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混合氣 (液化天然氣+空氣)摻混焦?fàn)t煤氣
作為過渡氣源在株洲市應(yīng)用的技術(shù)可行性
株洲市城市燃?xì)庠O(shè)計(jì)研究所 (412007) 熊興國(guó)

摘要 本文通過對(duì)液化天然氣供氣優(yōu)越性的論證、混合氣 (液化天然氣+空氣)摻混焦?fàn)t煤氣技術(shù)可行性的理論分析及有選擇性的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，證明采用混合氣(液化天然氣+空氣)摻混焦?fàn)t煤氣作為過渡氣源來擴(kuò)大株洲市的供氣能力是一種投資省、見效快、遠(yuǎn)近結(jié)合的好途徑。
關(guān)鍵詞 過渡氣源摻混華白數(shù)燃燒勢(shì)爆炸極限摻混比例燃?xì)饣�換性
引言
　株洲市煤制氣工程始建于1985年，目前擁有32孔JN28—89雙聯(lián)下噴復(fù)熱式焦?fàn)t2座，外供城市煤氣12萬m3／日。至2003年12月底，株洲市累計(jì)發(fā)展居民用戶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)有制氣能力已滿足不了城市發(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，在川渝天然氣入株前一年半左右的時(shí)間里，株洲煤氣計(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。因此解決好天然氣人株前用戶發(fā)展的氣源問題，已成為株洲煤氣的當(dāng)務(wù)之急。

2 株洲市選擇液化天然氣(LNG)作為補(bǔ)充氣源擴(kuò)大供氣能力的優(yōu)越性
　首先，LNG工業(yè)在世界上已有60多年的歷史，技術(shù)十分成熟，已形成了從液化、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、氣化到終端利用的一整套工藝。世界LNG工業(yè)近30年保持持續(xù)高速發(fā)展態(tài)勢(shì)，年均增長(zhǎng)率在20%以上，使LNG在國(guó)際天然氣貿(mào)易總量中所占比例上升到25%以上。在我國(guó)，隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長(zhǎng)，LNG的開發(fā)和利用越來越受到重視。目前中原油田和新疆廣匯已相繼建成了LNG生產(chǎn)廠。在珠江三角洲、福建和長(zhǎng)江三角洲已規(guī)劃進(jìn)口LNG并建成LNG接收終端，有好幾個(gè)城市已建成作為調(diào)峰或過渡氣源的LNG儲(chǔ)存氣化站并投產(chǎn)使用，效果十分顯著�？梢�，株洲市選擇LNG作為補(bǔ)充氣源是具有技術(shù)基礎(chǔ)和氣源保證的。
　其次，LNG運(yùn)輸方便，既可采用火車運(yùn)輸，也可采用汽車運(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，因而儲(chǔ)運(yùn)手段十分靈活，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，效率高。
　再者，LNG工藝流程簡(jiǎn)單，建設(shè)投資省，占地少，工期短，見效快，方式靈活。LNG價(jià)格平穩(wěn)，氣化成本低，經(jīng)濟(jì)上亦十分合理。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，也可在川渝氣入株后用作調(diào)峰氣源�？梢哉f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。
3 混合氣(液化天然氣+空氣)摻混焦?fàn)t煤氣作為過渡氣源必須滿足燃?xì)饣�換的要求
　 任何燃具都是按一定的燃?xì)獬煞菰O(shè)計(jì)的，當(dāng)燃?xì)獬煞莅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會(huì)發(fā)生改變。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)�可調(diào)部份進(jìn)行調(diào)整，以使燃具適應(yīng)新的燃?xì)�。如果在川渝天然氣入株前為了擴(kuò)大供氣能力而以混合氣(液化天然氣+空氣)摻混焦?fàn)t煤氣作為過渡氣源時(shí)，即對(duì)千家萬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，混合氣(液化天然氣+空氣)摻混焦?fàn)t煤氣作為過渡氣源擴(kuò)大供氣能力時(shí)滿足燃?xì)饣�換性的要求，其意義十分重大。
4　混合氣(液化天然氣+空氣)摻混焦?fàn)t煤氣后燃?xì)饣�換性的理論計(jì)算
4.1株洲市基準(zhǔn)氣、摻混氣特性參數(shù)
4.1.1株洲市焦?fàn)t煤氣特性參數(shù)(基準(zhǔn)氣)，見表l。
低熱值：16.95MJm3
高熱值：1956MJm3
容重：0.51kgms
華白數(shù)： 31.1M/Jm.
燃燒勢(shì)：110
4.1.2新疆廣匯液化天然氣發(fā)展有限公司LNG特性參數(shù)，見表2。
低熱值：42.40MJ/m3
高熱值：46．.57 MJ/m3
平均密度：0.872 k/m.
相對(duì)密度：0.675(空氣為1)
華白數(shù)：56.70MJ/m。
燃燒勢(shì)：42.41
4.1.3河南中原綠能高科有限公司LNG特性參數(shù)，見表3。
低熱值：36.99 MJ/m。
高熱值：41.02 MJ/ms
平均密度：0.746kg/m3
相對(duì)密度：0.675(空氣為1)
華白數(shù)：53.996MJ/m.
燃燒勢(shì)：40.88
4．2混合氣(液化天然氣+空氣)摻混焦?fàn)t煤氣摻混比例計(jì)算
　 株洲市基準(zhǔn)氣為焦?fàn)t煤氣，如果采用混合氣(液化天然氣+空氣)摻混焦?fàn)t煤氣為置換氣，且置換氣能滿足燃?xì)饣�換性要求的話，則置換氣的華白數(shù)應(yīng)控襯在±10％范圍內(nèi)，即27.9MJ/mS-34．2MJ/m3之間，燃燒勢(shì)應(yīng)控制在72-128之間。根據(jù)上述要求采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算確定液化天然氣、空氣、焦?fàn)t煤氣的摻混比例。符合燃?xì)饣�換性要求的摻混比例理論計(jì)算結(jié)果見表4、5，從表中可知，在焦?fàn)t煤氣體積百分比含量在59%-100%之間時(shí)，LNG體積百分比摻混量必須在上限與下限之間方能滿足燃?xì)饣�換性的要求。根據(jù)以上數(shù)據(jù)繪成圖1、圖2所示摻混比例圖，從圖中可以看出，摻混比例在LNG上限線與下限線之間時(shí)，摻混氣可以滿足燃?xì)饣�換性的要求。
4.3混合氣(液化天然氣+空氣)摻混焦?fàn)t煤氣后爆炸極限校核
　 選擇表4、表5中摻混后空氣含量最高的四種情況進(jìn)行校核計(jì)算，以判斷混合氣中可

