化学当量

泛指化学方面的当量术

化学当量泛指化学方面的当量术，是指当量值与特定或俗成的数值相当的量，表示元素或化合物相互作用的质量比的数值。

科学定义

诸如当量、克当量、当量浓度、酸碱盐当量、电化当量等。

元素的当量，是该元素与8个质量单位的氧或1.008个质量单位的氢相化合（或从化合物中置换出这些质量单位的氧或氢）的质量单位（用旧原子量）。例如40.08个质量单位的钙和16个质量单位的氧化合而成56.08个质量单位的氧化钙，在氧化钙中，钙的当量是40.08×8/16=20.04。按照物质的类型不同，它们的当量可以按照下列公式求出：元素或单质的当量=元素的相对原子质量/元素的化合价。例如：钙的当量=40.08/2=20.04。元素的当量往往称化合量（combining weight）。

酸的当量=酸的相对分子质量/酸分子中所含可被置换的氢原子数；盐的当量=盐的相对分子质量/盐分子中的金属原子数×金属的化合价；氧化剂的当量=氧化剂的相对分子质量/氧化剂分子在反应中得到的电子数。

例如：硫酸H2SO4的当量=98.08/2=49.04。

化学当量是某元素的原子量被该元素的原子价相除所得的商。

计算公式

化学当量=原子量÷原子价

以克为单位的化学当量叫做克当量

生产应用

生物质不仅是CO2零排放的洁净能源，而且是可再生能源中独一能转化为液体燃料和化学品的碳资源。由固体生物质合成液体燃料或化学品，需要制备洁净的、满足目的产物合成所需化学当量比的合成气，进一步按照C1化学路线生产所需的产品。生物质空气气化是生物质热转化技术中历史最长、最具实用性的一种技术，在农村供气和MW级气化发电方面已经进入了商业化运作。但生物质气化气中，V(H2/CO)低和V(CO2)高，不利于醇醚燃料和费一托合成，煤气化工业中，一般采用水煤气变换结合CO2分离技术调整合成气化学当量比，但生物质由于元素组成和结构上与煤的巨大差异，传统的煤气化工业技术不完全适合生物质合成气的处理，高碳转化率的生物质合成气化学当量比调整技术，成为生物质合成燃料降低成本和推广应用的关键。

生物质与煤

生物质是洁净的可再生资源，与煤在结构、组成和性质上具有较大的差异。煤由于热值高，气化炉内温度可达1000℃以上，因此气化气中焦油等碳氢化合物含量较少，CO含量高，CO2含量较少，可通过水煤气变换反应结合过量CO2分离过程，获得合适化学当量比的合成气。生物质热值低，气化时，炉内温度仅700—750℃，且生成大量的CO2，经水煤气变换后CO2含量剧增，若分离除去，则造成过低的生物质碳转化率。利用生物质厌氧消化产生的沼气重整过量的CO2，转化为H2和CO，是提高生物质碳转化率的良好途径。

加入水蒸汽补氢

在流化床气化炉内，通过加入水蒸汽，于750℃考察了水蒸汽对合成气化学当量比的调整作用。松木粉进料0.65kg/h，空气以0.7m3/h流量通入气化炉，保证松木粉处于良好的流化状态。没有水蒸汽加入时，合成气中V (H2) 仅为11%，V(H2/CO) 仅为0.5，逐渐向气化炉内加入水蒸汽，V(H2)和V(CO2)逐渐增加，以V(CO)逐渐减少，但当水蒸汽加入量超过松木粉进料量的1.2倍后，变化趋势平稳，即继续增大水蒸汽量已没有调整作用，同时也会大大降低气化炉内的反应温度。合成气中V(N2)减少，表明水蒸汽的加入提高了单位生物质的产气量。生物质的气化反应十分复杂，由于水蒸汽的加入，合成气中V(H2)由11%增加到27%，V(CO)和V(CO2)的变化幅度较小，表明气化炉内水煤气变换反应进行程度较小，可能是气化炉内高温不利于水煤气变换反应。

