城市燃气气源配置与多气源互换性

城市燃气气源配置与多气源互换性

2011-1-17王启高文学

摘要：本研究旨在通过对城市在用燃具的实验测试，提出城市燃气气源配置与多气源互换性的研究方法和思路。根据典型系列燃具对燃气气质的适应性，形成量化的燃具适应域和共同适应域，以确定城市燃气的互换域；推演提出了多气源条件下城市燃气互换性的研究方法。探索通过实验测试的方法测定城市燃气互换域的技术路线，以对相关部门和燃气企业进行城市燃气气源调度、调峰气源配置、多气源互换性及决策分析等提供方法和技术支持。

1. 概述

城市供应的主要气源是城市基准气。实际供给的燃气的成分不可能一成不变，当城市燃气负荷达到高峰时，需要补充一些与基准气的性质不同的燃气。这种代替基准气的燃气被称为置换气。当置换气代替基准气时，如果城市内的各种燃具不加任何调整而能保证正常工作，则表示置换气对基准气而言有互换性。所谓正常工作条件基本内容与上述相同，当置换气是暂时性的，可适当降低正常工作的要求，称为非正常工作界限。

一个城市有多种用途不同的燃具。每种燃具都有自己的气质适应域。将这些适应域，集中在一起，形成的燃具共同适应域区间即可视为城市燃气的最大互换域。城市供应的燃气组分必须在这些燃具适应域的范围内。可见燃气互换域是受燃具适应域制约的。互换性和适应性的目的都是保证燃具正常工作，是一个事物的两个方面。互换性是对城市燃气而言的；适应性是对燃具而言的。一个城镇使用的燃具不止一种，应该规定几种有代表性的燃具，根据这些燃具的适应域，确定燃气互换域。

由于居民燃气用户占据城市燃气用户的最大数量，受燃气技术的专业性限制，基本上不会对燃具进行工况调整，一般只是被动的利用管道燃气。当输送的燃气气质发生变化时，对居民用户会产生不同的影响，部分燃具不能燃烧，甚至发生事故。故传统确定互换域的做法，是只考虑大气式燃烧的燃具。因为城市中绝大部分燃具属于大气式燃具。工业等其他类型燃具不予考虑，因为工厂企业有技术力量，可以采取措施解决互换性；对于气质要求特别严格的部分燃气用户，燃气企业或工厂会采取气质稳定调质等技术，来保证终端设备的正常运行。

本研究旨在通过对城市燃具的优化取样，选取典型系列燃具进行实验测试，形成量化的燃具适应域，根据不同燃具的共同适应域，实验确定城市燃气的互换域；并提出多气源条件下城市燃气互换域的确定思路和方法，探索通过科学的实验方法测定城市燃气互换域的技术路线，为相关部门和燃气企业进行城市燃气气源调度、调峰气源配置、多气源互换性及决策分析提供技术支持。

2. 燃具气质适应性

开发设计燃具时，首先要决定使用某类燃气。根据某类燃气的基准气[1]设计、生产后按照基准气及界限试验气的要求(包括压力)调整检验出厂。当燃气性质(成分)发生变化时，其工作状态必然改变。如果燃气成分变化在某一界限范围内，它仍能保持正常工作。这就是燃具对燃气成分变化的适应能力，称为燃具的适应性。每个燃具都有一定的适应能力。量化这个适应能力，可以用燃具适应燃气成分变化的范

围来表示。适应燃气成分变化的范围区间称为燃具适应域。适应域的范围越宽，表示燃具的适应燃气气质变化的能力越强[2]。

城镇中占绝对多数的民用燃具是大气式燃气用具。衡量大气式燃气用具正常工作的重要的指标是：不发生离焰、回火、黄焰、烟气中CO不超标等。燃气具的燃烧特性区间见图1[2、3]。

通过燃具气质适应域的实验测定，可以掌握和确定我国典型燃具对燃气气质的适应能力和范围区间；可以为燃具生产、设计提供基本的、最关键的技术数据；可以形成城市内最广泛应用燃具的气质适应域及燃具的共同适应域；可以形成确定、量化的城市燃气的互换域，得到燃气正常工作的组分参数变化范围和极限区间。

2.1 配气试验气的整体区间分布

根据常用的配气原料气组分，进行以华白数、燃烧势为主要控制指数[2，4，5]的配气设计，可以建立配气试验气的整体分布区间。以CH4、H2、N2三组分，C3H8、H 、N2三组分，n-C4H10、H2、N2三组分，i-C4H10、H2、N2三组分等为配气原料气，根2

据华白数和燃烧势两个指数建立坐标系，形成的CH4、C3H8、n-C4H10、i-C4H10等三组分共同配气域见图2。

由图2可以看出：以CH4、H2、N2三组分，C3H8、H2、N2三组分，n-C4H10、H2、N2三组分，i-C4H10、H2、N2三组分等形成的各配气区间和共同配气域，其边界线并不都是直线形式。各原料气形成的配气边界线中，任两组可燃气体形成的配气边界线为指数曲线形式；而N2与H2、N2与另一可燃气体形成的配气边界线为直线形式。

2.2 燃气具适应性区间实验测试

实验目的：通过实验验证和测试燃气具的燃烧工况，确定影响燃具燃烧稳定性和气质适应性的主要燃烧特性指标；并根据不同燃气具燃烧器，进行典型燃气具适应域的测定。

实验研究思路：通过基于互换性原理的燃气多气源或全组分动态、高精度配气装置的研究；建立自动型燃气具燃烧特性测试实验系统；依托实验系统进行燃气具气质适应性区间的测试；对测试的离散数据进行处理，并绘制燃烧特性曲线(脱火、回火、CO超标等)。

实验内容包括如下四个方面：(1)选择不同功率的常规燃气灶具，进行燃气具燃烧特性实验测试；(2)测定燃气具的脱火、回火及C0超标曲线的参数范围；(3)基于实验结果，对燃气燃烧特性参数的适用性进行讨论；(4)确定适用于评价燃气具燃烧性能的关键燃烧特性参数。

2.2.1 实验燃气具样品及配气原料气选择

(1) 实验燃气具样品

根据城市内所有的燃具的品牌特点和使用年限，选取典型的在用燃具，进行实验测试，燃具试验样本的选取应具有品牌覆盖性和代表性，数量和型号因城市而异。如本批次实验为某城市的选取的五种系列燃具样品，分别编号为灶具1系、灶具2系、……、灶具5系。代表城市内最常用的五种系列的燃具。

(2) 实验配气原料气

配气原料气分别选择甲烷、氢气、氨气和异丁烷等四种，纯度分别为99.1%、99.9%、99.9%、99.2%。基准气为12T纯甲烷气。

依托组建的燃具燃烧特性测试实验系统，进行实验测试。