烟气空气参数..

烟气热物理性质(烟气成份：R CO2=0.13；R H2O=0.11 ；R N2=0.76)附：湿空气干、湿球温度对照表水的汽化热为40.8千焦/摩尔，相当于2260千焦/千克天然气是一种无毒无色无味的气体，其主要成份是甲烷，天然气的低热值为34.91MJ/Nm3。

天然气(甲烷)的密度在0℃,101.352Kpa时为0.7174Kg/Nm3,相对密度(设空气的密度为1)为0.5548，天然气约比空气轻一半，完全燃烧时,需要大量的空气助燃。

1立方米天然气完全燃烧大约需要9.52立方米空气。

如果燃烧不完全,会产生有毒气体一氧化碳，因而在燃气器具使用场所,必须保持空气流通。

在封闭空间内,天然气与空气混合后易燃、易爆、当空气中的天然气浓度达到5-15％时，遇到明火就会爆炸，因而一定要防止泄漏。

天然气的密度定义为单位体积气体的质量。

在标准状况（101325Pa，15.55℃）下，天然气中主要烃类成分的密度为0.6773Kg/m3（甲烷）-3.0454Kg/m3（戊烷）。

天然气混合物的密度一般为0.7-0.75Kg/m3，其中石油伴生气特别是油溶气的密度最高可达1.5Kg/m3甚至更大些。

天然气的密度随重烃含量尤其是高碳数的重烃气含量增加而增大，亦随CO2和H2S的含量增加而增大。

天然气的相对密度是指在相同温度、压力条件下天然气密度与空气密度的比值，或者说在相同温度、压力下同体积天然气与空气质量之比。

天然气烃类主要成分的相对密度为0.5539（甲烷）-2.4911（戊烷），天然气混合物一般在0.56-1.0之间，亦随重烃及CO2和H2S的含量增加而增大。

在标准状况下，天然气的比重与密度、相对比重与相对密度在数值上完全相同。

天然气中常见组分的密度和相对密度值如表所示。

天然气在地下的密度随温度的增加而减小，随压力的增加而加大。

但鉴于天然气的压缩性极强，在气藏中，天然气的体积可缩小到地表体积的1/200-1/300，压力效应远大于温度效应，因此地下天然气的密度远大于地表温压下的密度，一般可达150-250Kg/m3；凝析气的密度最大可达225-450Kg/m3。

天然气在地下的密度随温度的增加而减小，随压力的增加而加大。

但鉴于天然气的压缩性极强，在气藏中，天然气的体积可缩小到地表体积的1/200-1/300，压力效应远大于温度效应，因此地下天然气的密度远大于地表温压下的密度，一般可达150-250Kg/m3；凝析气的密度最大可达225-450Kg/m3。

>>1 FD-10增效天然气相对于激光、等离子等先进焊割技术的使用,氧—燃气火焰工艺以其投资少、易用性好等特点依然是国内外企业工业焊割特别是低碳钢焊割的主要选择。

其中,氧—乙炔又是氧—燃气火焰工艺中最为成熟、广泛采用的方法。

在切割与焊接技术中可用的气体除乙炔外还有天然气、液化石油气、氢气和煤气等。

从安全、环境保护、应用效果、能耗与成本等方面的考虑，天然气与液化石油气比乙炔、氢气、煤气等工业用气有着较为明显的优势。

例如，乙炔的原料为电石，是一种高耗能产品,生产乙炔要排出电石渣及CO、H2S、SO2 等有害气体及污水,在使用中还存在安全性差、成本高等不足。

我国在上世纪七十年代开始，开发利用以甲烷为主要成分的天然气和以丙烷为主要成分的液化石油气等进行切割与焊接，并在一定范围内得到了初步应用。

丙烷气的密度大于空气,不宜在船舱等半密闭场所使用。

天然气在其清洁、经济、环保、安全等方面都有一定优势,近些年来国内天然气探明储量不断攀升，有了气源保障，在能源中的比例在大大提高，从而成为替代乙炔等的最佳选择。

FD-10增效天然气是通过大量的基础研究，在对天然气增效处理基础上研制的增温添加剂，该添加剂的应用能解决长期以来使用乙炔作为工业燃气所带来的环保、安全等问题，能彻底根治电石渣、硫化物和磷化物污染源，具有多项乙炔无法比拟的优点：环保、节能、安全、经济、高效、优质等。

