此外，容器的材质、形状及表面积与体积的比值都对样品的自燃温度产生影响。.可燃固体的粒度 它们粉碎的程度愈高，粒度愈细，自燃温度就愈低。,可燃物质的种类 a.同系物中，碳原子数较少的自燃点较高，随着碳原子数增多自燃点逐个降低。如：甲烷的自燃点高于乙烷，乙烷高于丙烷，丙烷高于丁烷。b.饱和烃的自燃点高于碳原子数相同的不饱和烃的自燃点。例如：乙烷的自燃点为515，乙烯为490，乙

44、炔为305。c.芳香烃的自燃点高于原子数相同的脂肪族化合物的自燃点。如：苯的自燃点为550，己烷的自燃点为248。d.正构体化合物的自燃点比异构体低。例如：正丁醇是242，而异丁醇为413。e.液体燃烧的密度越小，则闪点越低，而自燃点越高，反之，密度越大，则闪点越高，而自燃点越低。,.环境温度、湿度 环境温度、湿度等对自燃温度的测试结果均有一定的影响。对轻质燃料油而言，一般地讲，液体燃料的比重越小，其闪点越低，而自燃温度却越高。（2）闪燃与闪点 可燃液体的温度不高时，液面上少量的可燃蒸气与空气混合后，遇着火源而发生一闪即灭（延续时间小于5秒）的燃烧现象，称为闪燃。可燃液体发生闪燃的最低温度称为

45、该可燃液体的闪点。闪点越低，火灾危险性越大；,（3）着火与燃点着火:在有空气存在的环境中，可燃物质与明火接触能引起燃烧，并且在火源移去以后仍能保持继续燃烧的现象叫着火。例如，用火柴点燃稻草，就会引起着火。可燃物质发生着火的最低温度称为着火点或燃点。两种燃点不同的物质处在相同条件下，当受到火源作用时，燃点低的物质首先着火。如木材的着火点为295。（,4）点火燃烧:可燃混合气体靠火星、灼热物体等火源形成火焰中心，然后经火焰传播使可燃混合气燃烧，叫点火燃烧，叫“强（或逼）迫着火”，简称点火。点火燃烧要有两个条件：一是有一定能量的火源 二是能进行火焰传播,第五讲 煤气安全基础知识（三）、煤气燃烧有关的

46、一些基本概念在钢铁企业中，我们必须知道每一种煤气的发热量。而煤气的发热量可以由实验来测定，或者通过专门的仪表测出。也可以用计算的方法。1、煤气发热量(或称热值）：是指完全燃烧一标准立方米煤气时所释放出的热量。单位为KJ/Nm3 实际上，是它们各单项化学成分热效应的总和。由于煤气中含有氢，根据化学反映方程式2H2+O2=2H2O从可知，每千克氢燃烧生成9kg水，即燃烧产物中均含有水。水的存在可有两种状态，或为液态，或为气态。,煤气的高发热量是在实验室条件测定发热量时，燃烧产物中的水被冷却成液体得到的发热量。但在实际上煤气燃烧后燃烧产物不可能使水冷凝为液态水，在这种情况下测得的发热量为“低发热量”

47、（1）、高发热量Q高:燃料完全燃烧后燃烧产物冷却到使其中的水蒸气凝结成0的水时所放出的热量。（2）、低发热量Q低:燃料完全燃烧后燃烧产物中的水蒸气冷却到20时放出的热量。,煤气发热量的计算:各种气体燃料的发热值可用仪器直接测定，也可以根据其组成按加和法进行计算。当设计焦炉进行热工计算时，煤气的组成必须确定，因此规定热工计算时煤气的组成如下表所示：,热工计算用煤气组成（干煤气）,煤气中各可燃成分的低发热值(kJm3)为：CO12728；H210844；C2H435840；CmHn71179。按焦炉煤气的组成及上述数据，可计算焦炉煤气的低发热值：=17920kJ/m3 由于焦炉煤气可燃成分多，且含

48、有大量发热值高的CH4，其发热值约为高炉煤气的5倍。,而煤气一般都是被水饱和的，进行各种计算时，必须考虑煤煤气中的水分含量，并以下式进行换算X湿=X干/（1+M干），%或者：X干=X湿/（1-M湿），%式中：X干、X湿干、湿基煤气组成，%M干、M湿干、湿基煤气的水分含量，m3/m3，其数值由表查取。如焦炉煤气的饱和温度为20，由表查得1m3干煤气在20oC时的饱和水蒸汽含量为0.0236m3m3，则湿煤气中组分的含量以氢为例可换算如下：,由此方法将表干煤气组成换算成表湿煤气组成。湿煤气热值的计算：Q高=（30.46CO+30.5H2+95.3CH4+15235C2H2+60H2S）4.187千

49、焦/米3Q低=（30.46CO+25.8H2+85.9CH4+143C2H2+55.2H2S）4.187千焦/米3练习:已知某种煤气的湿成分:CO 29%、H2 15%、CH4 3%、C2H4 0.6%、CO2 7.5%、O2 0.2%、N2 42%求此种煤气的低发热量。,Q低=(30.46CO+25.8H2+85.9CH4+143C2H4+55.2H2S）4.18KJ/m3=6762 KJ/m32、着火（点）温度：使可燃混合物开始正常稳定燃烧的最低温度。着火温度并非是一个物理常数，它与可燃混合物的成分、燃烧系统的压力、燃烧室的类型和大小有关。几种可燃气体在标准状态下的着火温度,3、着火浓度界

50、限（燃烧浓度极限）：在一定的压力条件下可燃混合物的浓度小于某一数量或大于某一数量都不能发生自燃着火，这个浓度的范围称为着火浓度的界限。能实现着火的最小浓度，称为着火浓度下限；能实现着火的最大浓度，称为着火浓度上限。（能稳定燃烧时可燃混合物中可燃气体的体积浓度范围，称为燃烧极限）（1）高炉煤气30.8489.49%（2）焦炉煤气 4.7237.59%（3）转炉煤气 18.2283.22%,燃烧极限的本质：反应(燃烧)速度与浓度的关系:燃烧反应:mF+nO2=CO2+H20 燃烧速度:r=kFmOn而F+Air=100%O=0.21Air代入上式得:r=kFm0.21Airn=k FmAirn=k