1865年,英國資本家在上海建成全國第一座煤制氣廠。1907年,日本商人在大連成立東北第一家煤氣公司。從1865年至1949年,全國僅有的9家煤氣公司除上海外,其余8家均在東北三省,即大連、鞍山、沈陽、撫順、丹東、錦州、長春和哈爾濱。近年來我國城鎮(zhèn)燃?xì)獍l(fā)展較快,從人工煤氣和LPG時(shí)代逐步進(jìn)入天然氣時(shí)代。
東北三省使用人工煤氣已有近100年的歷史,早期敷設(shè)的管道大多是鑄鐵管,采用水泥或青鉛接口。如直接進(jìn)行天然氣轉(zhuǎn)換,會(huì)使管道的接口干裂,發(fā)生燃?xì)庑孤T诰用裼脩糨^多的城市,從人工煤氣轉(zhuǎn)換為天然氣需要較長一段時(shí)間。因此在轉(zhuǎn)換天然氣時(shí),應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件,暫不更新改造現(xiàn)有的輸配管道和燃具,采用天然氣改制增熱或天然氣摻混低熱值燃?xì)饣蚩諝獯嫒斯っ簹?,再逐步轉(zhuǎn)換為天然氣供氣[1-3]。
1 氣源轉(zhuǎn)換方案
1.1 天然氣改制
對(duì)已建有油制氣裝置的城市(如大連和丹東等),在天然氣轉(zhuǎn)換時(shí)可暫不改造城市管網(wǎng)和燃具。應(yīng)改造現(xiàn)有的油制氣裝置,以天然氣作為原料氣改制成低熱值的改質(zhì)氣,按原有的輸配管網(wǎng)和燃具的氣源標(biāo)準(zhǔn),摻混一定量的天然氣增熱。天然氣的改制增熱,是充分利用已建的油制氣裝置,只需少量資金即可在短時(shí)間內(nèi)完成,這與采用重油(輕油)或LPG為原料相比更經(jīng)濟(jì)。采用天然氣作為原料氣,在改制增熱過程中約有10%的熱損失。
上海吳淞煤氣制氣有限公司投資3200×104元,采用低壓間歇循環(huán)催化制氣技術(shù),對(duì)原重油制氣爐進(jìn)行改造[4、5]。以天然氣為原料氣,使天然氣與水蒸氣在催化劑的作用下,進(jìn)行水蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng),轉(zhuǎn)化成H2、CO及CO2。天然氣轉(zhuǎn)化工藝簡單,不需外供水蒸氣,提高了熱能利用率。天然氣改制基本無污染物生成,原有輸配管網(wǎng)和燃具也無須改造和更新。設(shè)計(jì)和建設(shè)周期不到1a,即可將2臺(tái)日產(chǎn)20×104m3/d的重油制氣爐改造完畢。對(duì)每臺(tái)制氣爐日處理天然氣10×104m3/d,產(chǎn)生熱值為12.56MJ/m3的改質(zhì)氣28×104m3d,再用5×104m3/d的天然氣增熱,即可日產(chǎn)符合城鎮(zhèn)燃?xì)鈽?biāo)準(zhǔn)的改制成品氣33×104m3/d。這套裝置已于2001年4月年建成投產(chǎn)。
1.2 天然氣混低熱值煤氣
在一些城市可利用低熱值煤氣,如高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣、半水煤氣及工業(yè)尾氣等,用天然氣按城鎮(zhèn)燃?xì)鈽?biāo)準(zhǔn)要求摻混,這不但減少了能源的浪費(fèi),還增加了燃?xì)獾墓?yīng)量。在摻混前,必須詳細(xì)調(diào)查低熱值煤氣的組成和可供氣量;另外在摻混時(shí),還要控制好摻混氣中CO的含量,保證摻混氣中CO的含量符合人工煤氣的標(biāo)準(zhǔn)。
1.3 天然氣混空氣
天然氣按一定比例混空氣,并對(duì)混合氣加濕使其成為水飽和濕氣后,再送入現(xiàn)有輸配管網(wǎng)。這種混氣工藝無須改造燃具,在錦州市燃?xì)饪偣疽压?a。對(duì)于天然氣混空氣,應(yīng)考慮當(dāng)?shù)毓猬F(xiàn)狀、輸配壓力,其混氣工藝可按以下方案進(jìn)行選擇[6]。
