作者：熊兴国 文章来源：网络论文 点击数： 99 更新时间：2007-6-25 21:03:00 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
引 言 株洲市焦炉煤气工程始建于1985年，目前拥有32孔JN28—89双联下喷复热式焦炉2座，外供焦炉煤气peg600012×104m3／d。至2003年年底，株洲市居民用户77 428户，工业用户、商业用户及采暖与空调用户约120户，现有的制气能力已满足不了城市发展的要求。川渝天然气预计2005年7月1日到达株洲，在川渝天然气到达前的这段时间里，还计划发展居民用户15 000户，商业、工业等其他用户30户左右，预计焦炉煤气用气量将增加约6×104m3／d。因此解决好天然气到达前用户发展的气源问题，已成为当务之急。 液化天然气(LNG)工业在世界上已有60多年的历史，技术成熟，已形成了从液化、储存、运输、气化到终端利用的一整套工艺。在我国，随着经济持续快速增长，LNG的开发和利用越来越受到重视。目前中原油田和新疆广汇公司已相继建成了LNG生产厂。在珠江三角洲、福建和长江三角洲已规划进口LNG并建设LNG接收终端，有一些城市已建成作为调峰或过渡气源的LNG储存气化站并投产使用，效果十分显著。可见，选择LNG作为补充气源是具有技术基础和气源保证的。 LNG运输方便，既可采用火车运输，也可采用汽车运输。由于液化天然气的体积仅为气态时天然气体积的1／620，因而储运手段十分灵活，机动性强，效率高。 LNG工艺流程简单，建设投资省，占地少，工期短，见效快，方式灵活。LNG价格平稳，气化成本低。特别是LNG气化能力调节方便，不仅适用于季节调峰，亦适用于日调峰，使LNG既可用于目前掺混焦炉煤气扩大供气能力，也可在川渝天然气到达后用作调峰气源。可以说在株洲市以LNG作为补充气源扩大供气能力是一种既解燃眉之急，又能长远发挥投资效益的合理选择。下面讨论天然气混空气掺混焦炉煤气的可行性。 1 满足燃气互换性的必要性 任何燃具都是按一定的燃气成分设计的，当燃气成分发生改变时，燃具燃烧器的热负荷、一次空气系数、燃烧稳定性、火焰结构、烟气中一氧化碳含量等燃烧工况就会发生改变。设某一燃气以a燃气为基准进行设计和调整，由于某种原因要以s燃气置换a燃气，如果燃烧器不加任何调整而能保证燃具正常工作，则表示s燃气可以置换a燃气，或称s燃气对a燃气而言具有互换性。a燃气称为“基准气”，s燃气称为“置换气”。反之，如果燃具不能正常工作，则称s燃气对a燃气而言没有互换性。如果燃气达不到互换性的要求，则需要对燃具燃烧器进行更换或对可调部分进行调整，以使燃具适应新的燃气。 株洲市在川渝天然气到达后，需逐步对原有管网进行天然气置换，并对每家每户的灶具、热水器等燃具燃烧器以及商业、工业、采暖通风与空调等用户用气设备燃烧器加以调整和更换，这将是一项庞大而复杂的系统工程，将耗费大量的人力、物力和财力。但如果在川渝天然气到达前为了扩大供气能力而以液化天然气—空气混合气掺混焦炉煤气(以下将此由天然气、空气、焦炉煤气三者的混合气称为掺混气)作为过渡气源时，就对千家万户的燃烧器予以更换或调整，将造成人力、物力、财力的极大浪费，并且将使调峰的灵活性和机动性大大降低。如果掺混气对焦炉煤气具有互换性，则可节省大量人力、物力、财力，并使LNG调峰的灵活性、机动性大大增强。由此可见，天然气—空气混合气掺混焦炉煤气作为过渡气源扩大供气能力时满足燃气互换性的要求，其意义十分重大。 2 燃气互换性与混合安全性判断标准 2．1 华白数 当以一种燃气置换另一种燃气时，首先应保证燃具热负荷在互换前后不发生大的改变。当燃烧器 式中：W——华白数，MJ／m3； Qh——燃气高热值，MJ／m3； d——燃气相对密度。 如果两种燃气具有相同的华白数，则在互换时能使燃气保持相同热负荷和一次空气系数。如果置换气的华白数比基准气大，则在置换时燃具热负荷将增大，而一次空气系数将减小。反之，则燃具热负荷将减小，一次空气系数将增大。一般两种燃气互换时华白数W的变化不大于±(5％-10％)。 2．2 燃烧势 当置换气和基准气的化学、物理性质相差不大，燃烧特性比较接近时，用华白数就可以控制燃气互换性。