文章論述了城市燃氣互換性與燃具適應(yīng)性的定義和兩者之間的關(guān)系。討論了我國制定燃氣分類標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)、燃燒勢的物理意義，以及燃氣分類對燃具適應(yīng)性和燃氣互換性的影響。根據(jù)目前管道天然氣和液化天然氣成分的差異和多種天然氣用戶對氣質(zhì)的不同要求的新形勢，提出對燃氣互換性工作的看法與建議。

關(guān)鍵詞：燃氣互換性；燃具適應(yīng)性；燃氣分類；燃燒勢

 

 

This paper discussed the definitions and relationship of gas interchangeability and flexibility of gas appliance. The foundation of gas category standards, physical and property of combustion potential were investigated. The effect of gas classification on both gas appliance flexibility and gas interchangeability were studied. Based on the component difference between natural gas and liquid natural gas and also different requirements of various natural gas consumers, this paper proposed some suggestions on gas interchanging work in practice. 

 

Key Words: gas interchangeability, flexibility of gas appliance, Gas classification, combustion potential

 

燃氣互換性是燃氣事業(yè)關(guān)鍵技術(shù)之一。它與燃氣源、輸配系統(tǒng)、燃氣設(shè)備有緊密聯(lián)系。我國燃氣界一直關(guān)注此問題。早在上個世紀(jì)中已有燃氣互換性研究的階段成果，一些大城市也作過關(guān)于燃氣互換性的試驗?？上н@些很好的工作沒有得到應(yīng)有的重視與支持，無奈停頓下來，使我國燃氣事業(yè)落后于國際。近來有關(guān)專家傳遞了國外新信息，并引起協(xié)會領(lǐng)導(dǎo)的重視。在學(xué)習(xí)有關(guān)材料的基礎(chǔ)上，回憶過去走過的道路，對此課題提出粗淺的觀點。懇請燃氣同仁批評指正。

1. 燃具適應(yīng)性：開發(fā)燃具時，首先要決定使用某類燃氣。根據(jù)某類燃氣的基準(zhǔn)氣設(shè)計、生產(chǎn)后并按照基準(zhǔn)氣及界限試驗氣的要求(包括壓力)調(diào)整檢驗出廠。如果供應(yīng)的燃氣就是基準(zhǔn)氣，此時燃具工作狀態(tài)最好。當(dāng)燃氣性質(zhì)(成分)發(fā)生變化時，其工作狀態(tài)必然改變。如果燃氣成分變化在某一界限范圍內(nèi)，它仍能保持正常工作。這就是燃具對燃氣成分變化的適應(yīng)能力，稱其為燃具的適應(yīng)性。所謂正常工作即 “當(dāng)燃氣性質(zhì)有某些改變時燃具不加任何調(diào)整，其熱負(fù)荷、一次空氣系數(shù)和火焰特性的改變必須不超過某一極限，以保證燃具仍能保持令人滿意的工作狀態(tài)^[1]。”

2. 燃具適應(yīng)域：每個燃具都有一定的適應(yīng)能力。量化這個適應(yīng)能力，可以用燃具適應(yīng)燃氣成分變化的范圍來表示。適應(yīng)燃氣成分變化的范圍稱其為燃具適應(yīng)域。適應(yīng)域的范圍越寬，表示燃具的適應(yīng)能力越強^[3]。

城鎮(zhèn)中占絕對多數(shù)的民用燃具是大氣式燃氣用具。衡量大氣式燃氣用具正常工作的重要的指標(biāo)是：不發(fā)生離焰、回火、黃焰、煙氣中CO不超標(biāo)和不結(jié)碳等。影響這些現(xiàn)象的燃氣性質(zhì)是華白數(shù)與燃燒速度，以及燃具的構(gòu)造等。為了更具體顯示燃具適應(yīng)域，取一個以華白數(shù)Ｗ為縱坐標(biāo)，以燃燒速度S為橫坐標(biāo)的坐標(biāo)圖。圖上的每一個坐標(biāo)點，都代表具有W_i與S_i 性質(zhì)的燃氣。各種單一的氣體(如CH₄、H₂、CO、N₂)都可以在圖上找到位置，當(dāng)然基準(zhǔn)氣O也有一個坐標(biāo)點，見圖1。用一個燃具在不做任何調(diào)整的條件下，分別用基準(zhǔn)氣和CH₄、H₂及CO單一氣體混合配氣進行試驗，可以求得CO超標(biāo)曲線１、離焰曲線3及回火曲線2。圖1中１、２、３曲線圍成的范圍就是該燃具的適應(yīng)域。燃具的適應(yīng)域是代表燃具性能的重要指標(biāo)。嚴(yán)格地說燃具正常工作還包括不黃焰、不結(jié)碳等要求，需要用相應(yīng)的指標(biāo)來驗證。但是一般來說，對于大氣式燃具，只要CO 過關(guān)，就很少產(chǎn)生黃焰和結(jié)碳的現(xiàn)象。不過天然氣中H₂含量多時，需要關(guān)注析碳。液化石油氣混空氣要注意黃焰現(xiàn)象。

 

