天然气大气式灶具的CO排放特性预测

CO是城市燃气燃烧过程中生成的主要污染物之一,必须对其排放量进行严格的控制。随着我国气源多样化格局的形成,不同组分的天然气在同一管网中运输,可能会引发末端设备的互换性问题,造成CO排放量的不稳定。为此,通过实验分析了天然气组分与大气式灶具CO排放特性之间的关系,并提出CO排放特性的预测公式。实验分为3个阶段:(1)在设计的大气式基准燃烧器上,测试了2 kPa条件下CH_4掺混单一组分时CO的排放特性,确定了C_2H_6、C_3H_8、C_4H_(10)、N_2和H_2各自对CO排放量的影响;(2)进行以CH_4为主要成分的多组分随机掺混配气CO的排放实验测试,并对实验结果进行多元线性回归分析,确定CO排放量与天然气各组分含量之间的数学关系;(3)选取3台结构型式具有代表性的实际天然气灶具,进行不同组分天然气的CO排放特性测试,验证提出的数学关系式的通用性。实验验证结果表明:实验回归得到的计算公式具有一定的通用性,可以很好地预测天然气组分变化时燃烧器的CO排放性能。

LNG互换性及我国天然气气质管理问题探讨

2010年,液化天然气(LNG)已占全球天然气贸易额的30.5%,在我国的一些沿海城市正在形成LNG与管道天然气共存的多气源格局。较之欧美日韩等国,我国天然气的气质管理规范尚不完善,没有形成有效的入网天然气质量管理规范和互换性预测方法。以广东省11种气源、32台民用燃气灶作为实验研究对象,对LNG与管道天然气之间的互换性问题进行测试分析。结果表明:LNG的入网可能导致民用燃具的互换性问题,特别是造成CO排放超标;我国在天然气气质管理方面亟需开展系统研究,以避免可能出现的高昂成本转换问题。

AGA和Weaver指数法的适用性研究

随着世界各地液化天然气(LNG)市场的快速发展,美国、欧洲等国家纷纷针对各自情况对天然气互换性做了进一步研究,并给出了各自的研究结果。我国LNG需求量逐年增加,对其进网质量也在逐渐严格,但到目前为止,仍未形成一套系统完整的互换预测体系用于对进网天然气质量的控制。本文通过对17台具有代表性的燃气灶在11种气源情况下共187个工况点的响应测试,并结合AGA和Weaver指数法的预测结果,对其互换性的预测适用性进行研究。最终提出对Weaver指数法的CO生成指数JI和离焰指数JL以及AGA离焰指数IL进行适当修正,建议将其可互换范围分别调整为JI≤0.04,JL≥0.95和IL≤1.05。

天然气部分预混燃烧的火焰离焰特性实验

天然气组分变化时,末端用户(如民用大气式燃烧器)易出现火焰离焰等燃烧不稳定情况,研究部分预混燃烧器的火焰离焰燃烧特性,对于确保天然气的互换性非常重要。为此,以市场上常见的燃气灶设计参数统计结果为依据,实验设计了一台基准燃烧器,以测试不同天然气组分下的火焰离焰燃烧特性,着重讨论火焰离焰与燃烧器头部温度的关系以及天然气组分对火焰离焰特性的影响。预混燃烧火焰发生离焰时,头部温度与火焰离焰程度互为因果关系;火焰离焰极限值曲线仅由燃烧器结构和气源特性决定,当气源特性一定时,在燃烧器上的火焰离焰极限值曲线即已确定,不存在同一燃烧器上同一气源的不同温度火焰离焰极限值曲线;测试预混燃烧器火焰离焰极限值曲线时,必须保证头部温度恒定,但不需要保证每次测试都在同一温度情况下进行。结论认为:贫组分天然气较之富组分天然气气源更易出现火焰离焰,且出现火焰离焰时头部温度更低;贫气置换富气时,会导致严重的火焰离焰互换问题。

天然气部分预混燃烧一次空气系数与燃烧器头部温度关系的模拟仿真与实验研究

针对部分预混燃烧过程一次空气系数变化的研究,很少涉及燃烧器头部温度变化的影响,利用ICEM CFD对部分预混燃烧器进行建模,通过模拟仿真计算不同天然气组分在不同燃烧器温度情况对引射一次空气系数的影响,并结合实验测试,对比模拟仿真结果和实验测试结果,明确燃烧器头部温度与部分预混引射一次空气系数之间的变化关系。模拟结果符合随着天然气沃泊指数的增加大气式燃烧器引射一次空气系数降低的变化规律,一次空气系数实验测试值与模拟值偏差在±0.02之内。当燃气发生置换时,一次空气系数的变化不仅与沃泊指数成反比,同时也受燃烧器头部温度的影响,应在现有一次空气系数计算公式基础上对其进行温度修正。当贫气置换富气时,建议对一次空气系数变化的温度修正系数k取值1.1;反之,当富气置换贫气时,建议温度修正系数k取值0.9;气质相近的两两置换,无需进行温度修正。

