天然气燃烧控制
发表日期：2008年10月18日        已经有105位读者读过此文
 一：天然气的特性
    天然气是一种无、无味、易燃、易爆、高热值、比重轻的气体，经过滤提纯普遍用于家庭燃气，富余部分用于工业。天然气的主要成分为甲烷，甲烷燃点为700℃，在气体燃料中燃点是较高的一种气体。
1、天然气的特点：
    1、热值高：热值可达8500KJ/m3,储运输送比较方便，利于熔化的集中送热。
    2、不含有有害的苯、萘等芳香烃物质，因是气体性燃料，无可燃性颗粒燃料，燃烧完全，环境污染小。
    3、安全性高：因主要成分为甲烷，起天然气中的甲烷含量在94%以上（低于90%的天然气我们称为湿气），可燃气体的燃烧也取决于甲烷的着火温度、浓度范围，着火温度700℃、着火浓度范围5—15%，所以，要想是天然气燃烧，必须达到较高的温度和要求的浓度。
    4、天然气热值高，燃烧空气比例为10：1，密度比例为1：0.6，燃烧的浓度范围又比较窄，燃烧速度取决于二者的混合速度，这就要求在燃烧控制和选择燃烧设备时，要充分考虑火焰的可调性。
    5、玻璃熔窑的熔化火焰传热主要靠辐射，火焰辐射传热能力取决于火焰的亮度，而火焰亮度取决于燃料燃烧过程中碳微粒的数量多少，在各种燃料中，天然气的碳/氢质量比为3.0---3.2，液体燃料的碳/氢质量比为6.0---7.4，固体燃料的碳/氢质量比为10---30，所以说，在使用天然气作为熔化热量来源时要考虑因火焰亮度低带来的热量损失，如何增加火焰亮度。
    6、由于火焰传热特性的改变，既火焰亮度降低致使火焰传递热量的减少，在物料得到同样的热量时，消耗的燃料总热量会增多，废气排放温度会明显增高，考虑燃烧天然气的热回收。
    以天然气作为熔化玻璃液的燃料，要充分考虑其燃烧特性，如窑炉的结构特点、保温状态、燃烧器性能等等，以确保玻璃的熔化质量和能耗。
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二、输送和供给
    从气井流出的天然气一般含有大量的矿物质、水蒸气、硫化氢等有害杂质，它和铁反应生成硫化铁，呈片状剥落，腐蚀管道、机械设备，必须经过分离器净化处理后在分发给用户。分离后的天然气甲烷含量一般在90—98%，其他碳氢化合物含量在1—3%，杂质含量很低，含有极少量的硫。
    其输送方式是管路输送和液化后汽车输送：
    汽车运输：将天然气加压至20MPa充装到特制高压钢瓶罐内汽车运输，这就是所说的压缩天然气，是天然气输送的一种方法。用于天然气管道辐射不到的地方。为用户供应天然气。目前国际上使用这种运送天然气的高压钢瓶约100万只。也有用这种高压钢瓶为汽车加气的，使用较多的国家是意大利，约50万辆。
  压缩天然气的运输，是用汽车将装有压缩天然气的瓶组运至供气站，每种瓶组大小不一。小瓶组为152只高压钢瓶组成，每个钢瓶为75升，2300m3天然气(标准状态)。
  可装大瓶组为8只13m长的高压钢瓶，可装5000m3天然气。
汽车运送到高压气站，经减压处理，输送到用户主管线。
长距离管道输送，一般采用高压输送，管径一般在1000mm以上，压力在10Mpa以上。
玻璃工厂熔化使用的天然气所需压力一般在20Kpa左右即可，需减压处理到使用压力要求后才可供玻璃工厂使用，在降压的同时，对天然气进行过滤，并安装逆制阀、减压阀、稳压器、流量剂等设备，在减压的过程中，由于减压吸热的原因，管路需要加热保温，防止冷凝冻结，造成堵塞和设备的正常运转。
熔化供气系统与供油类似，流量计、气动薄膜调节阀、气动安全阀等等，控制系统以采用气动设备为主，尽可能的减少电器设备，确保运行安全。
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三、天然气的燃烧

    天然气的燃烧是按连锁反应进行，燃烧过程是靠氧作为激发物，产生分子间的碰撞，在一定温度下裂解、燃烧。
