作者：杨庆泉 苏… 文章来源：网络论文 点击数： 36 更新时间：2007-6-25 20:56:13 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
天然气西气东输工程的实施将改变我国城市能源结构，推动城市燃气事业的发展，很多城市将会相继引进天然气，可以预见21世纪将是天然气的时代。上世纪末液化气混空气燃气成为一些中小城市发展城市燃气的首选气源，特别是江浙地区许多中小城市都把液化气混空气燃气作为主要气源供应各类用户。将来天然气进入这些城市会碰到很多问题，其中首届一指的问题就是液化气混空气燃气与天然气之间的互换性，这一问题已引起了有关方面的关注。本文就这两种燃气间的互换性问题进行探讨。 1 燃气互换性的判定方法 两种燃气是否可以互换，虽然可以通过试验的手段加以确定，但总希望有一些公式进行计算。由于影响燃气互换性的因素极其复杂，因而至今仍不能从理论上推导出计算燃气互换性的公式，而都是在大量的实验基础上得出一些判定燃气互换性的方法，因此所得方法都有——定的局限性。作者曾于上世纪的80年代后期对燃气互换性的问题进行了较深入的研究，当时仅局限于第一簇燃气互换性的研究。我国城市燃气分类标准中把液化气混空气燃气与天然气都列入一组，属第二簇燃气的范围内，村他们之间的互换性尚木进行深入的研究。国际上对第二簇燃气互换性的判定，比较有影响的方法为美国燃气协会（A.G.A)方法、法国燃气公司德布尔(R Delbourge)方法和美国的韦佛(Weaver)方法。德布尔方法需要通过对用基准气设计和进行初调整的燃具进行实验，得到互换曲线图，而我国的燃具与法国的燃具有较大的差别;几何图形拼贴画韦佛方法虽然精度很高，但六个指数的限制，使燃气组分的可变化范围变得很小：A．G.A．方法的使用较为方便，其精度为85％-90％，但对燃烧产物中CO含量这一指标未加控制。本文采用A。G．A．方法对液化气混空气燃气与天然气的互换性进行探讨，并根据燃具的运行特性分析其产生CO的可能性。美国燃气协会(A．G．A．)对于热值大于32．0MJ／m3的燃气互换性进行了系统的研究。得出离焰、回火和黄焰三个互换指数的计算公式。 式中： Ka、Ks——基准气与置换气的离焰极限常数： fa、fs——基准气与置换气的一次空气因数； da、as--基准气与置换气完全燃烧时，每释放105KJ热量所而消耗的理论宝气里； 式中： K——燃气(多组分)的离焰极限常数： Ki——爸组分(单一气体)的离焰极限常数； ri——各组分的容积成分； Smix——燃气的相对密度： 高温工业电视Fi——各组分的离焰常数(见表1) 表1 单一气体的离焰极限常数F和最小空气量
1.2 回火互换指数（Ｉf） 式中 Qs——置换气高热值(kJ／m3) 1.3 黄焰互换指数(Iy) 式中 a`ay——墓准气黄焰极限一次空气系数 a`sy——置换气黄焰极限一次空气系数 式中 Gi——各单一气体为消除黄焰所需的最小空气量(见表1) rin——燃气中N2和C02的体积成分 ro2——燃气中O2的体积成分 为了检验以上三个互换指数是否符合城市燃气管网中各类燃具的实际运行性能，A．G．A．以高热值天然气(Qh＝44 500 kJ／m3，相对密度s=0．64)，高甲烷天然气(Qh=38 300 kJ／m3，相对密度s=0.558)，以及高惰性天然气(Qh＝39900kj/m3，相对密度s=0．693，惰性气体大于10％)为基准气，以人工燃气、丁烷、丁烷改制气等各种燃气的混合物为置换气，进行了大量的实验和计算。通过对试验和计算结果的归纳，按上述方法进行计算，只有当三个互换指数同时符合表2规定的范围时，置换气才能置换基准气，即置换气对于基准气具有互换性。本文运用A．G．A．互换性判定方法探讨高热值天然气和高甲烷天然气与液化气混空气燃气之间的互换性。液化气混空气燃气为基准气，天然气为置换气。 表2 各种天然气的互换极限
2 互换性计算结果与分析 液化气混空气燃气的性质随液化气混空气燃气的比例不同而变化，即便是比例相同，液化气木身组分的差异也会影响液化气混空气燃气的性质。 2.l置换后燃具运行特性 城市燃气供应系统所川的燃具中燃烧器的类型很多，但引射式大气燃烧器最为常见。而且民用燃具面大量厂，又无专人管理，所以在考虑互换性时，应以民用燃具为主。民用燃具运行特性通常分为燃烧前特性和燃烧中特性。燃烧前特性主要为燃由于目前我国各地液化气组分有较大差异，为了方便分析与计算，本文把液化气仅看作为丙烷、丁烷的混和物。表3、4列出了下门组分液化气的性质 表3 液化气性质