旋缝火孔燃气灶在不同气源组分下的性能测试研究

旋缝火孔目前在燃气灶中广泛使用。选择了15台样本燃气灶,测试在10种气源情况下的效率、排放等性能,并对旋缝火孔和圆火孔燃气灶进行了性能比较。结果表明:旋缝火孔样本灶在热负荷和热效率方面的表现并不优于圆火孔灶具,CO排放普遍偏高且随气源变化极易出现超标,但对于降低燃具NOx排放效果显著。

太阳能辅助加热户用沼气池

户用沼气是我国农村能源的重要组成部分。本文针对北方寒冷地区冬季气温低、沼气产气少、利用率低等问题,设计了保温沼气池并结合家用太阳能热水器,提出了太阳能辅助加热户用沼气池系统。利用现场收集的运行数据,分析了该系统的实用性。

城市多气源天然气互换性的基准气选择方法研究

随着我国天然气的发展,城市多气源化,多气源天然气互换性问题越来越严重。基于此本文提出了一种选择合适的基准气以应对多气源的互换问题。以广东省9种气源为例,先对所有气源在不同基准气情况下进行AGA和Weaver指数理论计算,预测各自的互换情况。通过理论预测,当选择华白数值位于所有气源华白数的60%位置的粤西LNG2作为基准气时,与其他气源置换不会引起严重的互换问题。为了验证理论预测的正确性,通过对17台代表性的样本灶,以粤西LNG2为基准气进行初状态调节后,分别对9种气源根据国标规定进行性能响应测试。实验结果显示80%的样本在气源互换时均不会出现严重的互换问题,所选用的粤西LNG2可以作为基准气来应对广东省出现的多气源互换情况。

多指数法和Dutton图形互换性预测方法对我国的适用性说明

针对燃气互换性问题,上世纪美国和欧洲等国家投入了大量的时间、人力和物力进行研究,并基于经验判断、理论分析、实验观察以及联合各种方法进行系统研究,提出了各种各样的燃气互换性预测方法,但尚未有一套完整且完全适用各国情况的方法可用于实际应用。美国提出的AGA和Weaver多指数法,形成背景不仅仅限于天然气之间的互换,而是针对不同类别燃气之间的互换,所选实验燃气气质特性与现有天然气差别较大,且所针对的燃烧器结构和设计参数与我国设备差距较大;英国Dutton图形法将天然气划分为4种当量组分,以华白数为纵坐标、定义PN数为横坐标,建立互换性预测图形,然而,每种极限工况下的当量换算并不采用同一换算公式,且换算后气体组分与原组分燃烧特性表现实质上存在差异,如离焰和CO排放在针对我国燃气具结构特点时,是否可以完全复现原燃气表现存在疑问。由于各方法研究时针对的燃气种类和燃烧器均与我国情况不同,且各方法提出的机理受条件限制,当应用于我国现阶段天然气互换性预测时,应做相应的实验研究和科学验证。

天然气民用燃气灶炉头设计对适应性影响

近年来,城市管道天然气进网气源种类越发繁多,天然气质量变化大,各类型民用燃气灶具是否适应这种天然气气质变化、燃烧特性是否达标、日常使用是否受影响等问题均亟需考证。本文通过对65台目前中国燃具市场上常见的民用大气式燃气灶具炉头进行调研,统计分析了各炉头参数设计情况,在此基础上定义了一无因次参数(ε=炉头外径计算面积/火孔总面积),来综合描述民用燃气灶炉头火孔大小、间距、个数同炉头大小的关系,从而评价炉头设计情况。并对部分灶具进行燃烧性能测试,分析不同炉头设计的灶具对气源气质变化的适应性,以此总结归纳了适应性较强的燃气灶炉头设计参数。