化学当量比对锅炉生成与排放特性的影响

燃烧初期化学当量比对一台1，000，MW超超临界塔式锅炉在中低负荷下NOx生成与排放特性的影响。计算值与试验测量值符合较好。结果表明，中低负荷下煤粉燃烧初期化学当量比下降，热力型NOx与燃料型NOx生成速率均明显降低，且已生成的NOx被还原的速率增加，NOx排放也随之降低。现场试验中，通过关小周界风挡板开度降低燃烧初期化学当量比，锅炉在700，MW和500，MW负荷下NOx排放分别下降了20.6%，和28.2%，且不会对锅炉效率及蒸汽参数等产生负面影响。

化学当量比对NOx生成及排放特性的影响

煤粉离开燃烧器喷口后被周围高温烟气不断加热，温度逐渐升高并被点燃，释放出大量热量，温度也迅速升高到1，800，K。各工况下高温区域均集中在燃烧器出口附近及气流所形成的切圆上，而水冷壁附近温度较低，这也有利于保护水冷壁。此外，随着燃烧初期化学当量比的降低，一次风截面温度明显下降，高温区域（大于1，700，K）面积也随之减小。可以看到，在距燃烧器出口1.5，m 附近温度开始迅速上升，随着燃烧初期化学当量比的降低，沿A3层一次风入射方向的温度也有所下降，同时温度上升的位置也有所提前，表明煤粉着火距离缩短．可见在中低负荷下，适当降低燃烧初期化学当量比有利于缩短着火距离，改善煤粉着火特性。

与温度分布相反，在燃烧器出口处与水冷壁附近O2体积分数很高，而沿气流出口方向上的O2体积分数则很低。随着燃烧初期化学当量比的降低，截面O2体积分数下降明显，沿A3层一次风入射方向的O2体积分数分布，可以看到O2体积分数在1.5，m 附近开始迅速下降，且随着化学当量比的降低而降低，这与此前的分析一致。

沿A3层一次风入射方向的NOx生成速率分布

沿一次风入射方向上的热力型NOx生成速率分布可以看到，由于燃烧器出口处温度较低，因而其生成速率几乎为零，在距喷口1.5，m附近生成速率迅速增加，并且上升的位置随化学当量比的降低而提前，这与此前提到的煤粉着火提前是一致的。热力型NOx生成速率达到最高后迅速下降，这是因为随着距离的增加，虽然烟气温度仍处于较高水平，但沿一次风入射方向上O2体积分数很低，因而其生成速率也迅速下降。随着燃烧初期化学当量比的降低，各负荷下热力型NOx生成速率均下降明显，下降幅度超过100%，这是因为煤粉燃烧强度减弱，烟气温度下降，导致热力型NOx生成速率降低。

沿一次风入射方向的燃料型NOx生成速率的分布。燃料型NOx生成速率存在两个峰，第1个峰为正值，表示煤粉燃烧初期挥发分N大量析出并迅速被氧化生成燃料型NOx，随着燃烧初期化学当量比的降低，其生成速率下降，这是因为化学当量比降低，使得煤粉处于较强的还原性气氛中，燃料型NOx生成受到抑制。第2个峰为负值，表示部分已生成的NOx被中间组分NH3、HCN等还原成N2。由于燃烧初期O2体积分数下降，还原性物质组分浓度增加，因而第2个峰的绝对值是随着燃烧初期化学当量比的降低而增加的。

各工况下沿炉膛高度NOx体积分数分布

由于冷灰斗区域仅有少量煤粉燃烧，因而NOx体积分数处于较低水平。进入主燃区后，大量煤粉剧烈燃烧，NOx体积分数迅速升高。随着燃烧初期化学当量比的降低，主燃区NOx体积分数明显下降，尤其是在500，MW下。沿炉膛高度的NOx平均体积分数同样可以看到，随着燃烧初期化学当量比的降低，各负荷下NOx平均体积分数均有明显的下降，700，MW下NOx最高平均体积分数从274×10-6下降至246×10-6，500，MW下NOx最高平均体积分数从276×10-6下降至228×10-6。炉膛出口的NOx体积分数模拟结果显示，700，MW下NOx体积分数(O2体积分数6%)下降了17%，500，MW下NOx体积分数(O2 体积分数6%)下降了18.1%。

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