1. 城市燃氣互換性：城市供應(yīng)的主要氣源是城市基準(zhǔn)氣。實際供給的燃氣的成分不可能一成不變，尤其當(dāng)城市燃氣負(fù)荷達到高峰時，需要補充一些與基準(zhǔn)氣的性質(zhì)不同的燃氣。這種代替基準(zhǔn)氣的燃氣被稱為置換氣。當(dāng)置換氣代替基準(zhǔn)氣時，“如果燃燒器(應(yīng)該是燃具)不加任何調(diào)整而能保證城市各種燃具正常工作，則表示置換氣對基準(zhǔn)氣而言有互換性”^[1]。所謂正常工作條件基本內(nèi)容與上述相同，當(dāng)置換氣是暫時性的，可適當(dāng)降低正常工作的要求，稱為非正常工作界限。

2. 城市燃氣互換域：一個城市有多種不同用途的燃具。每種燃具都有自己的燃具適應(yīng)域。將這些適應(yīng)域，集中在一個坐標(biāo)圖上(見圖2)，就可以得到中間斜線的燃氣互換域。城市供應(yīng)的燃氣必須在這些燃具的適應(yīng)域的范圍內(nèi)?？梢娙細饣Q域是受燃具適應(yīng)域制約的。其實互換性和適應(yīng)性的目的都是保證燃具正常工作，是一個事物的兩個方面?；Q性是對城市燃氣說的；適應(yīng)性是對燃具說的。在討論時不要混淆。

 

3. 傳統(tǒng)互換性規(guī)定的燃具范圍：一個城鎮(zhèn)使用的燃具不止一種，應(yīng)該規(guī)定幾種有代表性的燃具，根據(jù)這些燃具的適應(yīng)域，確定燃氣互換域。傳統(tǒng)確定互換域的做法，是只考慮大氣式燃燒的燃具。因為城市中絕大部分燃具屬于大氣式燃具。工業(yè)中有其他類型燃具不宜考慮。因為工廠企業(yè)有技術(shù)力量，可以采取措施解決互換性。另一方面它們在城市中是少數(shù)，考慮工業(yè)燃具可能會縮小互換域，使供氣操作困難并且不經(jīng)濟。例如法國的互換域，就是用9個熱水器、9個灶具、8個采暖器和一個洗滌器進行試驗得到的^[2]。這些燃具屬于大氣式。

每個國家使用的燃具是不一樣的；每個國家，甚至于每個城市都應(yīng)有自己的燃氣互換域。

   燃具適應(yīng)域和燃氣互換域的目的相同，都是為了使燃具工況穩(wěn)定，正常工作。彼此之間有密切的不可分割的關(guān)系。

1.       燃氣互換域是根據(jù)燃具適應(yīng)域確定的．各燃具的適應(yīng)域中共同的燃氣成分范圍才可以滿足供氣范圍中各種燃具要求。任何一種燃具的適應(yīng)域，必須覆蓋城市燃氣互換域，否則燃具就進不去該燃氣互換域的市場。

2.       燃氣供應(yīng)單位應(yīng)掌握本地區(qū)的燃氣互換域。拒絕使用不符合互換性要求的燃具。應(yīng)該用互換域的邊界檢驗燃具，合格后才允許進入市場。

3.       在設(shè)計與調(diào)試燃具時，生產(chǎn)廠家有很多技術(shù)措施拓寬燃具的適應(yīng)域。適應(yīng)域?qū)挼娜季卟粌H可以擴大銷路，還有利于城市供氣的調(diào)節(jié)。

4.       假設(shè)一個小城鎮(zhèn)(或某區(qū))使用單一類型的燃具，這樣就有可能使燃氣互換域和燃具適應(yīng)域重合。但是實際執(zhí)行的互換域，還需要根據(jù)氣源的條件確定。

5.       生產(chǎn)燃具的性能標(biāo)準(zhǔn)化(適應(yīng)域標(biāo)準(zhǔn)化)，有利于確定燃氣互換域，兩者配合好，將對整個燃氣系統(tǒng)獲得很大的經(jīng)濟效益與社會效益。

由此可見，燃具適應(yīng)性是基礎(chǔ)。使用適應(yīng)域窄小的燃具，會限制燃氣互換域，給供氣混輸帶來麻煩。生產(chǎn)廠家在精心設(shè)計與調(diào)試的基礎(chǔ)上可以拓寬燃具的適應(yīng)域，從而加寬燃氣互換性的范圍。

以上是根據(jù)國內(nèi)外傳統(tǒng)的互換性的條件論述的 。

 

二. 判定燃氣互換性的方法

判定燃氣互換性的方法很多，基本上有兩大類：一為指標(biāo)法；另一為圖解法。

美國燃氣協(xié)會(AGA)的判別法是典型的指標(biāo)計算法而德爾布的作圖法是最早被介紹到我國的方法。此外還有幾種方法已經(jīng)在不少的文章中論及，在此不再贅述。但是要強調(diào)一點的是各種方法都是根據(jù)本國燃具經(jīng)過大量試驗總結(jié)出來的。由于各國使用的燃具的結(jié)構(gòu)與性能有所不同，因此這些方法只適用于本國的燃具。用國外判別式驗證本國的燃氣互換性不宜只靠計算，需要經(jīng)過試驗驗證。

下面只討論對燃燒勢的理解和指標(biāo)法及圖解法的特點。

 

