天然氣混空氣摻混焦?fàn)t煤氣的可行性

1、天然氣混空氣摻混焦?fàn)t煤氣的可行性作者：熊興國(guó)文章來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)論文點(diǎn)擊數(shù)：99更新時(shí)間：2007-6-25 21:03:00 *收藏此頁(yè)引言株洲市焦?fàn)t煤氣工程始建于1985年，目前擁有32孔JN2889雙聯(lián)下噴復(fù)熱式焦?fàn)t2座，外供焦?fàn)t 煤氣12X104m3/d。至2003年年底，株洲市居民用戶77 428戶，工業(yè)用戶、商業(yè)用戶及采暖與空調(diào)用戶 約120戶，現(xiàn)有的制氣能力巳滿足不了城市發(fā)展的要求。川渝天然氣預(yù)計(jì)2005年7月1日到達(dá)株洲，在川 渝天然氣到達(dá)前的這段時(shí)間里，還計(jì)劃發(fā)展居民用戶15 000戶，商業(yè)、工業(yè)等其他用戶30戶左右，預(yù)計(jì) 焦?fàn)t煤氣用氣量將增加約6X104m3/d。因此解決好天然氣

2、到達(dá)前用戶發(fā)展的氣源問(wèn)題，巳成為當(dāng)務(wù)之急。液化天然氣(LNG)工業(yè)在世界上巳有60多年的歷史，技術(shù)成熟，巳形成了從液化、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、氣化 到終端利用的一整套工藝。在我國(guó)，隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長(zhǎng)，LNG的開(kāi)發(fā)和利用越來(lái)越受到重視。目前中 原油田和新疆廣匯公司巳相繼建成了 LNG生產(chǎn)廠。在珠江三角洲、福建和長(zhǎng)江三角洲巳規(guī)劃進(jìn)口 LNG并 建設(shè)LNG接收終端，有一些城市巳建成作為調(diào)峰或過(guò)渡氣源的LNG儲(chǔ)存氣化站并投產(chǎn)使用，效果十分顯 著?？梢?jiàn)，選擇LNG作為補(bǔ)充氣源是具有技術(shù)基礎(chǔ)和氣源保證的。LNG運(yùn)輸方便，既可采用火車(chē)運(yùn)輸，也可采用汽車(chē)運(yùn)輸。由于液化天然氣的體積僅為氣態(tài)時(shí)天然氣體 積的1 /620，

3、因而儲(chǔ)運(yùn)手段十分靈活，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，效率高。LNG工藝流程簡(jiǎn)單，建設(shè)投資省，占地少，工期短，見(jiàn)效快，方式靈活。LNG價(jià)格平穩(wěn)，氣化成本低。 特別是LNG氣化能力調(diào)節(jié)方便，不僅適用于季節(jié)調(diào)峰，亦適用于日調(diào)峰，使LNG既可用于目前摻混焦?fàn)t 煤氣擴(kuò)大供氣能力，也可在川渝天然氣到達(dá)后用作調(diào)峰氣源?？梢哉f(shuō)在株洲市以LNG作為補(bǔ)充氣源擴(kuò)大供 氣能力是一種既解燃眉之急，又能長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)揮投資效益的合理選擇。下面討論天然氣混空氣摻混焦?fàn)t煤氣的 可行性。1滿足燃?xì)饣Q性的必要性任何燃具都是按一定的燃?xì)獬煞衷O(shè)計(jì)的，當(dāng)燃?xì)獬煞职l(fā)生改變時(shí)，燃具燃燒器的熱負(fù)荷、一次空氣系 數(shù)、燃燒穩(wěn)定性、火焰結(jié)構(gòu)、煙氣中一氧化碳含量等燃燒工況就

4、會(huì)發(fā)生改變。設(shè)某一燃?xì)庖詀燃?xì)鉃榛鶞?zhǔn) 進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)整，由于某種原因要以s燃?xì)庵脫Qa燃?xì)?，如果燃燒器不加任何調(diào)整而能保證燃具正常工作， 則表示s燃?xì)饪梢灾脫Qa燃?xì)?，或稱s燃?xì)鈱?duì)a燃?xì)舛跃哂谢Q性。a燃?xì)夥Q為“基準(zhǔn)氣”，s燃?xì)夥Q為“置 換氣”。反之，如果燃具不能正常工作，則稱s燃?xì)鈱?duì)a燃?xì)舛詻](méi)有互換性。如果燃?xì)膺_(dá)不到互換性的要 求，則需要對(duì)燃具燃燒器進(jìn)行更換或?qū)烧{(diào)部分進(jìn)行調(diào)整，以使燃具適應(yīng)新的燃?xì)?。株洲市在川渝天然氣到達(dá)后，需逐步對(duì)原有管網(wǎng)進(jìn)行天然氣置換，并對(duì)每家每戶的灶具、熱水器等燃 具燃燒器以及商業(yè)、工業(yè)、采暖通風(fēng)與空調(diào)等用戶用氣設(shè)備燃燒器加以調(diào)整和更換，這將是一項(xiàng)龐大而復(fù) 雜的系統(tǒng)工程

