天然氣摻氫對城市燃?xì)庥脩舻挠绊?/h1>
2022-08-30 08:42郭保玲馬旭卿程韋豪
煤氣與熱力 2022年8期
1 概述
氫能作為一種清潔、高能的二次能源，可以將氣、電、熱等能源網(wǎng)絡(luò)有機(jī)聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動
。氫能將成為未來能源體系的重要組成部分，預(yù)計(jì)到2050年，氫能在全球終端能源的占比將達(dá)到18%，在我國終端能源體系占比將達(dá)到10%以上。2019年3月5日，國家發(fā)改委印發(fā)的《綠色產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)目錄(2019 年版)》，將“氫摻入天然氣管道等設(shè)施的建設(shè)和運(yùn)營”列入其中。
第一，興趣激勵法：興趣是最好的老師，要讓學(xué)生產(chǎn)生濃厚的興趣，首先必須讓他們放下沉重的思想包袱，把求知本身變成一個(gè)極大的樂趣。
氫氣與天然氣相比，污染更小，不會產(chǎn)生溫室氣體。但目前氫氣儲運(yùn)設(shè)施不完善，利用天然氣管道混輸氫氣，不僅有利于減少溫室氣體的排放，燃燒產(chǎn)物也更為清潔，在降低天然氣企業(yè)減排成本的同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)氫氣的低成本遠(yuǎn)距離輸送，增強(qiáng)氫氣生產(chǎn)企業(yè)的調(diào)配效率
。在摻氫比例滿足燃?xì)饣Q性的要求下，終端用戶也無需更換燃具燃燒器，不會增加額外的更換成本。然而由于氫氣燃燒性質(zhì)與天然氣不同，氫的摻入會使點(diǎn)火能量和熱值降低，可燃范圍和爆炸極限范圍增大。因此本文主要研究了摻入不同比例氫氣對居民用戶、商業(yè)用戶、供暖用戶、電廠以及一些特殊用戶燃燒器的燃燒性能的影響。
2 燃?xì)庥脩纛愋?/h2>
以北京市為例，目前天然氣在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占比為34%，天然氣供暖面積占全市供暖面積的80%以上。
北京市天然氣用戶種類多，目前天然氣燃燒設(shè)備主要包括居民用戶的灶具、供暖熱水爐、熱水器，商業(yè)用戶的大鍋灶，供暖用戶的鍋爐，電廠用戶的燃?xì)廨啓C(jī)。此外，CNG加氣母站利用壓縮機(jī)將管道天然氣加壓后供給用戶；天然氣液化工廠將管道天然氣凈化處理后送至冷箱液化，供給LNG用戶。不同種類用戶對于燃?xì)獾臒嶂?、連續(xù)性以及氫敏感性均有所差異，在進(jìn)行管道天然氣摻氫時(shí)，應(yīng)分別予以考慮。
與此同時(shí)，云南電網(wǎng)公司積極配合云南省能源局開展省級充電聯(lián)盟的籌建，并與省能源局簽訂了“加快充電基礎(chǔ)設(shè)施及平臺建設(shè)推動云南新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略合作框架協(xié)議”;積極參與地方政府“十三五”電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展規(guī)劃編制，促進(jìn)電網(wǎng)規(guī)劃、充電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、城市規(guī)劃同步協(xié)調(diào)，并與玉溪、曲靖、普洱等地方政府簽訂了框架合作協(xié)議，合力推進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展;印發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步推動電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和服務(wù)工作的通知》，優(yōu)化審批流程，開通充電基礎(chǔ)設(shè)施用電報(bào)裝“綠色通道”，全力做好配套電網(wǎng)投資及業(yè)擴(kuò)報(bào)裝用電服務(wù)。
3 天然氣摻氫互換性計(jì)算