天然气高热值和华白数不同参比条件换算简析

天然气具有可压缩性,其热值和华白数等物理特性计算受到不同参比压力和温度条件的影响。目前,全球各国天然气热值和华白数计算所采用燃烧参比条件和体积计量参比条件并不完全相同。如欧美国家多采用15℃(或者60°F)的参比温度,我国国标规定的参比温度为20℃,这导致在天然气贸易和气质管理时势必和其他国家存在差别。另一方面,国内一些燃气从业人员,对于天然气热值和华白数计算需以参比条件为依据进行并没有明确的概念,对不同参比条件下计算得到的数值差别很大并不了解或概念很模糊。本文通过系统的解释天然气高热值和华白数计算方法和不同参比条件下各计算结果的换算方法以及不同计量单位之间的换算,得出各参比条件和计量单位之间的换算系数。从而利于今后相关人员更有效的管理天然气高热值、华白数等重要物理特性,便于天然气的进口选择,同时尽可能保证各气源气质管理,使其进入城市燃气管网后彼此可互换而不引起高昂成本转化等问题。

大中型沼气工程热工行为分析

沼气工程在我国处于快速发展阶段,在热工制度上存在一些亟待解决的问题。根据哈尔滨的逐时气象参数分析了一个大中型沼气工程的热工行为,确定了中温发酵所需的动态耗热量,并估算了采用不同加热方式的能耗、二氧化碳排放量及能耗费用。结果表明:中温发酵用于加热进料的热量占沼气工程耗热的90%以上,造成巨大的能源浪费;地源热泵加热法是一种较为经济的加热方式;回收出料余热对节能减排及沼气产业的绿色化有重大意义。

天然气组分变化对民用灶具CO排放的响应

选取了包括海上天然气(offshore natural gas,ONG)、陆上天然气(pipeline natural gas,PNG)和液化天然气(liquefied natural gas,LNG)在内的11种气源作为样本,对8台中国燃具市场上具有代表性的民用灶具进行了天然气组分变化导致的民用灶具CO排放响应测试。讨论了不同组分气源对CO排放的影响,并对Weaver互换指数在预测CO排放方面的适用性进行了研究。测试发现:对于初状态工况调节较好、适应性较强的灶具,当气源组分发生变化时,不会出现严重的CO排放问题;灶具CO排放随着气源华白数的增加呈现上升的趋势;黄焰的出现会更易导致灶具CO排放超标。针对中国灶具和气源特点,建议将Weaver互换指数中的不完全燃烧指数JI从JI≤0.05调整为JI≤0.04;为了保证当气源发生互换时,不造成严重的CO排放问题,建议对进网气源气质特性进行限制,宜引入华白数偏小、重烃类组分较少的气源。

含氢天然气在家用天然气燃具上的燃烧性能测试

面对当前比较严峻的大气污染形势,城市燃气及相关行业都应积极向着低碳化、多元化的燃气利用方向发展。可再生电解氢作为提高天然气中可再生能源占比水平的一种替代气源,已具备一定的物质条件和技术能力。为此,基于我国现有家用燃烧器具的燃烧稳定性与互换性理论,分析了含氢天然气作为城市燃气气源的最佳比例,并基于12T基准天然气测试验证了天然气中掺混氢气后对家用燃具能效的影响。研究结果表明:(1)因不同气源天然气的华白数与热值不同,可加入氢气含量也不同,为有效解决燃气的互换性问题,并考虑气源的普适性,确定天然气中掺入氢气含量应不大于20%;(2)天然气中加入氢气后,由于热值的降低,在12T燃具上使用时会出现热工性能偏差的问题,但不会改变燃具在能效方面的表现,因此天然气中加入氢气在常规的天然气类家用燃气具上可以直接使用,不存在明显改变燃气具安全、节能和技术性能等既有状况的现象。

天然气法向火焰传播速度仿真与实验测试

基于本生灯法,利用CHEMKIN软件结合GRI-Mech 3.0反应机理和Lawrence实验室反应机理,分别对实验测试用的8种不同组成天然气进行法向火焰传播速度仿真计算,得出GRI-Mech 3.0反应机理模拟值更能体现实际天然气法向火焰传播速度与气质组成的变化关系趋势.设计实验系统测试纯甲烷的法向火焰传播速度,结合标高法、摄影高度法和摄影角度法3种数据处理方法,对比所得实验测试值与文献参考值,得出一次空气系数为0.8～1.0时,利用摄影高度法所得实验测试值与文献参考值较接近.通过实验测试8种不同组成天然气的法向火焰传播速度,并将3种数据处理方法所得实验测试值与模拟值对比,结果显示：在一次空气系数较小情况下,火焰内锥表面模糊,较难形成清晰的三角锥结构,3种数据处理方法所得实验测试值均存在较大误差,与模拟值偏差较大;相对而言,摄影高度法更能真实反映实验测试值,与模拟值和文献参考值较接近.

