摻混焦爐煤氣作為過渡氣源在株洲市應用的技術可行性

    本文通過對液化天然氣供氣優(yōu)越性的論證、混合氣(液化天然氣+空氣)摻混焦爐煤氣技術可行性的理論分析及有選擇性的實驗檢驗，證明采用混合氣(液化天然氣+空氣)摻混焦爐煤氣作為過渡氣源來擴大株洲市的供氣能力是一種投資省、見效快、遠近結合的好途徑。

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)下噴復熱式焦爐2座，外供城市煤氣12萬m3/日。至2003年12月底，株洲市累計發(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。川渝天然氣預計2005年7月1日到達株洲，在川渝天然氣入株前一年半左右的時間里，株洲煤氣計劃發(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)展的氣源問題，已成為株洲煤氣的當務之急。

2 株洲市選擇液化天然氣(LNG)作為補充氣源擴大供氣能力的優(yōu)越性

    首先，LNG工業(yè)在世界上已有60多年的歷史，技術十分成熟，已形成了從液化、儲存、運輸、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，年均增長率在20％以上，使 LNG在國際天然氣貿易總量中所占比例上升到25％以上。在我國，隨著經濟持續(xù)快速增長，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生產廠。在珠江三角洲、福建和長江三角洲已規(guī)劃進口LNG并建成LNG接收終端，有好幾個城市已建成作為調峰或過渡氣源的 LNG儲存氣化站并投產使用，效果十分顯著。可見，株洲市選擇LNG作為補充氣源是具有技術基礎氣源保證的。

    其次，LNG運輸方便，既可采用火車運輸，也可采用汽車運輸。由于液化天然氣的體積僅為氣態(tài)時，天然氣體積的l／620，因而儲運手段十分靈活，機動性強，效率高。

    再者，LNG工藝流程簡單，建設投資省，占地少，工期短，見效快，方式靈活。LNG價格平穩(wěn)，氣化成本低，經濟上亦十分合理。特別是LNG氣化能力調節(jié)方便，不僅適用于季節(jié)調峰，亦適用于日調．使LNG既可用于目前摻混焦爐煤氣擴大供氣能力也可在川渝氣入株后用作調峰氣源。可以說在株洲市以LNG作為補充氣源擴大供氣能力是一種既解燃眉之急，又能長遠發(fā)揮投資效益的合理選擇。

3 混合氣(液化天然氣+空氣)摻混焦爐煤氣作為過渡氣源必須滿足燃氣互換的要求

    任何燃具都是按一定的燃氣成份設計的，當燃氣成份發(fā)生改變時，燃具燃燒器的熱負荷、一次空氣系數(shù)、燃燒穩(wěn)定性、火焰結構、煙氣中一氧化碳含量等燃燒工況就會發(fā)生改變。如果燃氣達不到互換性的要求，則需要對燃具燃燒器進行更換或對可調部份進行調整，以使燃具適應新的燃氣。

????    如果在川渝天然氣入株前為了擴大供氣能力而以混合氣(液化天然氣+空氣)摻混焦爐煤氣作為過渡氣源時，即對千家萬戶的燃燒器予以更換或調整，將造成人力、物力、財力的極大浪費，并且將使調峰的靈活性和機動性大大降低，如果摻混氣對焦爐煤氣具有互換性，則可節(jié)省大量人力、物力、財力，并使 LNG調峰的靈活性、機動性大大增強。由此可見，混合氣(液化天然氣+空氣)摻混焦爐煤氣作為過渡氣源擴大供氣能力時滿足燃氣互換性的要求，其意義十分重大。

4 混合氣(液化天然氣+空氣)摻混焦爐煤氣后燃氣互換性的理論計算

4．1株洲市基準氣、摻混氣特性參數(shù)

4．1．1株洲市焦爐煤氣特性參數(shù)(基準氣)，見表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：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

相對密度：0．675(空氣為1)

華白數(shù)：56．70 MJ／m3

燃燒勢：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／m3

高熱值：41．02 MJ／m3

平均密度：0．746 kg/m3

相對密度：0．675(空氣為1)

華白敷：53．996 MJ／m3

燃燒勢：40．88

4．2混合氣(液化天然氣+空氣)摻混焦爐煤氣摻混比例計算

    株洲市基準氣為焦爐煤氣，如果采用混合氣(液化天然氣+空氣)摻混焦爐煤氣為置換氣，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)應控制在±10％范圍內，即27．9MJ/m3– 34.2MJ／m3之間，燃燒勢應控制在72-128之間。根據(jù)上述要求采用計算機進行計算確定液化天然氣、空氣、焦爐煤氣的摻混比例。

    符合燃氣互換性要求的摻混比例理論計算結果見表4、5，從表中可知，在焦爐煤氣體積百分比含量在59％-100％之間時，LNG體積百分比摻混量必須在上限與下限之間方能滿足燃氣互換性的要求。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，摻混氣可以滿足燃氣互換性的要求。

4．3混合氣（液化天然氣+空氣)摻混焦爐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行校核計算，以判斷混合氣中可燃氣體含量表1

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

表2

組份名稱	CH4CO2	C2H6	C3H8	N2	其它	合計
體積比（%）	82.3	11.2	4.6	7	1.1	100

表3

組份名稱	C3H8	C2H6	i-C4	n-C4	i-C5	n-C5	苯	CH4	N2	合計
體積比（%）	0.34	3.36	4.6	0.05	0.01	0.008	0.002	95.88	0.3	100