從圖1、2可以看出，試驗(yàn)氣滿足12T天然氣高熱值范圍的最大摻氫比例為23%，滿足12T天然氣高華白數(shù)的最大摻氫比例為42%。只有高熱值與高華白數(shù)均滿足要求，才認(rèn)為試驗(yàn)氣理論上可與12T天然氣互換。即摻氫比例小于等于23%的試驗(yàn)氣理論上可與12T天然氣互換。
② 不同燃具類型燃燒器，出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定的摻氫比例存在差異。在家用燃?xì)庠?、燃?xì)鉄崴?、燃?xì)夤┡療崴疇t、燃?xì)獯箦佋钪?，燃?xì)獯箦佋顚渥顬槊舾校霈F(xiàn)異響的摻氫比例為16%，出現(xiàn)回火的摻氫比例為17%。
3.1 熱值與華白數(shù)
1 m
燃?xì)馔耆紵螅瑹煔饫鋮s到初始溫度時(shí)所釋放的熱量為該燃?xì)獾臒嶂?，單位為MJ/m
，熱值分為高熱值和低熱值。實(shí)際使用的燃?xì)馔ǔＪ呛卸喾N可燃組分的混合氣體，因此燃?xì)鉄嶂悼梢酝ㄟ^單一氣體的熱值根據(jù)混合法進(jìn)行計(jì)算，公式為：
(1)
式中
——燃?xì)獾母邿嶂祷虻蜔嶂?，MJ/m
——燃?xì)庵锌扇冀M分的數(shù)量
式中
——燃?xì)獾母呷A白數(shù)或低華白數(shù)，MJ/m
——燃?xì)饪扇冀M分
的體積分?jǐn)?shù)
國家林草局三北防護(hù)林建設(shè)局相關(guān)工作人員說，三北防護(hù)林建設(shè)初期，種了許多楊樹是有原因的。三北地區(qū)，或是干旱風(fēng)沙區(qū)，或是水土流失地區(qū)，造林的立地條件極差，甚至可以說，種活一棵樹比養(yǎng)活一個(gè)孩子還難。楊樹好活，是最皮實(shí)的樹。苗木成本也相對較低，大量種楊樹是最經(jīng)濟(jì)的選擇。三四十年來，楊樹的生態(tài)功能發(fā)揮到極致——被稱為“小老樹”就是例證。它們在惡劣的自然條件下，抵擋著風(fēng)沙的侵襲，卻委屈了自己。
華白數(shù)是燃?xì)飧鹘M分含量改變時(shí)衡量熱負(fù)荷變化最重要的參數(shù)，兩種燃?xì)獾娜A白數(shù)相差不大，是保證燃?xì)饽軌蚧Q的最基本條件。華白數(shù)計(jì)算公式為：
(2)
——燃?xì)饪扇冀M分
的高熱值或低熱值，MJ/m
——燃?xì)獾南鄬γ芏?/p>
由式(2)可知，燃?xì)馊A白數(shù)是由燃?xì)獾膮?shù)決定的，當(dāng)燃具燃燒器結(jié)構(gòu)及噴嘴前壓力沒有變化且改用另一種燃?xì)鈺r(shí)，燃?xì)饨M成差異必定導(dǎo)致華白數(shù)變化。
3.2 不同摻氫比例對互換性的影響
根據(jù)GB/T 13611—2018《城鎮(zhèn)燃?xì)夥诸惡突咎匦浴罚?2T天然氣的特性指標(biāo)見表1。本文主要以表2中北京市某門站氣源為基礎(chǔ)氣進(jìn)行分析和試驗(yàn)。根據(jù)式(1)、(2)計(jì)算得到不同摻氫比例時(shí)混合氣的高華白數(shù)和高熱值，根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪圖得到試驗(yàn)氣高華白數(shù)和高熱值與摻氫比例的關(guān)系，同時(shí)根據(jù)12T天然氣的指標(biāo)范圍，確定可接受的摻氫比例，見圖1、2。圖1、2中紅色虛線框?qū)?yīng)12T天然氣的指標(biāo)范圍。
根據(jù)GB/T 13611—2018《城鎮(zhèn)燃?xì)夥诸惡突咎匦浴?，主要依?jù)高華白數(shù)和高熱值對城鎮(zhèn)燃?xì)膺M(jìn)行分類。本文選取北京市某門站氣源作為基礎(chǔ)氣進(jìn)行互換性計(jì)算，以12T天然氣的高華白數(shù)和高熱值范圍作為摻氫后互換性的評判依據(jù)，從而確定天然氣的最大摻氫比例。摻氫比例指混合氣體中氫氣的體積分?jǐn)?shù)。
4 居民用戶及商業(yè)用戶燃燒設(shè)備摻氫比例
早在大唐煤制氣(組成見表3)引入北京時(shí)，我們就對大唐煤制氣摻氫對居民用戶和商業(yè)用戶燃燒設(shè)備燃燒性能的影響進(jìn)行了研究。選取當(dāng)時(shí)市場上完全預(yù)混和部分預(yù)混的主流燃燒設(shè)備，試驗(yàn)測試了不同摻氫比例(氫氣體積分?jǐn)?shù)為0～60%)對燃燒設(shè)備燃燒性能的影響。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，居民用戶和商業(yè)用戶燃燒設(shè)備對燃?xì)鉄嶂导肮?yīng)連續(xù)性要求不高，對氫的敏感性較弱，且摻氫后污染物排放有不同程度的減少。以摻氫比例為5%為例，與不摻氫氣相比，各燃燒設(shè)備污染物排放情況見表4。