FD-10天然气催化增温添加剂的使用,将增效后的天然气成为全功能取代乙炔的“优选产品”，具有巨大的经济价值和社会效益。

>>1.1 技术分析1.1.1 基础燃气及其燃烧性能对比可用作气焊割工业用气的燃气比较多，为了有针对性地说明问题，在这里只给出甲烷、乙炔、丙烷的相关性能参数见表1。

从爆炸极限范围、燃烧速度、密度等角度，天然气（甲烷）与丙烷、乙炔相比较，以不易堆积、不易回火、不易爆炸等优点呈现出较好的安全性。

同时，其质量热值最高，具备高火焰温度的潜力。

氧气中的燃速（m/s）7.5 3.3 2空气中的爆炸极限范围（％） 2.5-80 5.3-14.5 2.1-9.5实测的氧火焰温度( ℃) 3 100～3 350 1 850～2 540 2 832着火温度点℃305 645 510然而，一般来说普通天然气（甲烷）火焰不集中，燃烧的实测氧火焰温度较低（见表1），对金属预热时间长，速度慢，焊接或切割效率较低，其在焊割领域的应用受到极大的限制，为此需作进一步的分析。

根据表1中的参数值可以看出，在消耗相同体积的三类燃气（压强相等）其消耗的氧气是不同的，发出来的热也不相等。

从三类燃气的体积热值角度来看，丙烷的体积热值最高；而从质量（重量）热值角度来看，甲烷的重量热值最高。

火焰温度的实际值并不是仅仅由热值决定的，影响火焰温度的因素很多。

其中三类燃气的燃烧速度和着火温度点明显的差别就将直接影响燃烧速度和燃烧效率，也就直接影响燃烧火焰的温度。

三类燃气燃烧的化学反应分别为：乙炔燃烧的化学反应方程：丙烷燃烧的化学反应方程：甲烷燃烧的化学反应方程：三类燃气在消耗相同的重量(以1kg为例)时，消耗的氧气重量，燃烧产物中二氧化碳、水的重量都不相同参见表2表2 三类燃气及其反应产物对比乙炔甲烷(天然气) 丙烷（石油气）分子量26 16 44燃气消耗（kg） 1 1 1氧消耗（kg） 3.077 4 3.64生成二氧化碳重量（kg） 3.384 2.75 3生成水的重量（kg）0.694 2.25 1.64燃烧产物总重量 4.077 5.0 4.64理论上说，重量热值所能将总的燃烧产物加热的温度就是火焰温度，虽然重量热值不同，但每公斤燃气燃烧产物的重量也不相同，从上述两表可以看出，乙炔、甲烷、丙烷的净热值分别为43.3、51.6和46.1（MJ/kg）而每公斤燃气燃烧产物总质量分别为4.077、5.0、4.64（kg）。

三类燃气燃烧产物的平均比热都远远低于2000J/kg.℃,它们的理论绝热火焰温度都在4000℃以上，差别并不很大。

然而其实际火焰温度却有较大差别参见表1甲烷和丙烷的实际火焰温度较低，很大程度反映了其各自燃烧的有效化学释热能力。

影响火焰温度的因素比较多，包括燃烧产物与环境的热交换、燃烧效率等。

燃烧产物与环境的热交换主要是通过对流换热和辐射换热进行的，有效减少这种热交换的主要方法，第一尽可能降低火焰的辐射强度；第二使火焰范围变小，通过减小火焰与环境空气的接触面积来降低对流换热量。

