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天然氣混空氣摻混焦?fàn)t煤氣的可行性

文檔作者：熊興國(guó) 文檔來(lái)源：株洲市城市燃?xì)庠O(shè)計(jì)研究所		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年07月05日
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第24卷第6期
2004年6月
煤氣與熱力
Gas&amp;amp; Heat
Vo1．24 No．6
Jun．2004
文章編號(hào)：1000—4416(2004)06—0329—04
天然氣混空氣摻混焦?fàn)t煤氣的可行性
熊興國(guó)
(株洲市城市燃?xì)庠O(shè)計(jì)研究所，湖南株洲412007)
摘要：天然氣一空氣混合氣與焦?fàn)t煤氣摻混，得到一種由天然氣、空氣、焦?fàn)t煤氣組成的混合氣。討
論了這種混合氣的安全性、與焦?fàn)t煤氣的互換性。
關(guān)鍵詞：燃?xì)饣Q性；華白數(shù)；燃燒勢(shì)；爆炸極限；天然氣、空氣、焦?fàn)t煤氣混合氣
中圖分類(lèi)號(hào)：TU996 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
Feasibility of Mixing Coke Oven Gas with Natural Gas—air Mixture
XIONG Ⅺ ng-guo
(Zhuzhou City Gas Design&amp;amp;Research Institute，Zhuzhou 412007，China)
Abstract：Mixing coke oven gas with natural gas—air mixture，the coke oven gas，natural gas and air mixture is
obtained．Its safety and interchangeability are discussed．
Key words：interchangeability of gases；Wobbe index；combustion potential；explosive limits；natural gas，
air and coke oven gas mixture
0 引 言
株洲市焦?fàn)t煤氣工程始建于1985年，目前擁有
32孔JN28—89雙聯(lián)下噴復(fù)熱式焦?fàn)t2座，外供焦?fàn)t
煤氣12 X lO"n】3／d。至2003年年底，株洲市居民用
戶(hù)77 428戶(hù)，工業(yè)用戶(hù)、商業(yè)用戶(hù)及采暖與空調(diào)用
戶(hù)約120戶(hù)，現(xiàn)有的制氣能力已滿(mǎn)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(hù)15 000戶(hù)，商業(yè)、工業(yè)等其他用戶(hù)30戶(hù)左
右，預(yù)計(jì)焦?fàn)t煤氣用氣量將增加約6 X lO4 ／d。因
此解決好天然氣到達(dá)前用戶(hù)發(fā)展的氣源問(wèn)題，已成
為當(dāng)務(wù)之急。
液化天然氣(LNG)工業(yè)在世界上已有60多年
的歷史，技術(shù)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。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已相繼建成了LNG
生產(chǎn)廠(chǎng)。在珠江三角洲、福建和長(zhǎng)江三角洲已規(guī)劃
進(jìn)口LNG并建設(shè)LNG接收終端，有一些城市已建成
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。可見(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，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
爐煤氣擴(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。可以說(shuō)在株洲市以L(fǎng)NG作為補(bǔ)充氣
* 收稿日期：2004一Ol—Ol；修回日期：2O04—04—20
作者簡(jiǎn)介：熊興國(guó)(1967～)，男，湖南湘鄉(xiāng)人，工程師，大學(xué)，從事燃?xì)夤こ淘O(shè)計(jì)及管理工作。
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· 330· 煤氣與熱力 2004正
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(mǎn)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
氣成分發(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。設(shè)某一燃?xì)庖詀燃?xì)鉃?
基準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)整，由于某種原因要以s燃?xì)庵?
換a燃?xì)猓绻紵鞑患尤魏握{(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)猓蚍Q(chēng)s燃
氣對(duì)a燃?xì)舛跃哂谢Q性。a燃?xì)夥Q(chēng)為“基準(zhǔn)
氣”，s燃?xì)夥Q(chēng)為“置換氣”。反之，如果燃具不能正
常工作，則稱(chēng)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(hù)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(hù)
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，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(chēng)為摻
混氣)作為過(guò)渡氣源時(shí)，就對(duì)千家萬(wàn)戶(hù)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(mǎn)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)
2．1 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)荷在互換前后不發(fā)生大的改變。當(dāng)燃燒器
噴嘴前壓力不變時(shí)，燃具熱負(fù)荷與燃?xì)飧邿嶂礠
成正比，與燃?xì)庀鄬?duì)密度d的二次方根√d成反比，
而Q ／~／d稱(chēng)為華白數(shù)，即：
：
d
式中： ——華白數(shù)，MJ／m~；
p ——燃?xì)飧邿嶂?，MJ／m~；
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?
換時(shí)華白數(shù) 的變化不大于±(5％ ～10％)¨’ 。
2．2 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?
換性。當(dāng)燃?xì)馓匦圆顒e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?
分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)中，引入了燃燒勢(shì)P 這一指標(biāo)，以便能較
全面地判斷燃?xì)獾娜紵匦?#168;P 。
燃燒勢(shì)P 的計(jì)算公式如下：
P — ：!! !! ： !
一“ d
K=1+0．005 4fP~2
式中：P ——燃燒勢(shì)；
K——燃?xì)庵醒鹾啃拚禂?shù)；
— — 燃?xì)庵袣涞捏w積分?jǐn)?shù)，％；
— — 燃?xì)庵谐淄橐酝獾奶細(xì)浠衔锏?