翻轉(zhuǎn)課堂起源于國外，國內(nèi)相關(guān)研究起步相對較晚，可以說國外的研究趨勢是國內(nèi)研究的風(fēng)向標(biāo)，了解國外文獻(xiàn)研究方向，對國內(nèi)研究具有重要的指導(dǎo)意義。我們在對翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行了深入細(xì)致的理論溯源之后，結(jié)合其他國外有關(guān)翻轉(zhuǎn)課堂的研究文獻(xiàn)，尤其是大學(xué)層面的研究，不難發(fā)現(xiàn)已經(jīng)產(chǎn)生了三大主要研究趨勢：
試驗(yàn)研究得出如下結(jié)果：
3.1.7 其他原因 沒有規(guī)范的液體出入量記錄流程，缺乏相關(guān)人員培訓(xùn)，管理者監(jiān)督不力，夜班護(hù)理人員工作負(fù)荷較大，身心俱疲，注意力無法集中等都是造成出入量記錄不正確的相關(guān)因素。
① 當(dāng)摻氫比例約為50%時(shí)，燃?xì)馊紵俣扔兴龃?，可克服因天然氣火焰軟而影響熱效率這一缺點(diǎn)，可以提高燃燒器的加熱效率。但是，燃燒噪聲也會變大，甚至發(fā)生回火。
在傳統(tǒng)大學(xué)普通化學(xué)教學(xué)的過程中，教師只是根據(jù)教材內(nèi)容一味地傳授學(xué)生知識，教學(xué)過程是枯燥的。學(xué)生也只能無意識情緒不加區(qū)分地全盤接受，學(xué)習(xí)過程是被動的。在這種狀態(tài)下學(xué)習(xí)，學(xué)生是很難激發(fā)學(xué)習(xí)興趣的，同時(shí)也不利于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維。將多媒體應(yīng)用在大學(xué)教學(xué)中，可以充分發(fā)揮多媒體的作用，既強(qiáng)化了教師與學(xué)生間的互動，又提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，還調(diào)動了學(xué)生的主觀能動性。
③ 隨著摻氫比例不斷增大，主要污染物CO和NO
的體積分?jǐn)?shù)均存在一定程度的降低，有較好的環(huán)境效應(yīng)。
截至2020年底，北京市共運(yùn)行14座電廠，燃?xì)廨啓C(jī)主要來自于三菱、西門子、GE公司。西門子的燃?xì)廨啓C(jī)要求摻氫比例小于1%，三菱和GE的燃?xì)廨啓C(jī)要求摻氫比例小于3%。當(dāng)摻氫比例過高時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)的非耐火部件會損壞，氫氣燃燒擴(kuò)散速度快，火焰更靠近燃燒器，容易導(dǎo)致燃燒器超溫、熔損。摻氫比例控制不穩(wěn)定，會引起華白數(shù)頻繁波動，可能引起燃?xì)廨啓C(jī)燃燒脈動異常，造成燃燒系統(tǒng)部件損壞。但有國外學(xué)者認(rèn)為，經(jīng)過整改和調(diào)整的燃?xì)廨啓C(jī)一般能適應(yīng)5%～10%的摻氫比例。
5 供暖用戶燃燒設(shè)備摻氫比例
目前北京市供暖用氣占比較大，供暖用戶是天然氣的重要使用單位，因此天然氣摻氫也需重點(diǎn)考慮供暖用戶的情況。2019年，國家電投集團(tuán)在朝陽市的摻氫示范項(xiàng)目(摻氫比例為10%)，驗(yàn)證示范了氫氣“制取—儲運(yùn)—摻混—綜合利用”產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)，其中重要的一環(huán)就是在鍋爐等終端利用設(shè)備使用。根據(jù)國際能源署(IEA)對天然氣價(jià)值鏈各環(huán)節(jié)允許的最大摻氫比例的闡述可知，鍋爐的最大摻氫比例為30%。英國HyDeploy摻氫示范項(xiàng)目的摻氫比例達(dá)20%
，測試的設(shè)備包括燃?xì)忮仩t，測試結(jié)果表明，所測試的各種設(shè)備均能在該摻氫比例下安全運(yùn)行。