影响燃气燃烧效率的因素包括燃气的掺混性能、活化能、点火温度、氧－燃气混合比等等。

通过改善天然气的氧火焰温度，实现天然气在气焊和气割领域的高效应用，就必须对天然气有关性能通过物理和化学方法进行改善增效。

1.1.2 FD-10增效天然气主要技术原理使用增效后的天然气是以降低能耗、降低污染、降低使用单位生产成本、提高生产效率等为主要目的。

通过研发先进添加剂包为核心，改善天然气燃烧速度与燃烧效率、提高其总有效能量为主要技术途径，提高火焰温度，改善燃烧产物的成分，从而达到预期的目的。

针对不同燃气成分的物理化学特点，从燃气各自的燃烧学、燃烧产物的传热学等基本规律入手，通过对流动、火焰传播、燃氧混合等特性的研究确定其合理的匹配关系；通过对燃气燃烧活化能、催化机理与催化剂、助燃机理与助燃剂等的研究确定添加剂包的基本组成与配比。

在上述研究基础上，对供气系统的整体工艺流程过程进行研究，确定高能燃气工业应用的技术途径，确保使用过程的高安全性。

FD-10天然气催化增温添加剂通过高技术系统集成技术增效天然气，添加剂包的作用主要有五方面，首先通过添加高能物质适度提高燃气的总热值；其次通过适当添加均相催化剂降低燃气活化能，改善化学反应速度，实现有效的催化燃烧；第三通过适当添加助燃剂，在天然气的燃烧过程产生足够的自由基促进燃料与氧气间的相互作用，提高化学反应率；第四通过适当添加阻聚剂提高燃气的扩散掺混性能，改善天然气与氧的混合速度和混合率；第五通过适度添加辐射改进剂，改变燃烧时火焰频率及波长、激活燃气, 抑制火焰的热辐射。

使燃气在燃烧过程能放出更多的能量,延长燃烧时间,达到火焰集中、温度高、穿透力强,热能易被工件强化吸收，节省燃气的效果。

可对碳钢实施切割，焊接，矫形等，并集高效、环保、节能和安全于一体，解决了天然气不能用于碳钢焊接等世界性技术难题。

1.1.3 FD-10增效后的天然气应用对比实验与分析多年来以20mm厚A3钢板实验工件为实验对象，对FD-10增效天然气多批次工业燃气进行了应用对比实验，获得了表3和表4所示的实验结果。

表3 三类燃气实验对比结果表4 四类燃气实验对比切割效率切割速度及效率的大小关键取决于切割火焰的温度和切割氧达到割缝时的纯度及动量。

FD-10增效天然气采用凹凸型割嘴，在切割过程中具有较高的火焰温度，以及较高的切割氧纯度和动量保持能力，因而提高了其切割速度。

结合合理的工艺措施，其切割效率能明显超过乙炔切割效率。

在相同工件实验中，从单位切割长度的燃气消耗率、氧气消耗率、以及切割时间三方面对切割效率进行分析，进而获得对比效果。

气割切口质量气割过程是预热火焰将切割钢材表面预热到燃点，然后通以高压氧气流，使达到燃点的金属在氧气流中激烈地燃烧，并借以高压气流的吹力，把燃烧生成的产物吹掉，形成割缝，因而气割的实质是金属在氧气中燃烧，而不是金属的熔化。

用乙炔切割时，由于其燃烧速度快很难避免切口上金属的过烧而产生的金属氧化物熔渣挂渣现象，造成这种现象的原因是在切割过程中，切口金属表面层会出现增碳现象，与切口金属过烧所形成的金属氧化物或金属化合物的共同作用，在切口表面温度冷却速度极快的情况下生成了大量组织为马氏体的硬质熔渣，通常用碳弧气刨和打磨等方法才得以清除，加大了工作量和成本。

FD-10增效天然气在纯氧中的燃烧速度相对较慢,虽然火焰温度较高，但通过对切割工艺的摸索能够防止割（焊）嘴的过热烧损，避免切口或焊缝金属的高温过烧现象，并降低焊割过程的热影响区，能够避免切断面上缘的烧塌现象,更能避免对割焊工件材质性能的影响，提高切口质量，使之具有良好的几何形状；FD-10增效天然气燃烧后, 与乙炔等相比产生大量的高温水蒸汽（参见表2）, 故使切断面上的氧化皮易于清除, 表面光洁度比常规切割要好很多,一般可达▽4以上。