生物質氣化燃氣與城鎮燃氣混輸的可行性分析

楊連杰 司國棟

(山西省燃氣規劃設計研究院有限責任公司，山西 太原 030024)

隨著國民經濟的快速發展，城市用氣需求穩步提升，城鎮燃氣供氣壓力日趨緊張，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。立足我國傳統農業大國的現狀，如何能夠有效合理的加快生物質氣化燃氣利用，減緩供氣緊張局面已顯得尤為重要。

1 氣化燃氣特點

生物質氣化燃氣作為生物質利用的一種方式，具有燃氣熱值低，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，其應用在城鎮燃氣民用領域受限[1]。

2 混氣輸配的可行性

本文以長治市某生物質氣化站項目為例，分析生物質氣化燃氣與天然氣混氣，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氣，生物質氣化燃氣分別與晉城煤層氣，大慶液化石油氣混合作為置換氣。

2.1 氣質參數

長治生物質氣化燃氣氣質組成見表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 生物質氣化燃氣的組成

表2 榆濟線天然氣的組成

晉城煤層氣氣質組成見表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 燃氣爆炸極限計算

通過對各種燃氣組分進行爆炸極限計算[2]，可得生物質氣化燃氣爆炸范圍為14.3%～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 混氣安全性動態分析

燃氣混合是一種動態過程，混合是否安全是指混合過程自始至終燃氣的濃度是否高于燃氣爆炸上限(或低于爆炸下限)。實際工程問題中，對燃氣混合安全性只需考慮混合燃氣(無空氣基)濃度是否高出爆炸上限。根據文獻《燃氣混合安全性定律的演繹法證明》[3]中混氣安全性動態分析方法，可得如下結果。

(1)生物質氣化燃氣與天然氣混合。當生物質氣化燃氣分數Y從0-1遞增變化時，燃氣濃度差函數ΔC(Y)從84.8遞減至25.2，生物質氣化燃氣與天然氣所形成的混合燃氣濃度在任何混合比情況下都高于爆炸上限，濃度差均大于25.2%，所以理論上混氣是安全的。

(2)生物質氣化燃氣與液化石油氣混合。當生物質氣化燃氣分數Y從0-1遞增變化時，燃氣濃度差函數ΔC(Y)從90.7遞減至25.2，生物質氣化燃氣與液化石油氣混合所形成的混合燃氣濃度在任何混合比情況下都高于爆炸上限，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。但對于工程具體應用，混氣過程中要求濃度差ΔC(Y)有一定的安全裕度，以確保混氣安全。

2.4 燃氣互換性

(1)生物質氣化燃氣與天然氣混合。根據《城鎮燃氣設計規范》GB50028-2006，城鎮燃氣當采用天然氣時應滿足《天然氣》GB 17820-2018 二類氣的要求，氣質互換需滿足《城鎮燃氣分類和基本特性》GBT 13611-2018規范要求[3]。

基準氣煤層氣高華白數為48.34MJ/m3，高熱值為36.47MJ/m3。當生物質氣化燃氣在混氣中所占分數6.8%時，在0.1MPa和15℃工況下，混氣高華白數為45.96MJ/m3，高熱值為36.10MJ/m3，滿足互換性要求；說明生物質氣化燃氣在混氣中所占分數不大于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氣的華白數和高熱值波動范圍在±5%的要求。

(2)生物質氣化燃氣與液化石油氣混合。煤層氣作為基準氣保持不變。當生物質氣化燃氣占混氣分數在48.5%～49.0%區間時，混氣熱值滿足基準氣±5%波動范圍，但高華白數波動范圍不滿足要求。當生物質氣化燃氣占混氣分數在27%～31.5%區間，混氣高華白數滿足基準氣±5%波動范圍，但高熱值波動范圍不滿足要求。該生物質氣化燃氣與液化石油氣以任何比例混合，均無法實現混氣與基準氣的高華白數和高熱值波動范圍在±5%要求。

3 結 論

通過生物質氣化燃氣與天然氣以一定比例混氣，可滿足城燃天然氣氣質要求，充分利用中國生物質資源豐富的特點，實現可再生能源與常規能源有機結合。同時，一定程度上緩解城市氣源供應不足的問題，降低了供氣風險，同時也提升了生物質氣化燃氣的品質。