6 燃?xì)廨啓C(jī)等特殊燃燒設(shè)備摻氫比例
④ 綜合互換性計(jì)算與試驗(yàn)研究結(jié)果可知，16%的摻氫比例不會對目前的居民用戶及商業(yè)用戶燃燒設(shè)備產(chǎn)生顯著影響。
目前，北京市共運(yùn)行11座CNG加氣母站，主要供氣來源為次高壓管網(wǎng)。根據(jù)文獻(xiàn)[5-6]，壓縮機(jī)對氫較為敏感，要求的摻氫比例較小。北京燃?xì)饧瘓F(tuán)建設(shè)的西集天然氣液化工廠，緊鄰西集門站，為4 MPa高壓氣源，液化工廠的冷箱要求天然氣不能含有氫氣，一旦混入氫氣，無法將其脫除。
綜合分析，建議在不進(jìn)行改造的情況下，供給電廠、CNG加氣母站、天然氣液化工廠的天然氣避免摻氫。
7 結(jié)論
① 只有高熱值與高華白數(shù)均滿足12T天然氣的指標(biāo)范圍，才認(rèn)為試驗(yàn)氣(摻氫后的天然氣)理論上可與12T天然氣互換。計(jì)算得出，摻氫比例小于等于23%的試驗(yàn)氣理論上可與12T天然氣互換。
由于各國之間的經(jīng)濟(jì)政策各不相同，導(dǎo)致各國的經(jīng)濟(jì)體制也存在一定的差異。中國作為發(fā)展中的大國，雖然人口眾多，但單純就經(jīng)濟(jì)的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)狀來分析，中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展仍然處于初級階段。在改革開放之后，我國政府部門對我國的經(jīng)濟(jì)進(jìn)行了調(diào)整，包括出口關(guān)稅、出口政策、出口商品等方面。隨著國際貿(mào)易的發(fā)展，我國逐漸與周邊國家形成友好的合作關(guān)系。但在經(jīng)濟(jì)貿(mào)易往來中，仍然會存在一些問題阻礙我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。近年來，經(jīng)濟(jì)環(huán)境在不斷變化，我國經(jīng)濟(jì)始終處于動蕩時(shí)期，我國大部分企業(yè)的資金比較緊張，在流動資金方面進(jìn)行控制，導(dǎo)致我國企業(yè)的可流動資金過少，給企業(yè)發(fā)展帶來了危機(jī)[3]。
② 綜合互換性計(jì)算與試驗(yàn)研究結(jié)果及示范項(xiàng)目可知，10%的摻氫比例不會對居民用戶燃燒設(shè)備產(chǎn)生顯著影響。隨著摻氫比例不斷增大，主要污染物排放均存在一定程度的降低。
③ 城市燃?xì)庥脩糁泄┡脩粲脷饬空急容^大，且居民用戶、商業(yè)用戶燃燒設(shè)備更新?lián)Q代快，建議對摻氫對這些用戶燃燒設(shè)備燃燒性能的影響進(jìn)行系統(tǒng)性研究。
目前，陽圩農(nóng)場芒果種植面積達(dá)1.03萬畝，投產(chǎn)面積0.79萬畝，年產(chǎn)量0.77萬噸，產(chǎn)值3846.82萬元。在此基礎(chǔ)上，農(nóng)場進(jìn)一步加強(qiáng)管理監(jiān)督，探索現(xiàn)代農(nóng)業(yè)新技術(shù)，加強(qiáng)服務(wù)引導(dǎo)，樹立品牌意識，努力培育地方名牌產(chǎn)品，還帶動周邊農(nóng)民種植芒果3萬多畝，為地方農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展注入了強(qiáng)勁動力。
④ 電廠的燃?xì)廨啓C(jī)、CNG加氣母站的壓縮機(jī)、天然氣液化工廠的冷箱對氫敏感性強(qiáng)，目前可接受的摻氫比例較低，建議避免向此類用戶的氣源摻氫。隨著技術(shù)的發(fā)展以及工藝的改進(jìn)，未來也存在向此類用戶摻氫的可能性。
[1] 國家發(fā)展改革委. 關(guān)于印發(fā)《綠色產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)目錄(2019 年版)》的通知[EB/OL]. [2019-02-14]. https://www.ndrc.gov.cn/fggz/hjyzy/stwmjs/201903/t20190305_ 1220 625.html.