表一

組份名稱	CO2	CmHn	O2	CO	H2	CH4	N2	合計(jì)
體積比(%)	3	2.1	0.2	8	56	23.7	7	100

表二

組份名稱	CH4	C2H6	C3H8	N2	其他	合計(jì)
體積比(%)	82.3	11.2	4.6	0.8	1.1	100

表三

組份名稱	C3H8	C2H6	i-C4	n-C4	i-C5	n-C5	苯	CH4	N2	合計(jì)
體積比 (%)	0.34	3.36	0.05	0.05	0.01	0.008	0.002	95.88	0.3	100

 

LNG下限	17	17	16	16	15	14	14
LNG上限	25	25	24	23	23	22	21
焦?fàn)t煤氣	73	74	75	76	77	78	79
LNG下限	13	13	12	11	11	10	10
LNG上限	21	20	19	19	18	17	17
焦?fàn)t煤氣	80	81	82	183	84	85	86
LNG下限	9	8	8	7	7	6	5
LNG上限	16	16	15	14	14	13	12
焦?fàn)t煤氣	87	88	89	90	91	92	93
LNG下限	5	4	3	3	2	2	1
LNG上限	12	11	10	10	9	8	7
焦?fàn)t煤氣	94	95	96	97	98	99	100
LNG下限	O	0	0	0	O	O	O
LNG上限	6	5	4	3	2	1	0

 