體積分?jǐn)?shù)，％ ；
?！?xì)庵幸谎趸嫉捏w積分?jǐn)?shù)，％；
H — — 燃?xì)庵屑淄榈捏w積分?jǐn)?shù)，％；
(】1
a
— — 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(chēng)為爆炸極限，在這種混合物
中當(dāng)可燃?xì)怏w的含量減少到不能形成爆炸混合物時(shí)
的那一含量，稱(chēng)為可燃?xì)怏w的爆炸下限，而當(dāng)可燃?xì)?
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第6期 熊興國(guó)：天然氣混空氣摻混焦?fàn)t煤氣的可行性 ·331·
體含量一直增加到不能形成爆炸混合物時(shí)的含量，
稱(chēng)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_5]
3 燃?xì)饣Q性與混合的安全性的計(jì)算
3．1 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 MJim3，高熱值19．56 MJim3，密度0．51
kg／m3
，華白數(shù)31．1 MJim3，燃燒勢(shì)110．0。
表1 焦?fàn)t煤氣的組成
組分名稱(chēng) C - H 02 C0 - Cl-h N2 合計(jì)
體積分?jǐn)?shù)，％ 3．0 2．1 0．2 ＆．0 56．0 23．7 7．0 1oo．0
新疆廣匯天然氣的組成見(jiàn)表2，其低熱值42．4 0
MJim~，高熱值46．57 MJim3，密度0．872 kg／m3，相對(duì)
密度0．675，華白數(shù)56．70 MJim~，燃燒勢(shì)42．4。
表2 新疆廣匯天然氣組成
組分名稱(chēng) Cl-h c2}I6 c3 其他 合計(jì)
體積分?jǐn)?shù)，％ 82．3 l1．2 4．6 0．8 1．1 1oo．0
3．2 摻混比例計(jì)算
(1)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6×]04
rn3／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。
(2)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
空氣混合氣摻混焦?fàn)t煤氣為置換氣，且置換氣能滿(mǎn)
足燃?xì)饣Q性要求的話(huà)，則置換氣的華白數(shù)應(yīng)控制
在4-10％范圍內(nèi)，即27．9—34．2 MJ／ ，燃燒勢(shì)應(yīng)控
制為72—128 E2, 。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
數(shù)18％ 一26％能滿(mǎn)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
天然氣一空氣一焦?fàn)t
煤氣中焦?fàn)t煤氣 65．0 65．0 65．0 65．0 65．0 65．0 65．0 65．0 65．0
的體積分?jǐn)?shù)，％
天然氣一空氣一焦?fàn)t
煤氣中天然氣的 18．0 19．0 20．0 21．0 22．0 23．0 24．0 25．0 26．0
體積分?jǐn)?shù)，％
天然氣一空氣一焦?fàn)t
煤氣中空氣的 17．0 16．0 15．0 14．0 13．0 12．0 l1．0 10．0 9．0
體積分?jǐn)?shù)，％
天然氣一空氣一焦?fàn)t
煤氣的華自數(shù) 28．2 28．9 29．6 30．4 31．1 31．8 32．5 33．2 34．0
，(~U·m一 )
天然氣一空氣一焦?fàn)t
74．2 74．4 74．6 74．8 75．0 75．3 75．6 75．9 76．3
煤氣的燃燒勢(shì)
天然氣一空氣的
14．6 14．6 14．6 14．6 14．6 14．6 14．6 14．6 14．6
爆炸上限，％
天然氣一空氣中可燃
氣體的體積分?jǐn)?shù)，％ 51．0 54．0 57．0 60．O 63．0 65．7 68．6 71．4 74．3
天然氣一空氣的 安 安 安 安 安 安 安 安 安
安全評(píng)價(jià) 全 全 全 全 全 全 全 全 全
天然氣一空氣一焦?fàn)t
煤氣的爆炸上限，％ 27．1 26．8 26．5 26．3 26．a(chǎn) 25．8 25．6 25．3 25．1
天然氣一空氣一焦?fàn)t 安 安 安 安 安 安 安 安 安
煤氣的安全評(píng)價(jià) 全 全 全 全 全 全 全 全 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)。
(1)檢驗(yàn)時(shí)燃?xì)庥镁哌x擇株洲用量較大的
JZ5R．2—992E，JZ5R．2—982A型雙眼灶及JSD16—
8c家用燃?xì)饪焖贌崴鳌?
(2)從表3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(hù)為主，居民用戶(hù)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
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· 332· 煤氣與熱力 2004正
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(P =110．O)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?fàn)t煤氣、天然氣、空氣的體積
分?jǐn)?shù)分別為65％，18％，17％。檢驗(yàn)結(jié)果為無(wú)離焰、
回火、黃焰產(chǎn)生，煙氣中CO含量合格。
5 結(jié) 語(yǔ)
株洲市在天然氣到達(dá)前采用天然氣一空氣混合
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。
工程設(shè)計(jì)中選擇天然氣一空氣一焦?fàn)t煤氣的實(shí)
際工藝控制比例時(shí)應(yīng)對(duì)華白數(shù)、燃燒勢(shì)以及供氣的
經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合考慮，以確保供氣可靠、安全、經(jīng)濟(jì)。
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(上接第325頁(yè))
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