[2] 謝萍,伍奕,李長俊,等. 混氫天然氣管道輸送技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 油氣儲運(yùn),2021(4):361-370.
[3] 陳石義,龍海洋,李天雷,等. 天然氣管道摻氫探討[J]. 天然氣與石油,2020(6):22-26.
[4] ISAAC T. HyDeploy: The UK’s first hydrogen blending deployment project[J]. Clean Energy,2019(2):114-125.
[5] 趙永志,張鑫,鄭津洋,等. 摻氫天然氣管道輸送安全技術(shù)[J]. 化工機(jī)械,2016(1):1-7.
[6] 曹志柱,劉安,宇波,等. 天然氣管道典型離心壓縮機(jī)性能預(yù)測研究[J]. 北京石油化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2018(3)：14-20.
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1 概述
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。氫能將成為未來能源體系的重要組成部分，預(yù)計(jì)到2050年，氫能在全球終端能源的占比將達(dá)到18%，在我國終端能源體系占比將達(dá)到10%以上。2019年3月5日，國家發(fā)改委印發(fā)的《綠色產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)目錄(2019 年版)》，將“氫摻入天然氣管道等設(shè)施的建設(shè)和運(yùn)營”列入其中。
第一，興趣激勵法：興趣是最好的老師，要讓學(xué)生產(chǎn)生濃厚的興趣，首先必須讓他們放下沉重的思想包袱，把求知本身變成一個(gè)極大的樂趣。
氫氣與天然氣相比，污染更小，不會產(chǎn)生溫室氣體。但目前氫氣儲運(yùn)設(shè)施不完善，利用天然氣管道混輸氫氣，不僅有利于減少溫室氣體的排放，燃燒產(chǎn)物也更為清潔，在降低天然氣企業(yè)減排成本的同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)氫氣的低成本遠(yuǎn)距離輸送，增強(qiáng)氫氣生產(chǎn)企業(yè)的調(diào)配效率
。在摻氫比例滿足燃?xì)饣Q性的要求下，終端用戶也無需更換燃具燃燒器，不會增加額外的更換成本。然而由于氫氣燃燒性質(zhì)與天然氣不同，氫的摻入會使點(diǎn)火能量和熱值降低，可燃范圍和爆炸極限范圍增大。因此本文主要研究了摻入不同比例氫氣對居民用戶、商業(yè)用戶、供暖用戶、電廠以及一些特殊用戶燃燒器的燃燒性能的影響。
2 燃?xì)庥脩纛愋?/h2>
以北京市為例，目前天然氣在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占比為34%，天然氣供暖面積占全市供暖面積的80%以上。
北京市天然氣用戶種類多，目前天然氣燃燒設(shè)備主要包括居民用戶的灶具、供暖熱水爐、熱水器，商業(yè)用戶的大鍋灶，供暖用戶的鍋爐，電廠用戶的燃?xì)廨啓C(jī)。此外，CNG加氣母站利用壓縮機(jī)將管道天然氣加壓后供給用戶；天然氣液化工廠將管道天然氣凈化處理后送至冷箱液化，供給LNG用戶。不同種類用戶對于燃?xì)獾臒嶂?、連續(xù)性以及氫敏感性均有所差異，在進(jìn)行管道天然氣摻氫時(shí)，應(yīng)分別予以考慮。
