生物質(zhì)氣化燃?xì)馀c城鎮(zhèn)燃?xì)饣燧數(shù)目尚行苑治?/h1>
2020-02-19 06:23:22楊連杰司國棟
居業(yè) 2020年1期
楊連杰 司國棟
(山西省燃?xì)庖?guī)劃設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，山西 太原 030024)
隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市用氣需求穩(wěn)步提升，城鎮(zhèn)燃?xì)夤鈮毫θ遮吘o張，尤其是近年來隨著國家《大氣污染防治行動計劃》以及各地實施細(xì)則的逐步落實，各地大面積開展“煤改氣”工程更是加劇了這種情況。立足我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大國的現(xiàn)狀，如何能夠有效合理的加快生物質(zhì)氣化燃?xì)饫?，減緩供氣緊張局面已顯得尤為重要。
1 氣化燃?xì)馓攸c
生物質(zhì)氣化燃?xì)庾鳛樯镔|(zhì)利用的一種方式，具有燃?xì)鉄嶂档?，爆炸范圍寬，氣體的相對分子量與空氣相近且一氧化碳含量較高的特點，其應(yīng)用在城鎮(zhèn)燃?xì)饷裼妙I(lǐng)域受限[1]。
2 混氣輸配的可行性
本文以長治市某生物質(zhì)氣化站項目為例，分析生物質(zhì)氣化燃?xì)馀c天然氣混氣，與液化石油氣混氣的可行性，并對其混氣安全性，互換性進行檢驗。其中，榆濟線天然氣作為基準(zhǔn)氣，生物質(zhì)氣化燃?xì)夥謩e與晉城煤層氣，大慶液化石油氣混合作為置換氣。
2.1 氣質(zhì)參數(shù)
長治生物質(zhì)氣化燃?xì)鈿赓|(zhì)組成見表1所示，低熱值為5.58MJ/m3，高熱值為6.10MJ/m3，密度1.08kg/m3(0.1MPa，20℃)。
榆濟線天然氣氣質(zhì)組成見表2所示，低熱值為33.88MJ/m3，高熱值為37.63MJ/m3，密度0.72kg/m3(0.1MPa，20℃)。
表1 生物質(zhì)氣化燃?xì)獾慕M成
表2 榆濟線天然氣的組成
晉城煤層氣氣質(zhì)組成見表3所示，低熱值為32.23MJ/m3，高熱值為35.85MJ/m3，密度0.69kg/m3(0.1MPa，20℃)。
表3 晉城煤層氣的組成
大慶液化石油氣氣質(zhì)組成見表4所示，低熱值為107.41MJ/m3，高熱值為115.76MJ/m3，密度2.36kg/m3(0.1MPa，20℃)。
表4 大慶液化石油氣的組成
2.2 燃?xì)獗O限計算
通過對各種燃?xì)饨M分進行爆炸極限計算[2]，可得生物質(zhì)氣化燃?xì)獗ǚ秶鸀?4.3%～73.6%，榆濟線天然氣爆炸范圍為5.1%～15.5%，晉城煤層氣爆炸范圍為5.4%～16.0%，大慶液化石油氣爆炸范圍為1.6%～9.3%。
2.3 混氣安全性動態(tài)分析
燃?xì)饣旌鲜且环N動態(tài)過程，混合是否安全是指混合過程自始至終燃?xì)獾臐舛仁欠窀哂谌細(xì)獗ㄉ舷?或低于爆炸下限)。實際工程問題中，對燃?xì)饣旌习踩灾恍杩紤]混合燃?xì)?無空氣基)濃度是否高出爆炸上限。根據(jù)文獻《燃?xì)饣旌习踩远傻难堇[法證明》[3]中混氣安全性動態(tài)分析方法，可得如下結(jié)果。
(1)生物質(zhì)氣化燃?xì)馀c天然氣混合。當(dāng)生物質(zhì)氣化燃?xì)夥謹(jǐn)?shù)Y從0-1遞增變化時，燃?xì)鉂舛炔詈瘮?shù)ΔC(Y)從84.8遞減至25.2，生物質(zhì)氣化燃?xì)馀c天然氣所形成的混合燃?xì)鉂舛仍谌魏位旌媳惹闆r下都高于爆炸上限，濃度差均大于25.2%，所以理論上混氣是安全的。
(2)生物質(zhì)氣化燃?xì)馀c液化石油氣混合。當(dāng)生物質(zhì)氣化燃?xì)夥謹(jǐn)?shù)Y從0-1遞增變化時，燃?xì)鉂舛炔詈瘮?shù)ΔC(Y)從90.7遞減至25.2，生物質(zhì)氣化燃?xì)馀c液化石油氣混合所形成的混合燃?xì)鉂舛仍谌魏位旌媳惹闆r下都高于爆炸上限，濃度差均大于25.2%，所以理論上混氣是安全的。