5、，將耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力。但如果在川渝天然氣到達(dá)前為了擴(kuò)大供氣能力而以液化 天然氣一空氣混合氣摻混焦?fàn)t煤氣（以下將此由天然氣、空氣、焦?fàn)t煤氣三者的混合氣稱為摻混氣）作為過(guò) 渡氣源時(shí)，就對(duì)千家萬(wàn)戶的燃燒器予以更換或調(diào)整，將造成人力、物力、財(cái)力的極大浪費(fèi)，并且將使調(diào)峰 的靈活性和機(jī)動(dòng)性大大降低。如果摻混氣對(duì)焦?fàn)t煤氣具有互換性，則可節(jié)省大量人力、物力、財(cái)力，并使 LNG調(diào)峰的靈活性、機(jī)動(dòng)性大大增強(qiáng)。由此可見(jiàn)，天然氣一空氣混合氣摻混焦?fàn)t煤氣作為過(guò)渡氣源擴(kuò)大供 氣能力時(shí)滿足燃?xì)饣Q性的要求，其意義十分重大。2燃?xì)饣Q性與混合安全性判斷標(biāo)準(zhǔn)1華白數(shù)當(dāng)以一種燃?xì)庵脫Q另一種燃?xì)鈺r(shí)，首先應(yīng)保證燃具熱負(fù)荷在

6、互換前后不發(fā)生大的改變。當(dāng)燃燒器哽嘴前壓.力不變時(shí).攜具熱負(fù)荷與燃?xì)飧邿嶂礠.成正比，與嫩氣相對(duì)密度的二次方椎叫戰(zhàn)成比. 而Qif-fd稱為華白數(shù),即：式中：W華白數(shù)，MJ/m3；Qh燃?xì)飧邿嶂?，MJ/m3；d燃?xì)庀鄬?duì)密度。如果兩種燃?xì)饩哂邢嗤娜A白數(shù)，則在互換時(shí)能使燃?xì)獗３窒嗤瑹嶝?fù)荷和一次空氣系數(shù)。如果置換氣的華白數(shù)比基準(zhǔn)氣大，則在置換時(shí)燃具熱負(fù)荷將增大，而一次空氣系數(shù)將減小。反之，則燃具熱負(fù)荷將減 小，一次空氣系數(shù)將增大。一般兩種燃?xì)饣Q時(shí)華白數(shù)W的變化不大于(5%-10%)。2燃燒勢(shì)當(dāng)置換氣和基準(zhǔn)氣的化學(xué)、物理性質(zhì)相差不大，燃燒特性比較接近時(shí)，用華白數(shù)就可以控制燃?xì)饣Q 性。當(dāng)燃?xì)馓匦圆?/p>

7、別較大時(shí)，僅靠華白數(shù)就不足以判斷兩種燃?xì)馐欠窨梢曰Q。這時(shí)就必須引入火焰特性 指數(shù)，以判斷燃?xì)饣Q時(shí)是否會(huì)產(chǎn)生離焰、黃焰、回火和不完全燃燒的傾向性。我國(guó)城市燃?xì)獾姆诸悩?biāo)準(zhǔn) 中，引入了燃燒勢(shì)Pc。這一指標(biāo)，以便能較全面地判斷燃?xì)獾娜紵匦?。燃燒?shì)戶。的計(jì)算公式如下：式中：Pg燃燒勢(shì)；K燃?xì)庵醒鹾啃拚禂?shù)；9 H燃?xì)庵袣涞捏w積分?jǐn)?shù)，；qCH燃?xì)庵谐淄橐酝獾奶細(xì)浠衔锏捏w積分?jǐn)?shù)，；9 co燃?xì)庵幸谎趸嫉捏w積分?jǐn)?shù)，；9 CH燃?xì)庵屑淄榈捏w積分?jǐn)?shù)，；9O燃?xì)庵醒醯捏w積分?jǐn)?shù)，。2. 3燃?xì)獾谋O限可燃?xì)怏w和空氣的混合物遇明火而引起爆炸時(shí)的可燃?xì)怏w濃度范圍稱為爆炸極限，在這種混合物中當(dāng) 可燃?xì)怏w的含

8、量減少到不能形成爆炸混合物時(shí)的那一含量，稱為可燃?xì)怏w的爆炸下限，而當(dāng)可燃?xì)怏w含量 一直增加到不能形成爆炸混合物時(shí)的含量，稱為爆炸上限。為了保證天然氣一空氣混合氣摻混焦?fàn)t煤氣后不致產(chǎn)生爆炸危險(xiǎn)，必須控制摻混氣中的氧含量，使摻 混氣中可燃?xì)怏w含量在摻混氣爆炸極限范圍之外。3燃?xì)饣Q性與混合的安全性的計(jì)算1基準(zhǔn)氣、天然氣特性參數(shù)株洲市焦?fàn)t煤氣(基準(zhǔn)氣)的組成見(jiàn)表1,其低熱值16. 95 MJ/m3,高熱值19. 56 W/m3,密度0. 51kg/m3，華白數(shù) 31. 1 MI/m3，燃燒勢(shì) 110. 0。表1 焦?fàn)t煤氣的組成組分名稱CO2CmHnO2COHM2CH4N2合計(jì)體積分?jǐn)?shù)/%3.02.1