與此同時(shí)，云南電網(wǎng)公司積極配合云南省能源局開展省級充電聯(lián)盟的籌建，并與省能源局簽訂了“加快充電基礎(chǔ)設(shè)施及平臺建設(shè)推動云南新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略合作框架協(xié)議”;積極參與地方政府“十三五”電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展規(guī)劃編制，促進(jìn)電網(wǎng)規(guī)劃、充電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、城市規(guī)劃同步協(xié)調(diào)，并與玉溪、曲靖、普洱等地方政府簽訂了框架合作協(xié)議，合力推進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展;印發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步推動電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和服務(wù)工作的通知》，優(yōu)化審批流程，開通充電基礎(chǔ)設(shè)施用電報(bào)裝“綠色通道”，全力做好配套電網(wǎng)投資及業(yè)擴(kuò)報(bào)裝用電服務(wù)。
3 天然氣摻氫互換性計(jì)算
從圖1、2可以看出，試驗(yàn)氣滿足12T天然氣高熱值范圍的最大摻氫比例為23%，滿足12T天然氣高華白數(shù)的最大摻氫比例為42%。只有高熱值與高華白數(shù)均滿足要求，才認(rèn)為試驗(yàn)氣理論上可與12T天然氣互換。即摻氫比例小于等于23%的試驗(yàn)氣理論上可與12T天然氣互換。
② 不同燃具類型燃燒器，出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定的摻氫比例存在差異。在家用燃?xì)庠?、燃?xì)鉄崴?、燃?xì)夤┡療崴疇t、燃?xì)獯箦佋钪?，燃?xì)獯箦佋顚渥顬槊舾校霈F(xiàn)異響的摻氫比例為16%，出現(xiàn)回火的摻氫比例為17%。
3.1 熱值與華白數(shù)
1 m
燃?xì)馔耆紵螅瑹煔饫鋮s到初始溫度時(shí)所釋放的熱量為該燃?xì)獾臒嶂?，單位為MJ/m
，熱值分為高熱值和低熱值。實(shí)際使用的燃?xì)馔ǔＪ呛卸喾N可燃組分的混合氣體，因此燃?xì)鉄嶂悼梢酝ㄟ^單一氣體的熱值根據(jù)混合法進(jìn)行計(jì)算，公式為：
(1)
式中
——燃?xì)獾母邿嶂祷虻蜔嶂?，MJ/m
——燃?xì)庵锌扇冀M分的數(shù)量
式中
——燃?xì)獾母呷A白數(shù)或低華白數(shù)，MJ/m
——燃?xì)饪扇冀M分
的體積分?jǐn)?shù)
國家林草局三北防護(hù)林建設(shè)局相關(guān)工作人員說，三北防護(hù)林建設(shè)初期，種了許多楊樹是有原因的。三北地區(qū)，或是干旱風(fēng)沙區(qū)，或是水土流失地區(qū)，造林的立地條件極差，甚至可以說，種活一棵樹比養(yǎng)活一個(gè)孩子還難。楊樹好活，是最皮實(shí)的樹。苗木成本也相對較低，大量種楊樹是最經(jīng)濟(jì)的選擇。三四十年來，楊樹的生態(tài)功能發(fā)揮到極致——被稱為“小老樹”就是例證。它們在惡劣的自然條件下，抵擋著風(fēng)沙的侵襲，卻委屈了自己。
華白數(shù)是燃?xì)飧鹘M分含量改變時(shí)衡量熱負(fù)荷變化最重要的參數(shù)，兩種燃?xì)獾娜A白數(shù)相差不大，是保證燃?xì)饽軌蚧Q的最基本條件。華白數(shù)計(jì)算公式為：
(2)
——燃?xì)饪扇冀M分
的高熱值或低熱值，MJ/m
——燃?xì)獾南鄬γ芏?/p>
由式(2)可知，燃?xì)馊A白數(shù)是由燃?xì)獾膮?shù)決定的，當(dāng)燃具燃燒器結(jié)構(gòu)及噴嘴前壓力沒有變化且改用另一種燃?xì)鈺r(shí)，燃?xì)饨M成差異必定導(dǎo)致華白數(shù)變化。
3.2 不同摻氫比例對互換性的影響