目前，對燃燒勢(Combustion Potential)CP有不同的理解。最可靠的解釋還應(yīng)該以德爾布博士在同濟大學(xué)講課的內(nèi)容為準(zhǔn)。上個世紀(jì)同濟大學(xué)請來德爾布先生來華講學(xué)，還印發(fā)了講課的講義^[2]。德爾布先生從大氣式燃燒的穩(wěn)定性講起，最后介紹了燃燒勢的產(chǎn)生過程。 德爾布的研究組，開始是使用的是以華白數(shù)為縱坐標(biāo)，燃燒速度為橫坐標(biāo)的坐標(biāo)圖，經(jīng)過試驗在此坐標(biāo)圖上點出回火、離焰和CO/CO₂超標(biāo)曲線(簡稱CO曲線)。但是當(dāng)氣源發(fā)展到使用油制氣后，以燃燒速度為橫坐標(biāo)的坐標(biāo)圖上得不到光滑的CO曲線，參見圖3(a)。圖中的a點沒有落在曲線1上。這是由于燃燒速度不能全面反映CO曲線的結(jié)果。為此需要一個能反映離焰、回火及CO曲線的參數(shù)(或指數(shù))來代替燃燒速度S。于是研究組通過大量試驗整理出燃燒勢CP的公式。將CP 代替S后，得到光滑曲線(具體做法參考[2]、[4])。在W’-CP的圖3(b)中，a值落在曲線1上。說明燃燒勢，不僅反映了離焰、回火，同時還反映了CO曲線。這就是燃燒勢的物理背景^[3]。

因為燃燒速度對互換域中的離焰、回火曲線有密切的關(guān)系，但對燃具的CO曲線影響相對較小。

CO曲線除受華白數(shù)影響外，火焰高度對其影響很大?；鹧娓叨仁苋紵俣扰c孔口氣流流速影響，氣流速度受氣流密度制約，即火焰高度=φ(燃燒速度，相對密度…) ^[2]。于是德爾布根據(jù)法國燃具的試驗資料分析整理出一個與燃燒速度及火焰高度等因素有關(guān)的參數(shù)代替燃燒速度，并命名為燃燒勢，用CP符號表示。

德爾布整理得CP 的計算式為，

 

式中：C_mH_n---重碳氫化合物中的C₂H₆、C₄H₁₀…等成分的體積百分?jǐn)?shù)，%；

       u、v、e---分別為各種校正系數(shù)，詳見參考文獻[2]；

       d ---燃氣相對密度；

       H₂、CH_4、CO---- 燃氣中的成分的體積百分?jǐn)?shù)，%。

德爾布的工作非常細致，試驗的工作量也非常大。為了能確切反映燃燒工況，考慮了燃氣黏度及成分對華白數(shù)的影響，最后用校正華白數(shù)W’做縱坐標(biāo)。CP的計算公式除考慮多種影響燃燒勢的因素u、v、e外，德爾布對CO前面的系數(shù)還有說明：當(dāng)燃氣中CO成分大于30%時取0.7；一般情況下取 0.6。

綜上所述，對燃燒勢的認(rèn)識有以下幾點 ：

 

1.燃燒勢(CP)是反映燃具燃燒狀態(tài)的燃氣特性參數(shù)。它既反映燃燒速度對離焰、回火的影響，同時還反映火焰高度對煙氣中CO含量的影響。燃燒勢不是燃燒速度。CP值與燃燒速度也不單純呈比例關(guān)系。這樣看來稱其為燃燒速度指數(shù)不是非常合適，也容易與韋弗燃燒速度指數(shù)相混^[3] 。

2.燃燒勢公式中的燃氣成分采用的單位不是百分比而是百分?jǐn)?shù)。從量綱上看，它也不是燃燒速度。

3. 燃燒勢不只與燃氣的成分有關(guān)，還受燃具的結(jié)構(gòu)影響。應(yīng)該用我國使用的燃具來確定燃燒勢公式中的各個系數(shù)。建議有關(guān)部門對理論性研究給以支持，做出適合我國的燃燒勢公式、燃具適應(yīng)域和燃氣互換域，從而適應(yīng)我國燃氣事業(yè)的發(fā)展^[3]。  

評價燃氣互換性的指標(biāo)法與作圖法各有特點。

(1)指標(biāo)法適用于直接判斷某種燃氣與基準(zhǔn)氣是否可以互換。

(2)指標(biāo)法具有多個項目的互換指標(biāo)。

(3)指標(biāo)法是靠指標(biāo)適應(yīng)極限值來表示互換域或適應(yīng)域。但比較局限，也不直觀 。

(4)目前的指標(biāo)法都是用本國典型燃具試驗總結(jié)出來的公式，是在上個世紀(jì)完成的。是否適合近代的燃具(包括改進后的大氣式燃具、全一次預(yù)混空氣燃具)有待驗證。

(1)圖解法表示的適應(yīng)域和互換域給出了不離焰、不回火、CO不超標(biāo)的燃氣成分變化范圍，非常直觀地反映燃氣互換域和燃具適應(yīng)域。在互換域中，只包括離焰、回火和CO超標(biāo)，有必要時，還需用黃焰指標(biāo)和結(jié)碳指標(biāo)驗證。

(2)利用德爾布圖解法，可以根據(jù)城市具有的幾種不同成分的燃氣源的混輸供氣，保證供應(yīng)的燃氣既能滿足互換域，同時還能控制燃氣熱值波動不大的限制。作者在學(xué)習(xí)德爾布講座的基礎(chǔ)上，做了一個人工燃氣的例題，證明是可行的^[5] 。

