二甲醚燃燒效率分析

1、二甲醚燃燒效率分析二甲醚用作燃料替代液化石油氣被市場(chǎng)看好，被譽(yù)為“二一世紀(jì)的新能源”。究其主要原因，一方面在于能源價(jià)格飆升下二甲醚的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，而另一方面則是其燃燒效率高和燃燒產(chǎn)物排放潔凈的顯著特點(diǎn)。將清潔能源二甲醚用作替代能源，是我國(guó)抑制高油價(jià)影響的重要措施之一。二甲醚的主要性質(zhì)與液化石油氣相類似，可以替代液化石油氣用作城鎮(zhèn)燃?xì)?。二甲醚自身含氧，具有燃燒效率高的特點(diǎn)，從二甲醚的燃燒機(jī)理研究中發(fā)現(xiàn)，同等熱量條件下，與天然氣、液化石油氣等相比，二甲醚燃燒效率提高5注右，推廣應(yīng)用前景十分廣闊。1. 二甲醚的特性二甲醚（DME分子式為C2H60，分子量46.07,二甲醚是一種比較惰性的非腐蝕性有機(jī)物，

2、其主要的理化性質(zhì)見(jiàn)表1。在常溫、常壓下二甲醚是一種無(wú)色易燃有輕微醚香味的氣體，在空氣中的允許濃度為400X10-6。它具有與液化石油氣（LPG相似的特性。二甲醚具有一般醚類的性質(zhì)，二甲醚對(duì)金屬無(wú)腐蝕性，不刺激人體皮膚，不致癌，對(duì)大氣臭氧層無(wú)破壞作用，在對(duì)流層中易于降解，長(zhǎng)期暴露于空氣中，不會(huì)形成過(guò)氧化物。所以，二甲醚是一種優(yōu)良的綠色化工產(chǎn)品。在同等溫度條件下，二甲醚的飽和蒸氣壓低于液化石油氣，其存儲(chǔ)、運(yùn)輸、使用等均比液化石油氣安全。二甲醚在空氣中的爆炸下限比液化石油氣高一倍，因此，在使用過(guò)程中，二甲醚作為燃料比液化石油氣安全。雖然二甲醚的熱值比液化石油氣低，但由于二甲醚自身含氧，在燃燒過(guò)程中所

3、需空氣量遠(yuǎn)低于液化石油氣，從而使得二甲醚的預(yù)混氣熱值和理論燃燒溫度都高于液化石油氣。二甲醚具有優(yōu)良的混溶性，可以同大多數(shù)極性和非極性的有機(jī)溶劑混溶，例如汽油、四氯化碳、丙酮、氯苯和乙酸乙酯。較易溶于丁醇，對(duì)多醇類的溶解度不佳。常壓下在100mL水中可溶解3700mL二甲醚，但是加入少量的助劑后就可與水以任意比例互溶。二甲醚燃燒時(shí)火焰略帶亮光。常溫下二甲醚難于活化，但長(zhǎng)期儲(chǔ)存或受日光直接照射，可形成不穩(wěn)定過(guò)氧化物，這種過(guò)氧化物能自燃或自發(fā)的爆炸或受熱后爆炸。二甲醚毒性很低，氣體有刺激及麻醉作用的特性，通過(guò)吸入或皮膚吸收過(guò)量的二甲醚，會(huì)引起麻醉、失去知覺(jué)和呼吸器官損傷。小鼠吸人225.72g/m3

4、有麻醉作用；貓吸入1658.85g/m3會(huì)深度麻醉；人吸入154.24g/m3有輕度麻醉，吸入940.50g/m3有極不愉快的感覺(jué)，有窒息感。2. 二甲醚燃燒效率分析.3二甲醚易燃，燃燒時(shí)火焰略帶光亮，氣態(tài)低位熱值為58.50MJ/m,同等質(zhì)量條件下，理論熱值約為汽柴油的64%以質(zhì)量計(jì)，二甲醚本身含氧量高達(dá)34.8%,理論燃燒溫度可達(dá)2250C（液化氣理論燃燒溫度可達(dá)2050C）,燃燒性能較好，熱效率也較高。2.1本身含氧，需要添加的理論空氣量相應(yīng)減少A. 燃燒過(guò)程二甲醚燃燒過(guò)程：C2H6O十30O2+3HO丙烷燃燒過(guò)程：C3H8十5Q02+4HO丁烷燃燒過(guò)程：C4H。十6.5O2CO2+5H

5、O由上述反應(yīng)方程式可知，以相同摩爾體積二甲醚與丙烷或丁烷的燃燒過(guò)程比較，丙烷或丁烷所需要的氧氣量較二甲醚多2.0mol或3.5mol。液化氣組分按GH83O%GH07O%+算。二甲醚氣態(tài)低位熱值為58.50MJ/m3，液化氣氣態(tài)低位熱值為392.83MJ/m。B. 我們知道，空氣中I.OmolO附帶3.76mol的Nb和其它惰性氣體，因此，上述二甲醚及丙烷或丁烷完整的燃燒反應(yīng)方程式應(yīng)為：GH0+3(02+3.76N2)02+3H0+3X3.76N2GH+5(02+3.76N2)-C02+3H0+5X3.76N2GH0+6.5(02+3.76N2)C02+3H0+6.5X3.76N上叁式表明，在