根據(jù)GB/T 13611—2018《城鎮(zhèn)燃?xì)夥诸惡突咎匦浴罚?2T天然氣的特性指標(biāo)見表1。本文主要以表2中北京市某門站氣源為基礎(chǔ)氣進(jìn)行分析和試驗(yàn)。根據(jù)式(1)、(2)計(jì)算得到不同摻氫比例時(shí)混合氣的高華白數(shù)和高熱值，根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪圖得到試驗(yàn)氣高華白數(shù)和高熱值與摻氫比例的關(guān)系，同時(shí)根據(jù)12T天然氣的指標(biāo)范圍，確定可接受的摻氫比例，見圖1、2。圖1、2中紅色虛線框?qū)?yīng)12T天然氣的指標(biāo)范圍。
根據(jù)GB/T 13611—2018《城鎮(zhèn)燃?xì)夥诸惡突咎匦浴?，主要依?jù)高華白數(shù)和高熱值對城鎮(zhèn)燃?xì)膺M(jìn)行分類。本文選取北京市某門站氣源作為基礎(chǔ)氣進(jìn)行互換性計(jì)算，以12T天然氣的高華白數(shù)和高熱值范圍作為摻氫后互換性的評判依據(jù)，從而確定天然氣的最大摻氫比例。摻氫比例指混合氣體中氫氣的體積分?jǐn)?shù)。
4 居民用戶及商業(yè)用戶燃燒設(shè)備摻氫比例
早在大唐煤制氣(組成見表3)引入北京時(shí)，我們就對大唐煤制氣摻氫對居民用戶和商業(yè)用戶燃燒設(shè)備燃燒性能的影響進(jìn)行了研究。選取當(dāng)時(shí)市場上完全預(yù)混和部分預(yù)混的主流燃燒設(shè)備，試驗(yàn)測試了不同摻氫比例(氫氣體積分?jǐn)?shù)為0～60%)對燃燒設(shè)備燃燒性能的影響。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，居民用戶和商業(yè)用戶燃燒設(shè)備對燃?xì)鉄嶂导肮?yīng)連續(xù)性要求不高，對氫的敏感性較弱，且摻氫后污染物排放有不同程度的減少。以摻氫比例為5%為例，與不摻氫氣相比，各燃燒設(shè)備污染物排放情況見表4。
翻轉(zhuǎn)課堂起源于國外，國內(nèi)相關(guān)研究起步相對較晚，可以說國外的研究趨勢是國內(nèi)研究的風(fēng)向標(biāo)，了解國外文獻(xiàn)研究方向，對國內(nèi)研究具有重要的指導(dǎo)意義。我們在對翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行了深入細(xì)致的理論溯源之后，結(jié)合其他國外有關(guān)翻轉(zhuǎn)課堂的研究文獻(xiàn)，尤其是大學(xué)層面的研究，不難發(fā)現(xiàn)已經(jīng)產(chǎn)生了三大主要研究趨勢：
試驗(yàn)研究得出如下結(jié)果：
3.1.7 其他原因 沒有規(guī)范的液體出入量記錄流程，缺乏相關(guān)人員培訓(xùn)，管理者監(jiān)督不力，夜班護(hù)理人員工作負(fù)荷較大，身心俱疲，注意力無法集中等都是造成出入量記錄不正確的相關(guān)因素。
① 當(dāng)摻氫比例約為50%時(shí)，燃?xì)馊紵俣扔兴龃?，可克服因天然氣火焰軟而影響熱效率這一缺點(diǎn)，可以提高燃燒器的加熱效率。但是，燃燒噪聲也會變大，甚至發(fā)生回火。
在傳統(tǒng)大學(xué)普通化學(xué)教學(xué)的過程中，教師只是根據(jù)教材內(nèi)容一味地傳授學(xué)生知識，教學(xué)過程是枯燥的。學(xué)生也只能無意識情緒不加區(qū)分地全盤接受，學(xué)習(xí)過程是被動的。在這種狀態(tài)下學(xué)習(xí)，學(xué)生是很難激發(fā)學(xué)習(xí)興趣的，同時(shí)也不利于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維。將多媒體應(yīng)用在大學(xué)教學(xué)中，可以充分發(fā)揮多媒體的作用，既強(qiáng)化了教師與學(xué)生間的互動，又提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，還調(diào)動了學(xué)生的主觀能動性。