?、僖涫交鞖?br> 引射式混氣系統(tǒng)由引射器、過濾器和控制、檢測(cè)裝置等組成,其混氣工藝流程見圖1。天然氣經(jīng)調(diào)壓后以一定壓力由引射器的噴嘴射出,將空氣吸進(jìn)混合管,獲得具有一定的混氣比和一定壓力的混合氣。這種混氣工藝?yán)锰烊粴庾陨韷毫?,不耗電,運(yùn)行費(fèi)用低,混氣比穩(wěn)定,工藝簡單,易操作,生產(chǎn)比較安全,但噪聲較大。
②助推式混氣
助推式混氣是在引射式混氣的基礎(chǔ)上研發(fā)的一種混氣工藝,其工藝流程見圖2。當(dāng)天然氣以一定壓力進(jìn)入混合器后,經(jīng)拉伐爾噴嘴加速,在混合器的混合室內(nèi)產(chǎn)生半真空,將羅茨風(fēng)機(jī)送來的有一定壓力的空氣吸入混合室內(nèi)進(jìn)行混合,在流經(jīng)文丘里管時(shí),2種氣體進(jìn)一步擴(kuò)散、壓縮,從而得到均勻的混合氣。
混合氣可中壓輸出,其控制可通過中央控制臺(tái)控制混合器的的混氣槍實(shí)現(xiàn)。當(dāng)輸出壓力高于設(shè)定值時(shí),自動(dòng)控制系統(tǒng)可分別關(guān)閉每支混氣槍直至壓力穩(wěn)定,或關(guān)閉全部混氣槍。當(dāng)輸出壓力低于設(shè)定值時(shí),自動(dòng)控制系統(tǒng)可分別逐漸啟動(dòng)混氣槍,直至壓力穩(wěn)定,或開啟全部混氣槍。也可通過中央控制臺(tái)按用氣負(fù)荷,由自動(dòng)控制系統(tǒng)開啟或關(guān)閉每支混氣槍。這種混氣工藝能獲得較高壓力的混合氣,但要消耗電能,運(yùn)行費(fèi)用較高。
③高壓比例式混氣
高壓比例式混氣將高壓天然氣和壓縮空氣經(jīng)計(jì)量、調(diào)壓后,按一定比例送入混合器內(nèi)進(jìn)行混合,其混氣比例與混氣量可由中央控制臺(tái)對(duì)混氣槍進(jìn)行自動(dòng)控制。其混氣工藝流程見圖3。這種混氣工藝能獲得壓力高的混合氣,但混氣設(shè)備復(fù)雜,耗電量大,適用于大型混氣站。
④主要設(shè)備與造價(jià)估算
天然氣采用引射式、助推式和高壓比例式3種混氣工藝,以相同比例混合空氣,日混氣量為15×104m3/d,混合氣熱值符合城鎮(zhèn)燃?xì)鈽?biāo)準(zhǔn),其主要設(shè)備與造價(jià)估算見表1。3種混氣工藝均可利用現(xiàn)有儲(chǔ)氣設(shè)備儲(chǔ)存,助推式和高壓比例式混氣耗電量大,但混合氣可直接進(jìn)入輸配管網(wǎng);引射式工藝的混合氣則需進(jìn)入儲(chǔ)氣罐,經(jīng)羅茨風(fēng)機(jī)加壓后送入輸配管網(wǎng)。
2 結(jié)論
對(duì)一座城市,如建有油制氣裝置,則應(yīng)把天然氣改制作為首選方案。因改制成品氣的H2含量與人工煤氣相近,華白數(shù)和燃燒勢(shì)也符合城鎮(zhèn)燃?xì)饣Q性要求,可直接供應(yīng)燃?xì)庥脩?,是城?zhèn)燃?xì)庾罾硐氲囊环N過渡氣源。對(duì)于天然氣混低熱值煤氣或混空氣,應(yīng)按燃?xì)饣Q性的要求確定混氣比,根據(jù)需要對(duì)燃具的噴嘴進(jìn)行改造,以獲得最佳的熱效率。應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有條件,經(jīng)多方案綜合比較和分析后,確定最佳的天然氣轉(zhuǎn)換過渡氣源方案。在過渡期間應(yīng)有計(jì)劃地投入資金,對(duì)城鎮(zhèn)燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)按區(qū)域分期分批進(jìn)行改造,最終實(shí)現(xiàn)全天然氣化。