6、燃燒溫度不太高的情形下，反應(yīng)前后N2的摩爾數(shù)不變。Nb雖然進(jìn)入燃燒區(qū)，但并未參加氧化反應(yīng)，相反，它帶走二甲醚或丙烷或丁烷部分燃燒熱，進(jìn)而影響熱效率。因此，降低不參與反應(yīng)的Nb量（空氣量），則減少了熱損失，相當(dāng)與提高了二甲醚的熱效率。C. im二甲醚燃燒時(shí)需14.28m3空氣，產(chǎn)生煙氣16.28m3。3331m丙烷燃燒時(shí)需23.80m空氣，產(chǎn)生煙氣26.80m。1用丁烷燃燒時(shí)需30.94m3空氣，產(chǎn)生煙氣34.94m3。D. im液化氣燃燒時(shí)需0.3X23.80+0.7x30.94m3=28.80m3空氣,產(chǎn)生煙氣0.3X26.80+0.7x34.94m3=32.50m?E. 按當(dāng)量熱值計(jì)算1朋

7、液化氣與1.58m3二甲醚燃燒時(shí)需要的空氣量比值為：33331m液化氣：1.58m二甲醚=28.80m:1.58x14.28m=1:0.78即:1m液化氣比1.58m3二甲醚需多增加空氣27.65%。F. 按當(dāng)量熱值計(jì)算1m液化氣與1.58m3二甲醚燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙氣量比值為：1m液化氣：1.58m3二甲醚=32.50卅:1.58x16.28m3=1:0.79即:1卅液化氣比1.58m3二甲醚需多產(chǎn)生煙氣26.35%o2.2燃燒狀況改善，過(guò)剩空氣系數(shù)降低一般情況下，燃燒裝置空氣系數(shù)a控制范圍為：工業(yè)燃燒裝置a=1.051.20;民用a=1.301.80。從提高燃燒效率方面講，理想情況下，a=1.

8、0時(shí)，如果能確?？諝馀c燃?xì)饣旌铣浞?、燃燒完全，燃燒效率最高。?shí)際燃燒過(guò)程中，取a>1.0的原因是為了避免不完全燃燒情況發(fā)生，而付出的代價(jià)則是需加熱不參與反應(yīng)剩余的O、N2,導(dǎo)致熱效率降低。二甲醚自身含氧，由于改善了燃?xì)馀c空氣的混合效果，且氧氣與氮?dú)庵容^普通空氣大，屬“富氧燃燒”工況，因而改善了燃燒狀況；而另一方面，氧氣與二甲醚混合情況趨好，除混入的空氣總量可以相應(yīng)降低外，還可以將空氣系數(shù)控制在較低位置，a適當(dāng)朝1.0方向降低，即減少剩余空氣量，減少不參與燃燒的Q、N2量，自然這是二甲醚燃燒效率提高的另一個(gè)原因。2.3燃具燃燒效率分析對(duì)于燃具，假定a由1.20降為1.05,不參與燃燒的O

9、、N2量減少，1.0摩爾體積的二甲醚燃燒時(shí)減少的O、N量為：()XO2+(0.79-0.21)Nmol經(jīng)計(jì)算，與同等熱值的丙烷或丁烷(或其他燃?xì)?比較，減少的這部分熱損失為3.0%5.0%左右。2.4火焰?zhèn)鳠崮芰υ黾佣酌讶紵龝r(shí)，火焰溫度增加，煙氣溫度也隨之升高，增加了分解熱，當(dāng)遇到低溫表面時(shí)，將放出大量的分解熱，這就是富氧燃燒火焰具有較大傳熱能力的原因之一。2.5燃燒裝置內(nèi)有效利用熱得以提高由于富氧燃燒火焰溫度高，燃燒裝置內(nèi)溫壓增大，輻射換熱量增強(qiáng)，提高了裝置內(nèi)有效利用熱。3. 二甲醚排放性能分析二甲醚是一種清潔燃料，燃燒過(guò)程中無(wú)殘?jiān)?、無(wú)黑煙，COCO及煙氣排放量降低，具有富氧燃燒的火焰特性

10、。由于其燃燒溫度提高，氧氣濃度相應(yīng)增加，因此，必須特別重視其氮氧化物生成量情況。亦即，假定燃燒效率相同，獲得相同的燃燒熱量，I.Omol的二甲醚燃燒時(shí)，混入的氧氣量較丙烷或丁烷可降低2.0mol或3.5mol。3.1民用燃具燃燒溫度不會(huì)太高，不會(huì)出現(xiàn)氮氧化物生成量顯著增加的情況。3.2工業(yè)燃燒裝置燃燒裝置內(nèi)燃燒溫度相當(dāng)高時(shí)，部分氮?dú)鈺?huì)分解，生成氮原子，繼而與氧結(jié)合成氮的氧化物NO和NO,這兩者通稱為NOx是極有害的產(chǎn)物。在太陽(yáng)紫外線照射下，NO）與碳?xì)浠衔锟砂l(fā)生反應(yīng)生成具有強(qiáng)氧化能力的有害物質(zhì)，并形成光化學(xué)煙霧。此外，NOx生成硝酸也是酸雨的主要組分。燃燒生成NOx的濃度，隨燃燒溫度、Q濃度和停留時(shí)間增加而增加，因此，二甲醚燃燒時(shí)，氮氧化物生成量有增加的趨勢(shì)，要引起注意、。綜