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天然气转换过渡气源的探讨

字体: 放大字体  缩小字体 发布日期:2008-05-05  作者:wqb  浏览次数:763

   1865年,英国资本家在上海建成全国第一座煤制气厂。1907年,日本商人在大连成立东北第一家煤气公司。从1865年至1949年,全国仅有的9家煤气公司除上海外,其余8家均在东北三省,即大连、鞍山、沈阳、抚顺、丹东、锦州、长春和哈尔滨。近年来我国城镇燃气发展较快,从人工煤气和LPG时代逐步进入天然气时代。
  东北三省使用人工煤气已有近100年的历史,早期敷设的管道大多是铸铁管,采用水泥或青铅接口。如直接进行天然气转换,会使管道的接口干裂,发生燃气泄漏。在居民用户较多的城市,从人工煤气转换为天然气需要较长一段时间。因此在转换天然气时,应根据当地条件,暂不更新改造现有的输配管道和燃具,采用天然气改制增热或天然气掺混低热值燃气或空气代替人工煤气,再逐步转换为天然气供气[1-3]。

    1 气源转换方案
    1.1 天然气改制
  对已建有油制气装置的城市(如大连和丹东等),在天然气转换时可暂不改造城市管网和燃具。应改造现有的油制气装置,以天然气作为原料气改制成低热值的改质气,按原有的输配管网和燃具的气源标准,掺混一定量的天然气增热。天然气的改制增热,是充分利用已建的油制气装置,只需少量资金即可在短时间内完成,这与采用重油(轻油)或LPG为原料相比更经济。采用天然气作为原料气,在改制增热过程中约有10%的热损失。
  上海吴淞煤气制气有限公司投资3200×104元,采用低压间歇循环催化制气技术,对原重油制气炉进行改造[4、5]。以天然气为原料气,使天然气与水蒸气在催化剂的作用下,进行水蒸气转化反应,转化成H2、CO及CO2。天然气转化工艺简单,不需外供水蒸气,提高了热能利用率。天然气改制基本无污染物生成,原有输配管网和燃具也无须改造和更新。设计和建设周期不到1a,即可将2台日产20×104m3/d的重油制气炉改造完毕。对每台制气炉日处理天然气10×104m3/d,产生热值为12.56MJ/m3的改质气28×104m3d,再用5×104m3/d的天然气增热,即可日产符合城镇燃气标准的改制成品气33×104m3/d。这套装置已于2001年4月年建成投产。
    1.2 天然气混低热值煤气
  在一些城市可利用低热值煤气,如高炉煤气、发生炉煤气、半水煤气及工业尾气等,用天然气按城镇燃气标准要求掺混,这不但减少了能源的浪费,还增加了燃气的供应量。在掺混前,必须详细调查低热值煤气的组成和可供气量;另外在掺混时,还要控制好掺混气中CO的含量,保证掺混气中CO的含量符合人工煤气的标准。
    1.3 天然气混空气
  天然气按一定比例混空气,并对混合气加湿使其成为水饱和湿气后,再送入现有输配管网。这种混气工艺无须改造燃具,在锦州市燃气总公司已供气7a。对于天然气混空气,应考虑当地供气现状、输配压力,其混气工艺可按以下方案进行选择[6]。
  ①引射式混气
  引射式混气系统由引射器、过滤器和控制、检测装置等组成,其混气工艺流程见图1。天然气经调压后以一定压力由引射器的喷嘴射出,将空气吸进混合管,获得具有一定的混气比和一定压力的混合气。这种混气工艺利用天然气自身压力,不耗电,运行费用低,混气比稳定,工艺简单,易操作,生产比较安全,但噪声较大。
    ②助推式混气
  助推式混气是在引射式混气的基础上研发的一种混气工艺,其工艺流程见图2。当天然气以一定压力进入混合器后,经拉伐尔喷嘴加速,在混合器的混合室内产生半真空,将罗茨风机送来的有一定压力的空气吸入混合室内进行混合,在流经文丘里管时,2种气体进一步扩散、压缩,从而得到均匀的混合气。
  混合气可中压输出,其控制可通过中央控制台控制混合器的的混气枪实现。当输出压力高于设定值时,自动控制系统可分别关闭每支混气枪直至压力稳定,或关闭全部混气枪。当输出压力低于设定值时,自动控制系统可分别逐渐启动混气枪,直至压力稳定,或开启全部混气枪。也可通过中央控制台按用气负荷,由自动控制系统开启或关闭每支混气枪。这种混气工艺能获得较高压力的混合气,但要消耗电能,运行费用较高。
    ③高压比例式混气
  高压比例式混气将高压天然气和压缩空气经计量、调压后,按一定比例送入混合器内进行混合,其混气比例与混气量可由中央控制台对混气枪进行自动控制。其混气工艺流程见图3。这种混气工艺能获得压力高的混合气,但混气设备复杂,耗电量大,适用于大型混气站。
    ④主要设备与造价估算
  天然气采用引射式、助推式和高压比例式3种混气工艺,以相同比例混合空气,日混气量为15×104m3/d,混合气热值符合城镇燃气标准,其主要设备与造价估算见表1。3种混气工艺均可利用现有储气设备储存,助推式和高压比例式混气耗电量大,但混合气可直接进入输配管网;引射式工艺的混合气则需进入储气罐,经罗茨风机加压后送入输配管网。
    2 结论
  对一座城市,如建有油制气装置,则应把天然气改制作为首选方案。因改制成品气的H2含量与人工煤气相近,华白数和燃烧势也符合城镇燃气互换性要求,可直接供应燃气用户,是城镇燃气最理想的一种过渡气源。对于天然气混低热值煤气或混空气,应按燃气互换性的要求确定混气比,根据需要对燃具的喷嘴进行改造,以获得最佳的热效率。应根据当地现有条件,经多方案综合比较和分析后,确定最佳的天然气转换过渡气源方案。在过渡期间应有计划地投入资金,对城镇燃气输配管网按区域分期分批进行改造,最终实现全天然气化。

 
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