　　除德爾布圖解法外還有用華白數(shù)與韋弗燃燒速度指數(shù)S為坐標(biāo)的圖解法，以及用燃氣成分代替S的三維圖解法等^[8]。判別方法很多，各有特點，也都有不足之處，這些方法僅適合其本國情況。這些整理出的互換域圖也是上個世紀(jì)完成的。

 

　要特別注意，在使用國外判別式判定我國燃具時，必須通過驗證．

為了盡快步入正題，只討論天然氣的分類。首先回顧國際制定天然氣分類的過程。

1. 燃氣分類方法的根據(jù)：燃氣的華白數(shù)可以代表燃氣性質(zhì)對燃具的熱負(fù)荷(或稱熱流量，注意熱流量不是華白數(shù))的影響，是單純表示燃氣性質(zhì)的參數(shù)，并且與燃具結(jié)構(gòu)沒有關(guān)系。因此用華白數(shù)劃分燃氣類別是最合適的。但是為了檢驗燃氣成分變化后，是否有離焰、回火及黃焰時，單靠華白數(shù)是不夠的。國際上有不少互換性的判別方法，但是這些方法與公式只適應(yīng)本國的燃具。為此世界燃氣會議決定采用每個國家都可以使用的離焰、回火、不完全燃燒(CO超標(biāo))等界限試驗氣(簡稱界限氣)的方法來確定燃氣用具的分類。每類燃氣都規(guī)定了自己的基準(zhǔn)氣和界限氣，通過某類基準(zhǔn)氣和界限氣檢驗的燃具才被認(rèn)為適用此類燃氣。燃具的銘牌上要標(biāo)出適用于某族、某類燃氣。

2. 最初把天然氣定為一組：第十屆國際燃氣聯(lián)盟(IGU)的世界燃氣會議，將燃氣分為人工氣、天然氣和液化石油氣三族。當(dāng)時對天然氣認(rèn)識不夠，沒有把天然氣再進一步分成幾類(或組)。只規(guī)定了基準(zhǔn)氣和幾種為檢驗燃具的最不利的界限氣。為了使試驗統(tǒng)一，并且能在試驗室內(nèi)配制出各種界限氣。為此規(guī)定的界限氣是用幾種單一氣體按比例混合起來的。

3.把天然氣分成兩組：英國哈里斯(Harris)和羅佛雷斯(Lovelace)以華白數(shù)為縱坐標(biāo)，韋弗燃燒速度指數(shù)S_W為橫坐標(biāo)的坐標(biāo)圖上點出國際聯(lián)盟第一次提出的基準(zhǔn)氣和界限氣，并做了各種燃具的試驗。結(jié)果是，沒有一種天然氣燃具在一個基準(zhǔn)氣的條件下能滿足當(dāng)時IGU提出的界限氣要求。于是1970年，在莫斯科舉行的第11屆的世界燃氣會議上，把天然氣分為高熱值H與低熱值L兩個組(有兩個基準(zhǔn)氣)，同時分別給出了不完全燃燒、離焰、回火等的界限氣。IGU 提出天然氣分類與各種界限氣的成分,見表1^[8]。

IGU 燃氣分類的基準(zhǔn)氣與界限氣 表1

 

國際燃氣聯(lián)盟規(guī)定每組天然氣有一個基準(zhǔn)試驗氣，它代表該組燃氣范圍內(nèi)的燃燒工況最好的燃氣，該組的界限試驗氣代表該組燃氣成分范圍內(nèi)的最不利于燃燒的成分邊界。

4. 各個地區(qū)與國家根據(jù)國情制定本國的分類標(biāo)準(zhǔn)：前蘇聯(lián)基本采用IGU的方法。歐共體成立后，根 據(jù)歐洲的情況，在IGU的基礎(chǔ)上制定了歐共體的燃氣分類標(biāo)準(zhǔn)，把天然氣分為3組，對個別界限氣略有修改。日本的燃氣分類與IGU略有不同。日本先是根據(jù)華白數(shù)與燃燒勢(后又改為MCP)對燃氣進行分類，同時給出界限氣和界限氣的燃燒勢。日本是使用LNG.最多的國家，采用的界限氣與IGU略有不同。美國是使用天然氣最早的國家，一直是用自己的分類標(biāo)準(zhǔn)和判別方法^[11]。

我國制定燃氣分類標(biāo)準(zhǔn)有兩次：

1989年我國初次制定標(biāo)準(zhǔn)。回憶審查會上主要討論如下幾個問題：

1. 根據(jù)哪些參數(shù)分類：代表燃氣性質(zhì)的關(guān)鍵參數(shù)是燃氣熱值與華白數(shù)，后者更有代表性，公認(rèn)華白數(shù)是燃氣分類第一個重要參數(shù)。把燃燒勢作為燃氣分類的另一個參數(shù)，是德爾布先生提出來的^[2]。在德爾布講義的第七講中指出“第一族燃氣的種類很多，在法國按華白數(shù)與燃燒勢的范圍又分為三組……”。用華白數(shù)和燃燒勢分類，日本是參考了法國標(biāo)準(zhǔn)。我們也就接受了燃燒勢。