2022年燃气供暖热水炉市场数据统计分析

从热水炉年总销量、热水炉年进出口量、不同类型热水炉销量、不同应用市场热水炉销量、不同地理区划热水炉销量,统计分析2022年燃气供暖热水炉市场数据,展望未来热水炉市场趋势。2022年热水炉年总销量有所下滑,创近5 a市场最低年销量。热水炉的进出口形势延续2021年趋势,出口持续增长,进口呈逐年下降趋势。在国家政策支持推动下,冷凝式热水炉保持持续增长趋势。热水炉在非煤改气市场保持增长,市场发展态势向好。以华东、西南、华中地区为主的长江流域已成为我国热水炉重要销售区域。北方冬季供暖的刚性需求以及未来因煤改气转化的置换市场,将继续支撑北方热水炉市场的增长。

2021年燃气供暖热水炉整机市场数据统计分析

统计分析2021年燃气供暖热水炉整机市场数据,探讨未来市场对热水炉领域的要求。随着煤改气工程进入收尾阶段,2021年热水炉年总销量与2019、2020年相比降幅均超过20%,整体水平与2018年相近。2021年,热水炉生产企业将重心转回非煤改气市场,非煤改气市场销量达到215×10^(4)台,与2020年相比增长41.4%。热水炉的进出口形势发生变化,2019—2021年,出口量逐年增加,进口量呈逐年减少趋势。冷凝式热水炉销量自2018年连续下降后,2021年出现增长。华东、西南和华中地区将成为热水炉重要销售区域。

燃具用旋塞阀市场现状和市场规模预测

分析家用燃气灶、集成灶、燃具用旋塞阀市场现状,介绍灰预测模型GM(1,1)建模步骤和预测方法。基于2015-2019年家用燃气灶和集成灶市场规模数据,通过灰预测模型GM(1,1)计算,结合多方数据机构的预测数据,预测2020-2024年家用燃气灶和集成灶市场规模,借此对2020-2024年的燃具用旋塞阀市场规模进行预测。

燃气热水器性能与关键结构参数关联性分析

对11台负压燃气热水器样品和13台正压燃气热水器样品的燃烧器、热交换器和燃烧腔体结构参数进行测绘统计,对样品的热负荷、热效率、热水产率、烟气排放数据进行实验测试,对结构参数与性能数据之间的关联性进行分析。合理选择燃烧器、热交换器、燃烧腔体的结构设计参数,可以有效保证燃气热水器整机性能。对额定热负荷30 kW及以下、额定产热水能力16 kg/min及以下的燃气热水器和额定热负荷31 kW及以上、额定产热水能力16 kg/min及以上的燃气热水器,分别给出了建议的燃烧器火排数量、设计火孔热强度、翅片数量、热交换器容积与燃烧腔体容积之比、热交换器单位容积额定热负荷、容积热强度等关键结构参数的设计参考范围。对于额定热负荷30 kW及以下、额定产热水能力16 kg/min及以下的燃气热水器,一般采用负压结构;对于额定热负荷31 kW及以上、额定产热水能力16 kg/min及以上的燃气热水器,一般采用正压结构。

小型部分预混燃烧器在PNG和LNG下的离焰和黄焰燃烧特性研究

设计了一台功率为1.5kW的小型部分预混燃烧器,其中燃烧器头部材质分别为铸铁和铜铝。通过改变燃气和空气预混比例,实验测试了不同PNG和LNG下燃烧器的离焰和黄焰特性,结合燃烧器头部温度变化规律,分析了在天然气置换后部分预混燃烧器的燃烧特性。实验发现:在发生黄焰时,铜铝材质拟合线性斜率分布在-6.2^-18.6,铸铁材质分布在-4.6^-9.0,在发生离焰时,铜铝材质拟合曲线曲率分布在1.3~2.7,铸铁材质分布在1.1~3.3,铜铝材质头部温度波动大,而铸铁材质保持相对平缓的温度变化趋势;发生离焰时,在高火孔热强度下,LNG引射的空气量波动小,燃烧器头部温度基本不变,PNG引射的空气量下降,火焰根部温度出现上升;黄焰发生时,LNG的引射空气量是PNG的1.2倍左右,引入过多的室内空气,导致燃烧器头部、火焰根部的温度降低。