一般而言，混氣過程中濃度差大于0，就是防爆安全的。但對于工程具體應(yīng)用，混氣過程中要求濃度差ΔC(Y)有一定的安全裕度，以確?；鞖獍踩?/p>
2.4 燃?xì)饣Q性
(1)生物質(zhì)氣化燃?xì)馀c天然氣混合。根據(jù)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》GB50028-2006，城鎮(zhèn)燃?xì)猱?dāng)采用天然氣時應(yīng)滿足《天然氣》GB 17820-2018 二類氣的要求，氣質(zhì)互換需滿足《城鎮(zhèn)燃?xì)夥诸惡突咎匦浴稧BT 13611-2018規(guī)范要求[3]。
基準(zhǔn)氣煤層氣高華白數(shù)為48.34MJ/m3，高熱值為36.47MJ/m3。當(dāng)生物質(zhì)氣化燃?xì)庠诨鞖庵兴挤謹(jǐn)?shù)6.8%時，在0.1MPa和15℃工況下，混氣高華白數(shù)為45.96MJ/m3，高熱值為36.10MJ/m3，滿足互換性要求；說明生物質(zhì)氣化燃?xì)庠诨鞖庵兴挤謹(jǐn)?shù)不大于6.8%時，混氣熱值能夠滿足城市二類氣熱值要求，同時滿足互換氣與基準(zhǔn)氣的華白數(shù)和高熱值波動范圍在±5%的要求。
(2)生物質(zhì)氣化燃?xì)馀c液化石油氣混合。煤層氣作為基準(zhǔn)氣保持不變。當(dāng)生物質(zhì)氣化燃?xì)庹蓟鞖夥謹(jǐn)?shù)在48.5%～49.0%區(qū)間時，混氣熱值滿足基準(zhǔn)氣±5%波動范圍，但高華白數(shù)波動范圍不滿足要求。當(dāng)生物質(zhì)氣化燃?xì)庹蓟鞖夥謹(jǐn)?shù)在27%～31.5%區(qū)間，混氣高華白數(shù)滿足基準(zhǔn)氣±5%波動范圍，但高熱值波動范圍不滿足要求。該生物質(zhì)氣化燃?xì)馀c液化石油氣以任何比例混合，均無法實現(xiàn)混氣與基準(zhǔn)氣的高華白數(shù)和高熱值波動范圍在±5%要求。
3 結(jié) 論
通過生物質(zhì)氣化燃?xì)馀c天然氣以一定比例混氣，可滿足城燃天然氣氣質(zhì)要求，充分利用中國生物質(zhì)資源豐富的特點，實現(xiàn)可再生能源與常規(guī)能源有機結(jié)合。同時，一定程度上緩解城市氣源供應(yīng)不足的問題，降低了供氣風(fēng)險，同時也提升了生物質(zhì)氣化燃?xì)獾钠焚|(zhì)。
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隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市用氣需求穩(wěn)步提升，城鎮(zhèn)燃?xì)夤鈮毫θ遮吘o張，尤其是近年來隨著國家《大氣污染防治行動計劃》以及各地實施細(xì)則的逐步落實，各地大面積開展“煤改氣”工程更是加劇了這種情況。立足我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大國的現(xiàn)狀，如何能夠有效合理的加快生物質(zhì)氣化燃?xì)饫?，減緩供氣緊張局面已顯得尤為重要。
1 氣化燃?xì)馓攸c
生物質(zhì)氣化燃?xì)庾鳛樯镔|(zhì)利用的一種方式，具有燃?xì)鉄嶂档?，爆炸范圍寬，氣體的相對分子量與空氣相近且一氧化碳含量較高的特點，其應(yīng)用在城鎮(zhèn)燃?xì)饷裼妙I(lǐng)域受限[1]。
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2.1 氣質(zhì)參數(shù)
長治生物質(zhì)氣化燃?xì)鈿赓|(zhì)組成見表1所示，低熱值為5.58MJ/m3，高熱值為6.10MJ/m3，密度1.08kg/m3(0.1MPa，20℃)。
榆濟線天然氣氣質(zhì)組成見表2所示，低熱值為33.88MJ/m3，高熱值為37.63MJ/m3，密度0.72kg/m3(0.1MPa，20℃)。
表1 生物質(zhì)氣化燃?xì)獾慕M成
表2 榆濟線天然氣的組成
晉城煤層氣氣質(zhì)組成見表3所示，低熱值為32.23MJ/m3，高熱值為35.85MJ/m3，密度0.69kg/m3(0.1MPa，20℃)。
表3 晉城煤層氣的組成