焦?fàn)t煤氣	59	60	61	62	63	64	65
LNG下限	30	27	23	21	19	19	18
LNG上限	31	30	30	29	26	26	26
焦?fàn)t煤氣	66	67	68	69	70	71	72
LNG下限	17	17	16	16	15	14	14
LNG上限	25	25	24	23	23	22	21
焦?fàn)t煤氣	73	74	75	76	77	78	79
LNG下限	13	13	12	11	11	10	10
lNG上限	21	20	19	19	18	17	17
焦?fàn)t煤氣	80	81	82	83	84	85	86
LNG下限	9	8	8	7	7	6	5
LNG上限	16	16	15	14	14	13	12
焦?fàn)t煤氣	87	88	89	90	91	92	93
LNG下限	5	4	3	3	2	2	1
LNG上限	12	11	10	10	9	8	7
焦?fàn)t煤氣	94	95	96	97	98	99	i00
LNG下限	0	O	0	0	0	0	0
LNG上限	6	5	4	3	2	1	0

是否在混合氣爆炸上限 2倍以上的安全范圍內(nèi)。
4.3.l1新疆廣匯LNG：
焦?fàn)t煤氣：空氣=20：62：18
經(jīng)理論計(jì)算，混合氣組成及特性參數(shù)如表6。
高熱值：21.195 MJ／m。
低熱值：18.722 MJ／m3
容重：0.72 kg]m3
比重：0.558(空氣為1)
華白數(shù)：28.37MJ／m。
燃燒勢(shì)：72.04
爆炸上限：26.335爆炸下限：4．767
該混合氣中可燃物含量為81.4%,高于爆炸上限26.335%,倍以上。
4.3.2新疆廣匯LNG：
焦?fàn)t煤氣：空氣=19：63：18
經(jīng)理論計(jì)算，混合氣組成及特性參數(shù)如表7。
高熱值：20．94 MJ／m。
低熱值：18．48 MJ／m。
容重：0．72 kg／m。
比重：0．555(空氣為1)
華白數(shù)：28．097 MJ／m。
燃燒勢(shì)：72．73
爆炸上限：26．66
爆炸下限：4．765
該混合氣中可燃物含量為81．4％
高于爆炸上限26．66％-"倍以上。
4．3．3河南中原LNG：焦?fàn)t煤氣：空氣=21：62：17
經(jīng)理論計(jì)算，混合氣組成及特性參數(shù)如表8。
高熱值：21．74(MJ／m3)
低熱值：18．28(MJ，m3)
容重：0．69(kg／m3)
比重：0．535(空氣為1)
華白數(shù)：28．35 MJ／m。
燃燒勢(shì)：72．51
爆炸上限：26．39
爆炸下限：4．87
該混合氣中可燃物含量為82．6％，高于爆炸上限26．39％-"倍以上。
4．3．4河南中原LNG：
焦?fàn)t煤氣：空氣=20：63：17
經(jīng)理論計(jì)算，混合氣組成及特性參數(shù)如表9。
高熱值：20．53(MJ／m3)
低熱值：18．08(MJ／m勺
容重：0．69(kg／m3)
比重：0．533(空氣為1)
華白數(shù)：28．11 MJ／m。
燃燒勢(shì)：73．20
爆炸上限：26．73
爆炸下限：4．87
該混合氣中可燃物含量為82．4％，
高于爆炸上限26．73％-倍以上。

5混合氣(液化天然氣+空氣)摻混焦

表六

組份	CO	CmHn	02	CO	H2	CH4	N2	C2H6	C3Hs	合計(jì)
體積(%)	2.099	L323	3.906	5.04	35.28	30.568	18.782	2.128	0.874	100

表七

組份	CO2	CmHn	O2	CO	H2	CH4	N2	C2H6	C3H8	合計(jì)
體積 (%)	2.099	1.323	3.906	4.96	34.72	34.8288	17.833	0.7056	0.0714	100

表八

組份	CO2	CmHn	O2	CO	H2	CH4	N2	C2H6	C3H8	合計(jì)
體積(%)	1.86	1.3272	3.694	4.96	34.72	34.8288	17.833	0.7056	0.0714	100

表九

組份	CO2	CmHn	O2	CO	H2	CH4	N2	C2H6	C3H8	合計(jì)
體積 (%)	1.89	1.347	3.696	5.04	35.28	34.107	17.9	0.672	0.068	100

爐煤氣后燃?xì)饣�換性的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)

　為了驗(yàn)證上述混合氣摻混焦?fàn)t煤氣摻混比例理論計(jì)算成果的可靠性，株洲煤氣委托國(guó)家燃?xì)庥镁哔|(zhì)量監(jiān)督檢檢中心進(jìn)行了燃?xì)饣�換性實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。并經(jīng)過認(rèn)真分析，提出了如下檢驗(yàn)要求：
A、檢驗(yàn)時(shí)燃?xì)庥镁哌x擇株洲用量較大的“南亞”牌Jz5R.2-992E型、Jz5R.2-982A型雙眼灶及萬和”JSDl6～8C家用燃?xì)饪焖贌崴�器�?