2. 制定燃氣分類標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)。1989年我國還沒有跨入天然氣時代，人工燃氣種類很多，需要劃分得細一些。編制標(biāo)準(zhǔn)的大原則是靠國際標(biāo)準(zhǔn)或先進國家標(biāo)準(zhǔn)。IGU的分類中人工氣的內(nèi)容少，以為不適合國情。當(dāng)時我國的各種燃具的標(biāo)準(zhǔn)，是參照日本標(biāo)準(zhǔn)制定的，我國的燃具基本與日本灶和熱水器類似?；谝陨显蛭覈诸悩?biāo)準(zhǔn)基本上是套用日本標(biāo)準(zhǔn)，又不與IGU標(biāo)準(zhǔn)矛盾。與IGU天然氣分類對比，我們的12T 相當(dāng)IGU的G20；10T相當(dāng)于G25，沒有矛盾。只是根據(jù)國情把人工氣劃分得細一些。

3. 分類標(biāo)準(zhǔn)中的燃燒勢：

1)名稱：把燃燒勢稱為燃燒速度指數(shù)也是抄日本的，例如參考文獻16的日文書中就稱燃燒勢為燃燒速度指數(shù)(日文的漢字)。作者在學(xué)習(xí)德爾布的講座后，已經(jīng)提出用燃燒速度指數(shù)不妥，并且易與韋弗燃燒速度指數(shù)相混^[3]。將兩者計算對比也是沒有意義的。日本稱燃燒勢為燃燒速度指數(shù)也不能說其完全無理。因為燃燒勢與燃燒速度有很大關(guān)系，既然是燃燒速度指數(shù)就不能說它是燃燒速度，只能理解是與燃燒速度有關(guān)系的指數(shù)，并且也不是與燃燒速度成比例的關(guān)系，如果是比例關(guān)系，在燃燒速度前加一個比例常數(shù)即可，不必再提燃燒勢。實際上燃燒勢不只與燃燒速度有關(guān)，還與火焰高度等因素有關(guān)，所以只能說用燃燒速度指數(shù)表示燃燒勢不全面，并且很容易使人誤解為燃燒速度。如果說其就是燃燒速度，似乎是沒有注意燃燒勢的物理背景。重要的是正確認(rèn)識燃燒勢的實質(zhì)，沒有必要討論給它命名。

2)計算公式：分類標(biāo)準(zhǔn)中燃燒勢，采用的是日本提出的公式，

 

與德爾布公式(1)相比：K相當(dāng)于U；H₂與CH₄前的系數(shù)相同；CO前的系數(shù)取0.6也符合德爾布的實驗。當(dāng)時我國人工氣中CO含量高，但CO含量高，不符合煤制氣質(zhì)量的在安全方面要求，故取0.6 比較合適。再看C_mH_n前的系數(shù)，公式(2)就簡單化了，不適合C_nH_n含量高的燃氣。為此編制組作過對比計算，結(jié)論是對人工氣與天然氣(1)、(2)式相差較小，對液化石油氣相差較大，故直接取C₃H_8、 C₄H₁₀ 、液化石油氣混空氣的CP值為48.2、41.5、46。這樣看來，編制組采用公式(2)也是根據(jù)計算，經(jīng)過分析確定的^[9]。由于公式(2)比較簡單易算。當(dāng)時沒有條件做實驗驗證工作，于是得到代表們的認(rèn)同。

2005年我國修訂了燃氣分類標(biāo)準(zhǔn)。這時日本的燃氣分類標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)把燃燒勢改為命名為燃燒速度的MCP。由于沒有參加審查會,只從頒發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)來看變化不大，仍采用W 和CP值分類。在征求意見稿，意見匯總中反映出有些專家不同意采用日本的燃燒速度MCP，認(rèn)為雖說ＣＰ較粗，但已用多年。在天然氣的分類和界限試驗氣，主要參照歐共體標(biāo)準(zhǔn)。這是考慮到本世紀(jì)燃具標(biāo)準(zhǔn)主要參照歐共體標(biāo)準(zhǔn)。

         四. 燃氣分類與燃具適應(yīng)域和燃氣互換性的關(guān)系

如果燃氣分類是根據(jù)燃氣燃燒性質(zhì)來分，就不能說燃氣分類與互換性沒有關(guān)系，因為互換性是燃氣燃燒的重要性質(zhì)。

　　 據(jù)日本文獻，日本把燃氣互換性與分類合并在一起了。圖3 就說明此問題。日本在互換域(良好的燃燒范圍)中，補充了紅外線燃燒器的高限曲線５與紅外燃燒器不夠赤熱曲線4^[16]，見圖3。說明日本考慮了紅外線燃具(歐美的家用燃具很少使用紅外燃具)。在新的五邊形的互換域中根據(jù)華白數(shù)與燃燒勢的上下限作為某類燃氣的成分的變化范圍。此范圍在互換域中，這就表明在燃氣分類規(guī)定的范圍屬于互換范圍，因為燃氣分類的燃氣范圍在燃氣互換范圍之內(nèi)。以上是根據(jù)日本文獻來解釋的。

 

　　此外日本分類方法還有如下的特點，即基準(zhǔn)氣有兩個指標(biāo)，即華白數(shù)與燃燒勢。有利于各地區(qū)實際運行的基準(zhǔn)氣換算。因為華白數(shù)相同的燃氣，其燃燒性能可能有很大區(qū)別。