大慶液化石油氣氣質(zhì)組成見表4所示，低熱值為107.41MJ/m3，高熱值為115.76MJ/m3，密度2.36kg/m3(0.1MPa，20℃)。
表4 大慶液化石油氣的組成
2.2 燃?xì)獗O限計算
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2.3 混氣安全性動態(tài)分析
燃?xì)饣旌鲜且环N動態(tài)過程，混合是否安全是指混合過程自始至終燃?xì)獾臐舛仁欠窀哂谌細(xì)獗ㄉ舷?或低于爆炸下限)。實際工程問題中，對燃?xì)饣旌习踩灾恍杩紤]混合燃?xì)?無空氣基)濃度是否高出爆炸上限。根據(jù)文獻《燃?xì)饣旌习踩远傻难堇[法證明》[3]中混氣安全性動態(tài)分析方法，可得如下結(jié)果。
(1)生物質(zhì)氣化燃?xì)馀c天然氣混合。當(dāng)生物質(zhì)氣化燃?xì)夥謹(jǐn)?shù)Y從0-1遞增變化時，燃?xì)鉂舛炔詈瘮?shù)ΔC(Y)從84.8遞減至25.2，生物質(zhì)氣化燃?xì)馀c天然氣所形成的混合燃?xì)鉂舛仍谌魏位旌媳惹闆r下都高于爆炸上限，濃度差均大于25.2%，所以理論上混氣是安全的。
(2)生物質(zhì)氣化燃?xì)馀c液化石油氣混合。當(dāng)生物質(zhì)氣化燃?xì)夥謹(jǐn)?shù)Y從0-1遞增變化時，燃?xì)鉂舛炔詈瘮?shù)ΔC(Y)從90.7遞減至25.2，生物質(zhì)氣化燃?xì)馀c液化石油氣混合所形成的混合燃?xì)鉂舛仍谌魏位旌媳惹闆r下都高于爆炸上限，濃度差均大于25.2%，所以理論上混氣是安全的。
一般而言，混氣過程中濃度差大于0，就是防爆安全的。但對于工程具體應(yīng)用，混氣過程中要求濃度差ΔC(Y)有一定的安全裕度，以確?；鞖獍踩?/p>
2.4 燃?xì)饣Q性
(1)生物質(zhì)氣化燃?xì)馀c天然氣混合。根據(jù)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》GB50028-2006，城鎮(zhèn)燃?xì)猱?dāng)采用天然氣時應(yīng)滿足《天然氣》GB 17820-2018 二類氣的要求，氣質(zhì)互換需滿足《城鎮(zhèn)燃?xì)夥诸惡突咎匦浴稧BT 13611-2018規(guī)范要求[3]。
基準(zhǔn)氣煤層氣高華白數(shù)為48.34MJ/m3，高熱值為36.47MJ/m3。當(dāng)生物質(zhì)氣化燃?xì)庠诨鞖庵兴挤謹(jǐn)?shù)6.8%時，在0.1MPa和15℃工況下，混氣高華白數(shù)為45.96MJ/m3，高熱值為36.10MJ/m3，滿足互換性要求；說明生物質(zhì)氣化燃?xì)庠诨鞖庵兴挤謹(jǐn)?shù)不大于6.8%時，混氣熱值能夠滿足城市二類氣熱值要求，同時滿足互換氣與基準(zhǔn)氣的華白數(shù)和高熱值波動范圍在±5%的要求。
(2)生物質(zhì)氣化燃?xì)馀c液化石油氣混合。煤層氣作為基準(zhǔn)氣保持不變。當(dāng)生物質(zhì)氣化燃?xì)庹蓟鞖夥謹(jǐn)?shù)在48.5%～49.0%區(qū)間時，混氣熱值滿足基準(zhǔn)氣±5%波動范圍，但高華白數(shù)波動范圍不滿足要求。當(dāng)生物質(zhì)氣化燃?xì)庹蓟鞖夥謹(jǐn)?shù)在27%～31.5%區(qū)間，混氣高華白數(shù)滿足基準(zhǔn)氣±5%波動范圍，但高熱值波動范圍不滿足要求。該生物質(zhì)氣化燃?xì)馀c液化石油氣以任何比例混合，均無法實現(xiàn)混氣與基準(zhǔn)氣的高華白數(shù)和高熱值波動范圍在±5%要求。
3 結(jié) 論
通過生物質(zhì)氣化燃?xì)馀c天然氣以一定比例混氣，可滿足城燃天然氣氣質(zhì)要求，充分利用中國生物質(zhì)資源豐富的特點，實現(xiàn)可再生能源與常規(guī)能源有機結(jié)合。同時，一定程度上緩解城市氣源供應(yīng)不足的問題，降低了供氣風(fēng)險，同時也提升了生物質(zhì)氣化燃?xì)獾钠焚|(zhì)。
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