当燃气特性差别较大时，仅靠华白数就不足以判断两种燃气是否可以互换。这时就必须引入火焰特性指数，以判断燃气互换时是否会产生离焰、黄焰、回火和不完全燃烧的倾向性。我国城市燃气的分类标准中，引入了燃烧势Pc。这一指标，以便能较全面地判断燃气的燃烧特性。 燃烧势户。的计算公式如下： 式中：Pg——燃烧势； K——燃气中氧含量修正系数； φH——燃气中氢的体积分数，％； φC H——燃气中除甲烷以外的碳氢化合物的体积分数，％； φco——燃气中一氧化碳的体积分数，％； φCH——燃气中甲烷的体积分数，％； φO——燃气中氧的体积分数，％。 2．3 燃气的爆炸极限 可燃气体和空气的混合物遇明火而引起爆炸时的可燃气体浓度范围称为爆炸极限，在这种混合物中当可燃气体的含量减少到不能形成爆炸混合物时的那一含量，称为可燃气体的爆炸下限，而当可燃气体含量一直增加到不能形成爆炸混合物时的含量，称为爆炸上限。 为了保证天然气—空气混合气掺混焦炉煤气后不致产生爆炸危险，必须控制掺混气中的氧含量，使掺混气中可燃气体含量在掺混气爆炸极限范围之外。 韦氏测试 3 燃气互换性与混合的安全性的计算 3．1 基准气、天然气特性参数 株洲市焦炉煤气(基准气)的组成见表1，其低热值16．95 MJ／m3，高热值19．56 W／m3，密度0．51kg／m3，华白数31．1 MI／m3，燃烧势110．0。 表1 焦炉煤气的组成
新疆广汇天然气的组成见表2，其低热值42．40MJ／m3，高热值46．57MJ／m3，密度0．872kg／m3，相对密度0．675，华白数56．70MJ／m3，燃烧势42．4。 表2 新疆广汇天然气组成
苯丙氨酸3．2掺混比例计算 (1)焦炉煤气掺混比例确定 按照增加供气能力50％的要求，需增加6×104m3／d的天然气—空气混合气，焦炉煤气与天然气—空气混合气的体积流量之比为65：35。 (2)天然气、空气比例的确定 株洲市基准气为焦炉煤气，如果采用天然气—空气混合气掺混焦炉煤气为置换气，且置换气能满足燃气互换性要求的话，则置换气的华白数应控制在±10％范围内，即27．9—34．2MJ／m3，燃烧势应控制为72—128。根据上述要求，采用计算机进行计算确定天然气、空气、焦炉煤气的掺混比例，符合燃气互换性要求的掺混比例理论计算结果见表3。在焦炉煤气体积分数为65％时，天然气体积分数18％—26％能满足燃气互换性的要求，且随着天然气掺混量的增加，掺混气华白数、燃烧势呈增大趋势。 表3 新疆广汇天然气掺混比例计算结果
3. 3爆炸极限校核 从表3可见，天然气—空气混合气以及天然气—空气—焦炉煤气掺混气中可燃气体浓度均在其爆炸上限2倍以上，可见按上述比例进行掺混是安全的。 4 燃气互换性的检验 为了验证天然气—空气混合气掺混焦炉煤气掺混比例理论计算成果的可靠性，进行了燃气互换性试验检验。 (1)检验时燃气用具选择株洲用量较大的JZSR．2—992E，JZ5R．2—982A型双眼灶及JSDl6—8C家用燃气快速热水器。 (2)从表3可知，天然气掺混越少，掺混气的华白数和燃烧势越小。考虑到株洲市目前供气以居民用户为主，居民用户灶具热负荷在实际使用过程中因受煤气压力、灶具设计热负荷等困素影响较大，故检验时主要检验灶具燃烧的稳定性。掺混比例选择在焦炉煤气体积比例为65％，天然气掺混较少，燃烧势离基准气(Pc=110．0)较远且燃烧不稳定倾向较大时的掺混比下限进行灶具燃烧稳定性检验。 检验用掺混气中焦炉煤气、天然气、空气的体积分数分别为65％，18％，17％。检验结果为无离焰、回火、黄焰产生，烟气中CO含量合格。 5 结 语 株洲市在天然气到达前采用天然气—空气混合气掺混焦炉煤气作为过渡气源，从而扩大供气能力，进一步提高城市气化率，在技术上是可行的，在经济上是合理的。 工程设计中选择天然气临沂史晓东—空气—焦炉煤气的实际工艺控制比例时应对华白数、燃烧势以及供气的经济性进行综合考虑，以确保供气可靠、安全、经济。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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