9、0.28.056.023.77.0100.0新疆廣匯天然氣的組成見(jiàn)表2,其低熱值42. 40MJ/m3，高熱值46. 57MJ/m3,密度0. 872kg / m3, 相對(duì)密度0. 675，華白數(shù)56. 70MJ/m3，燃燒勢(shì)42. 4。表2 新疆廣匯天然氣組成組分名稱CH4C2H6C3H8N2其他合計(jì)體積分?jǐn)?shù)/%82.311.24.60.81.1100.02摻混比例計(jì)算焦?fàn)t煤氣摻混比例確定按照增加供氣能力50%的要求，需增加6X104m3/d的天然氣一空氣混合氣，焦?fàn)t煤氣與天然氣一空 氣混合氣的體積流量之比為65： 35。天然氣、空氣比例的確定株洲市基準(zhǔn)氣為焦?fàn)t煤氣，如果采用天然氣一空氣混合

10、氣摻混焦?fàn)t煤氣為置換氣，且置換氣能滿足燃 氣互換性要求的話，則置換氣的華白數(shù)應(yīng)控制在土 10%范圍內(nèi)，即27. 9-34. 2MJ/m3，燃燒勢(shì)應(yīng)控制為 72-128。根據(jù)上述要求，采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算確定天然氣、空氣、焦?fàn)t煤氣的摻混比例，符合燃?xì)饣Q性 要求的摻混比例理論計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。在焦?fàn)t煤氣體積分?jǐn)?shù)為65%時(shí)，天然氣體積分?jǐn)?shù)18%26%能滿足 燃?xì)饣Q性的要求，且隨著天然氣摻混量的增加，摻混氣華白數(shù)、燃燒勢(shì)呈增大趨勢(shì)。表3新疆廣匯天然氣摻混比例計(jì)算結(jié)果天然氣-空氣-焦?fàn)t煤氣中的焦?fàn)t煤氣65.065.065.065.065.065.065.065.065.0的體積分?jǐn)?shù)/%天然氣-空氣-焦?fàn)t

11、煤氣中天然氣的體積分?jǐn)?shù)/%18.019.020.021.022.023.024.025.026.0天然氣-空氣-焦?fàn)t煤氣中空氣的體積分?jǐn)?shù)/%17.016.015.014.013.012.011.010.09.0天然氣-空氣-焦?fàn)t煤氣的華白數(shù)/ (MJ m-3)28.228.929.630.431.131.832.533.234.0天然氣-空氣-焦?fàn)t煤氣燃燒勢(shì)74.274.474.674.875.075.375.675.976.3天然氣-空氣總可燃爆炸上限？ %14.614.614.614.614.614.614.614.614.6天然氣-空氣中可燃 氣體的體積分?jǐn)?shù)/%51.054.057.06

12、0.063.065.768.671.474.3天然氣-空氣的安全評(píng)價(jià)安全安全安全安全安全安全安全安全安全天然氣-空氣-焦?fàn)t煤氣的爆炸上限/%27.126.826.526.326.025.825.625.325.1天然氣-空氣-焦?fàn)t煤氣的安全評(píng)價(jià)安全安全安全安全安全安全安全安全安全3. 3爆炸極限校核從表3可見(jiàn)，天然氣一空氣混合氣以及天然氣一空氣一焦?fàn)t煤氣摻混氣中可燃?xì)怏w濃度均在其爆炸上限2倍以上，可見(jiàn)按上述比例進(jìn)行摻混是安全的。4燃?xì)饣Q性的檢驗(yàn)為了驗(yàn)證天然氣一空氣混合氣摻混焦?fàn)t煤氣摻混比例理論計(jì)算成果的可靠性，進(jìn)行了燃?xì)饣Q性試驗(yàn) 檢驗(yàn)。檢驗(yàn)時(shí)燃?xì)庥镁哌x擇株洲用量較大的JZSR. 2992E, JZ5R. 2982A型雙眼灶及JSD168C家用 燃?xì)饪焖贌崴?。從?可知，天然氣摻混越少，摻混氣的華白數(shù)和燃燒勢(shì)越小?？紤]到株洲市目前供氣以居民用戶 為主，居民用戶灶具熱負(fù)荷在實(shí)際使用過(guò)程中因受煤氣壓力、灶具設(shè)計(jì)熱負(fù)荷等困素影響較大，故檢驗(yàn)時(shí) 主要檢驗(yàn)灶具燃燒的穩(wěn)定性。摻混比例選擇在焦?fàn)t煤氣體積比例為65%，天然氣摻混較少，燃燒勢(shì)離基準(zhǔn) 氣(Pc=110. 0)較遠(yuǎn)且燃燒不穩(wěn)定傾向較大時(shí)的摻混比下限進(jìn)行灶具燃燒穩(wěn)定性檢驗(yàn)。檢驗(yàn)用摻混氣中焦