    天然气的燃烧是由于碳氢化合物分解形成微小的碳粒子，一般在1130—1180℃烧天然气的汽车温度下发生裂解，这些碳粒子不断的燃烧和不断的裂解形成高强度的火焰辐射热能，供玻璃熔窑使用，而天气中的甲烷确不易裂化，造成火焰亮度底，降低了燃气玻璃熔窑的热效率。这就是我们常看到的燃气玻璃熔窑看不见火焰，化料速度底的原因。
天然气的增碳燃烧：天然气增碳燃烧分为自增碳和外增碳两种方法，
一、自增碳燃烧：
    自增碳是通过天然气本身裂解产生的碳微粒的增碳方法，燃烧发生的一系列化学反应，在这些反应中，燃料在一些自由基例如O、OH、H碰撞下发生反应，产生更多的H或者是分解成更小的碎片。甲烷的燃烧是CH4被连续地转化成CH3，CH2，CH。最初形成的各种氧化的中间产物与燃料中的碳结合而首先变为CO，并且燃料中的氢基变为H2，所有的中间产物将接着进一步氧化，再一次通过自由基的作用，而变为CO2和H2O。总热量的大部分释放都是发生在第二阶段。当点燃预混燃料时，局部温度将提高到一个非常高的值，提高了反应速率，从而也引起燃料的燃烧，并且释放出热量。通过热传导把热量引导到了未燃的相邻区域，相邻区域的温度提高，反应加快，燃烧得以延续。我们知道，热量的扩散是火焰燃烧得以延续的原因，燃烧传播的速度取决于燃烧后的温度以及未燃混合物的热传导性。为了把高温区域的自由基传递到与之接触的低温的未燃混合物中，质量扩散也是很重要的；通常质量和热扩散率是相同的。
    自增碳是使天然气在1130—1180℃温度、缺氧的环境下，尽可能多的裂化，形成碳微粒，这就在燃烧控制上，出现了问题：由于天然气燃烧速度低，需要在高温缺氧环境裂解析出碳微粒，以在火焰剧烈燃烧段增加火焰的亮度，既增加火焰的辐射强度。要想出现此环境，就要降低天然气与空气的混合速度，势必会造成火焰软而无力、浑长、刚性下降，不适应玻璃熔窑熔化。
&S226;        如果增加天然气与空气的混合速度，火焰刚性增加，燃烧速度加快，无充足的析碳时间，火焰亮度下降，出现无明火现象。
天然气燃烧应具备的火焰特性：
1、  火焰应具有较高刚性，利于火焰调整，减少耐火材料的侵蚀。
2、  火焰温度要高，火焰中心出现缺氧状态，以利于天然气中甲烷的裂解，产生更多的碳微粒，提高火焰亮度。
3、  具有较大的火焰覆盖面积，利于火焰对玻璃原料和玻璃液的热传导。
4、  较底的废气排放温度。
5、  有较好的火焰可调性，符合工艺要求。
要想符合上述火焰的要求，应从下两方面去做工作：
    一是喷，天然气简单的可以用一个管道通入窑内就可以燃烧，但他绝对达不到熔化的要求，一般采用引入压缩空气的方法，使天然气与压缩空气之间具有较大的速度差，形成喷入窑内的火焰中部出现缺氧状态，利于甲烷的裂解，析碳，同时可以通过调整压缩空气的流量和喷出速度，达到调整火焰长度的目的。当然喷的结构多种多样，有内混式、外混式等等，多种多样，只要选择适应自己窑炉特性的喷即可。
 
&S22 二、是窑炉结构的适当改变，最好不要直接用燃油窑炉（有些燃油窑炉结构适用于烧天然气，应直接可以使用），可能造成的不利因素有：1、碹顶温度过高，烧损大碹，减少窑炉寿命。2、火焰软、飘，烧损碹角和蓄热室。3、火焰覆盖面小，不利于热传导。
二、外增碳燃烧
    天然气燃烧外增碳方法是从外部引入碳微粒，达到提高火焰亮度的目的，一般采用，掺入煤粉（石油焦）或重油混烧的方式。这种方式最使用于玻璃窑炉，可方便的控制火焰长度、刚性、覆盖面，热辐射与燃烧重油基本相同，极大的降低了能源消耗。
总的来说，天然气的使用应考虑以下几点：
1、采用压缩空气，使火焰具有一定的喷出速度，最好不采用天然气高速喷出控制火焰长度的方法。
2、窑体结构适当改变，确保燃气燃烧的正常。如碹顶结构、小炉的结构等等。
3、 适当增加助燃风流速，既增加小炉喷火口的流速，加快火焰燃烧速度，利于火焰的燃烧控制。
4、混烧时的控制方法。等等。