摻混焦?fàn)t煤氣作為過(guò)渡氣源在株洲市應(yīng)用的技術(shù)可行性

    本文通過(guò)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(guò)渡氣源來(lái)擴(kuò)大株洲市的供氣能力是一種投資省、見(jiàn)效快、遠(yuǎn)近結(jié)合的好途徑。

l 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(wàn)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。因此解決好天然氣入株前用戶發(fā)展的氣源問(wèn)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(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(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)，株洲市選擇LNG作為補(bǔ)充氣源是具有技術(shù)基礎(chǔ)氣源保證的。

    其次，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l／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(jiàn)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)．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(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。

3 混合氣(液化天然氣+空氣)摻混焦?fàn)t煤氣作為過(guò)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)狻?/P>????    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(guò)渡氣源時(shí)，即對(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)，混合氣(液化天然氣+空氣)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�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(jiàn)表l。

低熱值：16.95 MJ/m3

高熱值：19.56 MJ／m3

容重：0.51 kg/m3

華白數(shù)：31.1 MJ／m3

燃燒勢(shì)：llO

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(jiàn)表2。

低熱值：42.40MJ／m3

高熱值：46.57 MJ/m3

平均密度：0．872 kg/m3

相對(duì)密度：0．675(空氣為1)

華白數(shù)：56．70 MJ／m3

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(jiàn)表3。

低熱值：36．99 MJ／m3

高熱值：41．02 MJ／m3

平均密度：0．746 kg/m3

相對(duì)密度：0．675(空氣為1)

華白敷：53．996 MJ／m3

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)控制在±10％范圍內(nèi)，即27．9MJ/m3– 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(jiàn)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l、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，以判斷混合氣中可燃?xì)怏w含量表1

表2

表3

表4新疆廣匯L N G摻混比伢計(jì)算結(jié)果(體積%)

表5河南中原L N G摻混比例計(jì)算結(jié)果(體積%)

是否在混合氣爆炸上限2倍以上的安全范圍內(nèi)。

4．3．1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/m3

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／m3

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％二倍以上。

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／m3

低熱值：18．48 MJ／m3

容重：0．72 kg／m3

比重：0．555(空氣為1)

華白數(shù)：28．097 MJ／m3

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％二倍以上。

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／m3

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%二倍以上。

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i

高熱值：20．53(MJ／m3)

低熱值：18．08(MJ／m3)

容重：0．69（kg/m3）

比重：0．533(空氣為1)

華白敦：28．1l MJ／m3

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％，高于限26．73％二倍以上。

表6

表7

表8

5 混合氣(液化天然氣+空氣)摻混焦?fàn)t煤氣后燃?xì)饣�換性的實(shí)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(guò)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(wàn)和”JSDl6--8C家用燃?xì)饪焖贌崴�器�?/P>

B、摻混比例選擇在焦?fàn)t煤氣比例一定時(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：19．19 MJ／m3

低熱值：17．10 MJ／m3

比重：0．4893(空氣為1)

華白效：27．43 MJ／m3

燃燒勢(shì)：83．72

    檢驗(yàn)結(jié)果：無(wú)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ll。

高熱值：20.10 MJ／m3

低熱值：17.97 MJ／m3

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(wú)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：19．10 MJ／m3

低熱值：17．03 MJ／m3

比重：0．5106(空氣為1)

華白數(shù)：26．73MJ／m3

燃燒勢(shì)：77．42

    檢驗(yàn)結(jié)果：無(wú)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(guò)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(guò)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(lái)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(guò)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，以確保供氣可靠和安全。

表 10

表7

表8