作為世界組織不宜將燃氣分類劃分得過細，也不可能采用某一國家的互換性判別方法。只是給出各類燃氣的基準(zhǔn)氣和各種界限氣。各個國家可以根據(jù)自身的情況，用自己的判別方法參照國際標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)氣和界限氣確定燃氣互換域。同時要求燃具必須在規(guī)定的壓力下，用某類燃氣界限氣檢驗通過后，才能證明此燃具適用該類燃氣。這實際上是對燃氣用具的適應(yīng)能力提出要求，限定了各類燃具的適應(yīng)域。等于按照燃氣分類的范圍，確定燃具的適應(yīng)域。為每類燃氣，制定適合該類燃氣的燃具。引導(dǎo)燃具走向標(biāo)準(zhǔn)化。我國燃具標(biāo)準(zhǔn)和燃氣用具的通用試驗方法都要求根據(jù)界限氣檢驗燃具。國外有單獨的燃具分類的標(biāo)準(zhǔn)，例如EN437按照歐共體的分類中的基準(zhǔn)和界限試驗氣，在規(guī)定的壓力下檢驗燃具，決定燃具屬于哪類燃氣。

界限氣對燃氣互換性的影響：IGU給出的界限氣代表該組燃氣成分變化的最不利的邊界條件。實際上也只是給了燃氣互換域的外輪廓范圍。某個地區(qū)或國家可以根據(jù)本身的條件與判定互換性的方法確定適合本地情況的燃氣互換域。哈里斯和羅佛雷斯以及達頓(Dutton)做的二維與三維互換圖，都是把界限氣作為互換域的邊界點做出的^[6]。有的界限氣甚至于遠離互換域的邊界。

所以天然氣分類中的燃氣范圍不能代替燃氣的互換性。燃氣分類中的界限氣給出該類燃具的適應(yīng)域，同時給出了燃氣互換域的外輪廓。實際上燃氣互換域，還受供應(yīng)范圍內(nèi)各種燃具的特性以及氣源等其它因素影響。各個地區(qū)應(yīng)該根據(jù)本地區(qū)具體情況和習(xí)慣用的互換性評判方法，來考慮燃氣互換性，確定燃氣互換域。

例如英國經(jīng)過流動試驗室對1200個天然氣燃具進行試驗，發(fā)現(xiàn)華白數(shù)每遞增1.5MJ/m³，熱水器與鍋爐煙氣中的CO含量大約增加1倍。因此決定燃氣互換域的華白數(shù)上限為3%，下限為-5%。非正常的界限為：上限8%；下限-10%。英國使用SNG(代用天然氣)，需要用IGU的析碳界限氣G24B檢驗。為了避免析碳，英國要求界限氣中H₂含量正常界限為10%，非正常界限為15%。同時利用W-S_W燃氣互換圖表達了燃氣互換域(見圖4)，已經(jīng)把IGU規(guī)定的G24_B和歐共體的G222排除在外。圖4中的斜線為正?；Q域?？梢娪烊粴獾幕Q域小于IGU和歐共體的天然氣分類的范圍。如果考慮燃氣熱值不允許變化過大時，燃氣互換域，還要進一步縮小。實際上，燃氣互換域是根據(jù)燃具的適應(yīng)域等因素決定的，當(dāng)時英國燃具的抗析碳的能力差，縮小了互換域。以上是上個世紀(jì)英國使用含H₂多的SNG(代用天然氣)作為補充氣源的情況^[11]。由此可見，界限氣只是給出了互換域邊界的輪廓不等于互換性已經(jīng)解決。

總之，只要采用了用界限氣檢驗合格的燃具，燃氣互換域就不能超過界限氣的限制。從國外的各種互換圖上看，界限試驗氣都在非正?；Q范圍的邊緣^[8]，有的界限氣還在互換域邊緣以外。同時也可以認(rèn)為，如果在燃氣供應(yīng)區(qū)內(nèi)使用的燃具適應(yīng)域很窄小時，燃氣互換域必將縮小，增加混輸配氣的困難，同時也給城市接受新氣源制造障礙。

在第16屆世界煤氣會議的燃氣互換性分會報告中也報道了各國根據(jù)IGU分類考慮本國燃氣互換域的情況^[10]。除日本、荷蘭、英國外，大部分國家采用了IGU 的界限氣。由這些材料可以看出，IGU只給出試驗氣，各個地方可以用根據(jù)各自的具體情況用自己的互換性判別方法確定燃氣互換域。

  我國燃氣分類標(biāo)準(zhǔn)給出各族、各族燃氣成分的范圍。其中心是基準(zhǔn)氣，是燃燒情況最好的成分，因此它是供氣單位供氣的基本成分，也是燃具設(shè)計的主要根據(jù)。周邊的各種界限氣是燃燒情況即將惡化的極限成分。國內(nèi)外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)都要求用界限氣檢驗燃具，以確定該燃具可以使用燃氣的種類。在此基礎(chǔ)上，我國各個城市應(yīng)該根據(jù)各自的情況制定燃氣的互換域。