B、摻混比例選擇在焦?fàn)t煤氣比例一窟時(shí)，LNG摻混較少，燃燒勢(shì)和華白數(shù)較小，LNG體積含量低于表4、表5數(shù)據(jù)進(jìn)行LNG摻混量下限檢驗(yàn)。

5．1新疆廣匯LNG：
焦?fàn)t煤氣：空氣-9.5：78：12.5時(shí)燃?xì)饣�換性實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)結(jié)果
混合氣組成及特性參數(shù)如表10。
高熱值：19.19MJ/m3
低熱值：17.10MJ/m3
比重：0．4893(空氣為1)
華白數(shù)：27.43MJ/m3
燃燒勢(shì)：83.72
檢驗(yàn)結(jié)果：無離焰、回火、黃焰產(chǎn)生；煙氣中CO含量Jz5R．2--982A灶具略高于標(biāo)準(zhǔn)要求，其余燃具合格。
5．2新疆廣匯LNG：
焦?fàn)t煤氣：空氣=17：65：18時(shí)燃?xì)饣�換性實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)結(jié)果
混合氣組成及特性參數(shù)如表11。
高熱值：20．10 MJ／m。
低熱值：17．97 MJ／m~
比重：0．5442(空氣為1)
華白數(shù)：27．25 MJ／m3
燃燒勢(shì)：73．30
檢驗(yàn)結(jié)果：無離焰、回火、黃焰產(chǎn)生；煙氣中CO含量合格。
5．3河南中原LNG：
焦?fàn)t煤氣：空氣=14：70：16時(shí)
燃?xì)饣�換性實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)結(jié)果
混合氣組成及特性參數(shù)如表12。
高熱值：19.10MJ/m3
低熱值：17.03MJ/m。
比重：0.5106(空氣為1)
華白數(shù)：26.73MJ/m。
燃燒勢(shì)：77.42
檢驗(yàn)結(jié)果：無離焰、回火、黃焰產(chǎn)生；煙氣中CO含量JZ5R．2—982A灶具略高于標(biāo)準(zhǔn)要求，其余燃具合格。

6.結(jié)語(yǔ)
　通過以上理論分析、計(jì)算和有選擇性的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，我們認(rèn)為：株洲市在天然氣人株前采用混合氣(液化天然氣+空氣)摻混焦?fàn)t煤氣作為過渡氣源，從而擴(kuò)大供氣能力，進(jìn)一步提高城市氣化率，在技術(shù)上是可行的，在經(jīng)濟(jì)上是合理的。既能解決眼前株洲市燃?xì)夤┬杳�盾，又著眼于天然氣時(shí)代的來臨。當(dāng)然，在下一階段工程設(shè)計(jì)中對(duì)混合氣(液化天然氣+空氣)摻混焦?fàn)t煤氣的實(shí)際工藝控制摻混比例需進(jìn)一步加以論證并通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，以確保供氣可靠和安全。

表十一

組份	CO2	Cmn	O2	CO	H2	CH4	N2	C2H6	C3H8	合計(jì)
體積比 (%)	2.44	1.64	2.78	6.24	43.68	26.31	15.41	1.06	0.44	100

表十二

組份	CO2	CmHn	O2	CO	H2	CH4	N2	C2H6	C3H8	合計(jì)
體積比(%)	2.14	1.37	3.91	5.20	36.4	29.4	18.9	1.9	0.78	100

表十三

組份	CO2	CmHn	O2	CO	H2	CH4	N2	C2H6	C3H8	合計(jì)
體積比(%)	2.1	0.02	3.5	5.6	39.2	30.01	17.58	0.47	0.05	100