表4 天然气主要性质
表5 天然气的互换特性
及天然气性质。 具燃烧器的热负荷和一次空气系数。而燃烧中特性通常是指火焰结构与尺寸和火焰稳定性。 由于液化气组分的不确定性，这里以Y2燃气进行分析。Y2燃气与空气的混合比例分别为4：64．5：5．5、5：5。三种液化气混空气燃气的特性列于表6 表6 三种液化气混空气燃气的特性
以上表的三种气为基准气，以T1、T2燃气为置换气，互换计算结果如表7. 表7 互换计算结果
华白数是控制燃具热负荷的重要指数。因此又称热负荷指数。若两种燃气的华白数相同，则在同一燃具上就能获得基本相同的热负荷和一次空气系数。华白数人，热负稿增加，一次空气系数降低：反之，热负菇降低，一次空气系数增加。表7表明，就火焰稳定性而言，在燃具不加任何调整的情况下用T1、T2燃气苴换H1、H2、H3燃气均会取得满意的效果，即不会产生离焰、回火和黄焰现象。但值得注意的是，使用置换气（T1、T2)后。燃具的热负荷会随基准气(H1、H2、H3)中液化气比例减少而增加：相反，一次空气系数将降低，这是由于置换气的华白数比基准气的华白数大而引起的。目前一些供应液化气混空气燃气的燃气公司在确定液化气混空气燃气比例时，既要考虑将来与引进天然气的可能性，也要考虑其混气成本，而通常把后者作为考虑的主要因素。因此把液化气混空气燃气中液化气比例实际控制在45％左右。以H2燃气为例，若以T1、T2燃气置换可能会出现以下问题：一是，置换后燃具的热负荷将增加，用T1置换热负荷将增加12％，一次空气系数将降低11％。这两种变化都会使燃具在运行时火焰拉长，燃烧工况恶化，造成燃烧小完全，使燃烧产物中C0明显增加，这将成为用户用气的不安全隐患；二是，燃气供应系统中如此众多的燃具在运行时同时提高了热负荷，且幅度较大，会加大燃气管网的输配负担，同时也会造成能源的无形浪费。若以T1、T2燃气置换H1燃气，所产生的后果将更加严重。如果燃气公司供应液化气混空气燃气，其主要特性与H3接近，将来引入天然气后，则会取得良好的互换效果，置换后可避免许多不必要的麻烦。 2.2 为保证置换合适的混气比例 脱氢抗坏血酸 当以一种燃气置换另一种燃气时，首先应保证燃具的热负荷在互换前后不发生较大的改变。热负荷降低太多，就不能满足加热工艺的要求；增加太多，可能会便燃烧工况悉化。为此，各国一般规定两种燃气互换时华白数的变化不大于土5％-土10％。对于天然气液化气混空气燃气，这一限制只影响燃气公司的混气成本，正偏差越小和负偏差越大，液化气的混气比例就越高，混气成本则越高。因此，目前燃气公司所供液化气混吏气燃气的华白数一般郁比T1、T2燃气的华臼数低。因此使用T1、T2燃气置换后燃具的热负符合却全变大，为避免造成燃烧工况的恶化，本文建议华白数的变化范围采用+5％—-10％。华白数正偏差限制会提高液化气的混气成本，但可避免将来引进天然气置换时带来一系列不必安的麻烦。为了降低混气成本也可以采取一些补救的措施，限于篇幅，本文不加展开。表8给出了天然气液化气混空气燃气，在保证燃烧稳定性的前提下其热负荷变化+5％和+10％的液化气混气比例。 表8 保证燃烧稳定的互换性
从表8中可以看出，天然气置换液化气混空气燃气，随著混入空气比例的增加，置换后燃具的热负荷会随之增加。因此供给用户液化气混空气燃气，其空气的比例不能盲目地加大。应该指出，燃气的互换性并不总是可逆的，用天然气可以置换液化气混空气燃气，并不表示液化气混空气燃气就一定能够在以天然气为基准气设计和进行初调整的燃具上取得良好的互换效果。 3 结束语 随着我国天然气的开发和利用，特别是天然气 西气东榆工程的实施，一些城市供应的液化气混空气燃气被天然气所代替己为期不远。为使置换后不用调换和调整燃具，并保证安全、可靠地用气。已供液化气混空气燃气的燃气公司可在个提高混气成本的前促下，适当调整混气比例，而对于将要供应液化气混空气燃气的城市，在确定混气比例时应考虑将来能与天然气置换。 参考文献 PaulDELBOUORGetJeanLAFON，1NTERCHANGEABILTEDESGAZ，SOCIEETEDUJOURNAL DES A GAZ 同济大学、重庆建筑工程学院、哈尔滨建筑工程学院等，燃气燃烧与应用，中国建筑工业出版社工成、杨庆泉，燃气互换性刑定指数的计笄，煤气与热力，1 999杨庆泉，全惠君，民用燃具的特性，煤气与热力，1999 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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