1．對于具有多個氣源的大城市在混輸時，首先要把供氣的基準(zhǔn)氣的成分應(yīng)和燃氣分類中某一組的基準(zhǔn)氣相對應(yīng)。使用貼有該類燃氣標(biāo)簽的燃具。這樣互換域的大輪廓有了，但是，不能保證供應(yīng)區(qū)內(nèi)的各類燃具性能完全一樣。因此還應(yīng)根據(jù)實際情況和具體的條件，認(rèn)真地確定正常和非正常條件下的燃氣互換域。

　　如果氣源(包括補充氣源)復(fù)雜，城市的基準(zhǔn)氣又不在分類的范圍內(nèi)，就不能使用已經(jīng)通過各類燃氣的界限氣檢驗標(biāo)準(zhǔn)的燃具。只能使用非標(biāo)的燃具，這樣必然使燃氣互換域復(fù)雜化，增加了投資與管理的費用。

2．對于使用單一氣源的小城鎮(zhèn)，氣源比較單一，使用的燃具經(jīng)界限氣檢驗全部合格。這種情況有可能使燃氣互換域和燃具適應(yīng)域互相接近。就是在這種情況下，還是要根據(jù)具體情況確定燃氣的互換域。例如：當(dāng)氣源成分穩(wěn)定，互換域的范圍可能很小(供應(yīng)燃氣成分變化很小)。這不是受燃具適應(yīng)域的限制造成的，而是因為供氣條件好，成份穩(wěn)定，能使燃具處于良好的工作情況。相反氣源成分不穩(wěn)定時，供氣的成分也不允許超過界限氣的范圍，并且根據(jù)當(dāng)?shù)靥攸c確定具體的燃氣互換域。

　　我國幅員廣大，燃氣種類繁多。各省市無論在氣源和用戶等方面都有區(qū)別，因此各個城鎮(zhèn)的互換域是不一樣的。

3．在燃具方面，自從頒布燃氣分類標(biāo)準(zhǔn)和家用燃氣用具試驗方法后，檢測單位應(yīng)該按照標(biāo)準(zhǔn)要求，用界限氣檢驗各種燃具。根據(jù)過去對上海、北京和沈陽的灶具檢測結(jié)果，初步認(rèn)為，我國正規(guī)生產(chǎn)的家用燃氣灶，多數(shù)可接受界限氣的檢驗。也就是說基本上可以規(guī)范燃具的適應(yīng)能力。食堂灶的使用效果不佳，需要關(guān)注。今后關(guān)鍵是必須嚴(yán)格執(zhí)行檢驗標(biāo)準(zhǔn)，在執(zhí)行工作中，不斷改進，推行燃具標(biāo)準(zhǔn)化。

正確執(zhí)行燃氣分類標(biāo)準(zhǔn)，可以提高燃氣事業(yè)的經(jīng)濟效益與社會效益。但是燃氣互換域，還沒有被供氣單位足夠的重視。檢測單位檢驗燃具不夠嚴(yán)格。如果不認(rèn)真實踐，只停留在文字上的討論，不利于燃氣事業(yè)的進步。

 

我國燃氣發(fā)展的過程走過彎路。要指出的是：過去煤制氣的供氣單位不顧互換性問題任意摻混不是供氣者無知而是無奈。因為煤制氣是虧損的。制定規(guī)范工作中缺乏實驗驗證工作，也是因為條件所限?，F(xiàn)在情況不同了，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，科技的進步，人民生活水平的提高，對環(huán)保、節(jié)能有更高的要求。燃氣互換性工作直接影響燃氣工程的環(huán)保和節(jié)能效果。在即將頒布的燃氣管理條例和燃氣技術(shù)規(guī)范^[7]中對燃氣質(zhì)量、燃具性能以及互換性等都有要求，可見認(rèn)真實踐燃氣分類標(biāo)準(zhǔn)做好燃氣互換性工作已經(jīng)是勢在必行。

認(rèn)真實踐標(biāo)準(zhǔn)，總結(jié)經(jīng)驗，為修訂標(biāo)準(zhǔn)積累數(shù)據(jù)。我國對燃氣分類和互換性的研究和先進國家相比差距很遠。目前制定的標(biāo)準(zhǔn)大部分是借鑒國際標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)國內(nèi)各方面專家審定制定的。頒布以后的主要任務(wù)是認(rèn)真實踐，在實踐過程中發(fā)現(xiàn)問題，總結(jié)經(jīng)驗，為今后修訂標(biāo)準(zhǔn)做好技術(shù)準(zhǔn)備。

1.驗證CP公式。標(biāo)準(zhǔn)還給出了界限氣和根據(jù)界限氣的成分算出W 和CP值。這就要求在燃氣成分不同，而W 和CP值相同的燃氣的燃燒特性是一樣的。為此需要通過實驗驗證才能得出結(jié)論。我們應(yīng)該用我國典型的燃具，驗證燃燒勢公式中各個系數(shù)，總結(jié)出適合我國燃具的燃燒勢公式。這項工作，并不復(fù)雜，關(guān)鍵是需要領(lǐng)導(dǎo)支持及組織，這正是我們工作缺欠的地方。

