[科普中国]-化学当量

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。

简介诸如当量、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.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。
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。

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

生物质合成气的化学当量比调整生物质不仅是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。1

生物质与煤的组成和气化特性对比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 一 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。1

加入水蒸汽补氢在流化床气化炉内，通过加人水蒸汽，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流量通人气化炉，保证松木粉处于良好的流化状态。没有水蒸汽加人时，合成气中V (H2) 仅为11%，V(H2/CO) 仅为0.5，逐渐向气化炉内加人水蒸汽，V(H2)和V(CO2)逐渐增加，以V(CO)逐渐减少，但当水蒸汽加人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，表明水蒸汽的加人提高了单位生物质的产气量。生物质的气化反应十分复杂，由于水蒸汽的加人，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。1

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。2

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。2

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。2

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。2

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%。2

本词条内容贡献者为:

胡建平 - 副教授 - 西北工业大学