 

表4新疆廣匯L N G摻混比伢計算結果(體積%)

焦爐煤氣				60		6l		62		63		64	65
LNG下限				29		25		20		19		19	18
LNG上限				29		28		28		26		26	26
焦爐煤氣		66		67		68		69		70		7l	72
LNG下限		17		17		16		16		15		14	14
LNG上限		25		25		24		23		23		22	2l
焦爐煤氣		73		74		75		76		77		78	79
LNG下限		13		13		12		11		ll		10	10
LNG上限		2l		20		19		19		18		17	17
焦爐煤氣		80		8l		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
焦爐煤氣	87		88		89		90		91		92		93
LNG下限	5		4		3		3		2		2		l
LNG上限	12		1l		10		10		9		8		7
焦爐煤氣	94		95		96		97		98		99		100
LNG下限	0		0		0		0		0		0		O
LNG上限	6		5		4		3		2		l		0

 

表5河南中原L N G摻混比例計算結果(體積%)

焦爐煤氣	59	60	61	62	63	64	65
LNG下限	30	27	23	2l	19	19	18
LNG上限	31	30	30	29	26	26	26
焦爐煤氣	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	2l
焦爐煤氣	73	74	75	76	77	78	79
LNG下限	13	13	12	ll	Ll	10	lO
LNG上限	21	20	19	19	18	17	17
焦爐煤氣	80	8l	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
焦爐煤氣	87	88	89	90	9l	92	93
LNG下限	5	4	3	3	2	2	1
LNG上限	12	11	10	10	9	8	7
焦爐煤氣	94	95	96	97	98	99	100
LNG下限	O	0	0	0	0	O	O
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。

4．3．1新疆廣匯LNG：焦爐煤氣：空氣=20：62：18

經理論計算，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：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：焦爐煤氣：空氣=19：63：18

經理論計算，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：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：焦爐煤氣：空氣=21：62：17

經理論計算，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：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：焦爐煤氣：空氣=20：63：17

經理論計算，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：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

組份	CO2	CMHN	O2	CO	H2	CH4	N2	C2H6	C3H8	合計
體積（%）	2.08	1.302	3.904	4.96	34.72	31.154	18.72	2.24	0.92	100

表7

組份	CO2	CMHN	O2	CO	H2	CH4	N2	C2H6	C3H8	合計
體積（%）	2.099	1.323	3.906	5.04	35.28	30.568	18.782	2.128	0.874	100

表8

組份	CO2	CMHN	O2	CO	H2	CH4	N2	C2H6	C3H8	合計
體積（%）	1.86	1.3272	3.694	4.96	34.72	31.8288	17.833	0.7056	0.0714	100

5 混合氣(液化天然氣+空氣)摻混焦爐煤氣后燃氣互換性的實檢驗

    為了驗證上述混合氣摻混焦爐煤氣摻混比例理論計算成果的可靠性，株洲煤氣委托國家燃氣用具質量監(jiān)督檢檢中心進行了燃氣互換性實驗檢驗。并經過認真分析。提出了如下檢驗要求：

A、檢驗時燃氣用具選擇株洲用量較大的“南亞”牌JZ5R．2---992E型、JZ5R．2--982A型雙眼灶及“萬和”JSDl6--8C家用燃氣快速熱水器。

B、摻混比例選擇在焦爐煤氣比例一定時，LNG摻混較少，燃燒勢和華白數(shù)較小，LNG體積含量低于表4、表5數(shù)據(jù)進行LNG摻混量下限檢驗。

5．1新疆廣匯LNG:焦爐煤氣：空氣----9.5：78：12.5

時燃氣互換性實驗檢驗結果

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：83．72

    檢驗結果：無離焰、回火、黃焰產生；煙氣中CO含量JZ5R.2---982A灶具略高于標準要求，其余燃具合格。

5.2新疆廣匯LNG：焦爐煤氣：空氣=17：65：18時燃氣互換性實驗檢驗結果

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：73．30

檢驗結果：無離焰、回火、黃焰產生；煙氣中CO含量合格。

5．3河南中原LNG：焦爐煤氣：空氣=14：70：16時燃氣互換性實驗檢驗結果

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：77．42

    檢驗結果：無離焰、回火、黃焰產生；煙氣中CO含量JZ5R．2--982A灶具略高于標準要求，其余燃具合格。

6 結語

    通過以上理論分析、計算和有選擇性的實驗檢驗，我們認為：株洲市在天然氣人株前采用混合氣(液化天然氣+空氣)摻混焦爐煤氣作為過渡氣源，從而擴大供氣能力，進一步提高城市氣化率。在技術上是可行的，在經濟上是合理的。既能解決眼前株洲市燃氣供需矛盾，又著眼于天然氣時代的來臨。當然，在下一階段工程設計中對混合氣(液化天然氣+空氣)摻混焦爐煤氣的實際工藝控制摻混比例需進一步加以論證并通過實驗檢驗，以確保供氣可靠和安全。

表 10

組份	CO2	CMHN	O2	CO	H2	CH4	N2	C2H6	C3H8	合計
體積（%）	2.44	1.64	2.78	6.24	43．68	26．31	15．41	1．06	0．44	100

表7

組份	CO2	CMHN	O2	CO	H2	CH4	N2	C2H6	C3H8	合計
體積（%）	2.14	1.37	3.91	5.2	36.4	29.4	18.9	1.9	0.78	100

表8

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