2. 嚴(yán)格執(zhí)行試驗氣檢驗燃具工作。在工作中考驗各類燃氣用具的適應(yīng)性。任何通不過試驗氣檢驗的燃具，責(zé)令廠家改進。

　　對于已經(jīng)使用天然氣的大城市，因為目前主要氣源是管道天然氣，氣源成分比較穩(wěn)定。如果不重視用界限檢驗燃具，把一些經(jīng)不起界限氣檢驗的新型燃具引入用戶。將來氣源需要補充，在確定互換域時可能會造成很大麻煩。因此各城市不要降低檢驗燃具要求，還是應(yīng)該嚴(yán)格按照界限氣檢驗進入市場的燃具。

3. 燃具生產(chǎn)廠家要利用各種提高燃燒穩(wěn)定性的技術(shù)措施，提高燃具的適應(yīng)性。對本廠生產(chǎn)的燃具做出適應(yīng)域。這樣可以充分顯示廠家的技術(shù)水平與產(chǎn)品的等級，不但可以擴充國內(nèi)市場，還能將產(chǎn)品推銷到國外。同時可以拓寬城市互換域，提高燃氣事業(yè)的經(jīng)濟效益與社會效益。國外名牌燃氣用具必須按照國際標(biāo)準(zhǔn)檢驗，并且符合國內(nèi)要求。禁止不符合國際標(biāo)準(zhǔn)的國外燃具進入市場。

4. 我國地域?qū)拸V，燃氣種類繁多。多氣源的大型燃氣供應(yīng)單位在確定互換域時，要考慮發(fā)展。要關(guān)注天然氣的分組。因為液化天然氣的組分不斷發(fā)展，煤層氣、干冰等新氣源以及煤制天然氣將出現(xiàn)。今后天然氣的分組情況有可能要變化。

　　此外要關(guān)注工業(yè)用戶、非燃燒類利用裝置、化工生產(chǎn)等設(shè)施出現(xiàn)的問題。和廠家出現(xiàn)問題需要協(xié)商解決。研究對策，保證各類工業(yè)燃具正常工作。

5. 統(tǒng)一研究和實踐的結(jié)果．以上各種工作是相輔相成的。具體工作并不復(fù)雜，但是需要成立一個固定成員的專題組織，綜合國內(nèi)各個單位的工作。同時還要關(guān)注與學(xué)習(xí)國際上有關(guān)燃氣質(zhì)量、互換性的信息^{[13]、[15]}。認(rèn)真學(xué)習(xí)“天然氣可互換性和非燃燒最終利用白皮書^{[14]、[12]}”。要發(fā)揮城市輸配系統(tǒng)中的壓力調(diào)節(jié)、儲存、混輸、分區(qū)供應(yīng)等措施，提高城市接受各種燃氣的能力。因為今后非再生能源越來越少，具有不同成分的新燃氣源會不斷出現(xiàn)。當(dāng)氣源短缺時，只要有燃氣，成分有差異也得用。因此提高城市接受燃氣的能力是今后重要的研究課題。尤其對于以進口天然氣為主的城市，不僅關(guān)心氣源，還要注意城市用氣單位的特性，慎重采納燃氣用具。

6. 燃氣事業(yè)安全第一。除了互換性以外，還有不少的安全和節(jié)能的問題需要關(guān)注。例如建筑不考慮熱水器排煙造成的煙氣中毒事故，膠管脫落和施工不當(dāng)造成的爆炸事故等都迫切需要及時解決。希望在有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的支持下，有組織有目的地研究解決各項技術(shù)和技術(shù)管理課題，制止不應(yīng)發(fā)生的事故。讓燃氣事業(yè)科學(xué)地安全地發(fā)展，做出應(yīng)有的貢獻，

 

1．燃氣燃燒與應(yīng)用          同濟大學(xué)等       中國建筑工業(yè)出版社             2000 12

2．燃氣火焰的穩(wěn)定性與燃氣互換性( 德爾布講義)        同濟大學(xué)             1981

3．燃氣互換性發(fā)展沿革——初論燃燒勢的物理背景 金志剛論文集GASSHOW.COM 2005

4. 燃燒勢的各項校正系數(shù)——再論燃燒勢的量化        金志剛論文集GASSHOW.COM 2005

5.合理配氣保證供氣質(zhì)量------三論燃燒勢應(yīng)用于供氣    金志剛論文集GASSHOW.COM 2005

6. 燃氣工程技術(shù)手冊       姜正侯主編                 同濟大學(xué)出版社   1993 .5

7. GB50494- 2009                                  燃氣技術(shù)規(guī)范        2009

8. 第15屆世界煤氣會議文件匯編        城市煤氣情報網(wǎng)                  1983.7

9. “城市燃氣分類”標(biāo)準(zhǔn)編制說明        中國市政工程華北設(shè)計院          1989.11

10．第16屆世界煤氣會議文件匯編       城市煤氣協(xié)會                    1986

11. 天然氣的分類及天然氣的互換性               金志剛論文集GASSHOW.COM 2005

12.美國國家天然氣委員會對于LNG和管道天然氣可互換性的研究劉艷華 GASSHOW.COM 2007

13. 燃氣質(zhì)量中的互換性問題                  李猷嘉             GASSHOW.COM 2008.1

14.燃氣互換性與燃氣分類的關(guān)系           李猷嘉   城市燃氣          2008.9

15.正確處理天然氣質(zhì)量中燃氣互換性問題   李猷嘉   城市燃氣          2008.3. 4

16ガス器具の知識(日文)             日本瓦斯協(xié)會                昭和52年11月

 

(本文作者：金志剛 天津大學(xué))