③ 隨著摻氫比例不斷增大，主要污染物CO和NO
的體積分?jǐn)?shù)均存在一定程度的降低，有較好的環(huán)境效應(yīng)。
截至2020年底，北京市共運(yùn)行14座電廠，燃?xì)廨啓C(jī)主要來自于三菱、西門子、GE公司。西門子的燃?xì)廨啓C(jī)要求摻氫比例小于1%，三菱和GE的燃?xì)廨啓C(jī)要求摻氫比例小于3%。當(dāng)摻氫比例過高時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)的非耐火部件會損壞，氫氣燃燒擴(kuò)散速度快，火焰更靠近燃燒器，容易導(dǎo)致燃燒器超溫、熔損。摻氫比例控制不穩(wěn)定，會引起華白數(shù)頻繁波動，可能引起燃?xì)廨啓C(jī)燃燒脈動異常，造成燃燒系統(tǒng)部件損壞。但有國外學(xué)者認(rèn)為，經(jīng)過整改和調(diào)整的燃?xì)廨啓C(jī)一般能適應(yīng)5%～10%的摻氫比例。
5 供暖用戶燃燒設(shè)備摻氫比例
目前北京市供暖用氣占比較大，供暖用戶是天然氣的重要使用單位，因此天然氣摻氫也需重點(diǎn)考慮供暖用戶的情況。2019年，國家電投集團(tuán)在朝陽市的摻氫示范項(xiàng)目(摻氫比例為10%)，驗(yàn)證示范了氫氣“制取—儲運(yùn)—摻混—綜合利用”產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)，其中重要的一環(huán)就是在鍋爐等終端利用設(shè)備使用。根據(jù)國際能源署(IEA)對天然氣價(jià)值鏈各環(huán)節(jié)允許的最大摻氫比例的闡述可知，鍋爐的最大摻氫比例為30%。英國HyDeploy摻氫示范項(xiàng)目的摻氫比例達(dá)20%
，測試的設(shè)備包括燃?xì)忮仩t，測試結(jié)果表明，所測試的各種設(shè)備均能在該摻氫比例下安全運(yùn)行。
6 燃?xì)廨啓C(jī)等特殊燃燒設(shè)備摻氫比例
④ 綜合互換性計(jì)算與試驗(yàn)研究結(jié)果可知，16%的摻氫比例不會對目前的居民用戶及商業(yè)用戶燃燒設(shè)備產(chǎn)生顯著影響。
目前，北京市共運(yùn)行11座CNG加氣母站，主要供氣來源為次高壓管網(wǎng)。根據(jù)文獻(xiàn)[5-6]，壓縮機(jī)對氫較為敏感，要求的摻氫比例較小。北京燃?xì)饧瘓F(tuán)建設(shè)的西集天然氣液化工廠，緊鄰西集門站，為4 MPa高壓氣源，液化工廠的冷箱要求天然氣不能含有氫氣，一旦混入氫氣，無法將其脫除。
綜合分析，建議在不進(jìn)行改造的情況下，供給電廠、CNG加氣母站、天然氣液化工廠的天然氣避免摻氫。
7 結(jié)論
① 只有高熱值與高華白數(shù)均滿足12T天然氣的指標(biāo)范圍，才認(rèn)為試驗(yàn)氣(摻氫后的天然氣)理論上可與12T天然氣互換。計(jì)算得出，摻氫比例小于等于23%的試驗(yàn)氣理論上可與12T天然氣互換。
由于各國之間的經(jīng)濟(jì)政策各不相同，導(dǎo)致各國的經(jīng)濟(jì)體制也存在一定的差異。中國作為發(fā)展中的大國，雖然人口眾多，但單純就經(jīng)濟(jì)的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)狀來分析，中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展仍然處于初級階段。在改革開放之后，我國政府部門對我國的經(jīng)濟(jì)進(jìn)行了調(diào)整，包括出口關(guān)稅、出口政策、出口商品等方面。隨著國際貿(mào)易的發(fā)展，我國逐漸與周邊國家形成友好的合作關(guān)系。但在經(jīng)濟(jì)貿(mào)易往來中，仍然會存在一些問題阻礙我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。近年來，經(jīng)濟(jì)環(huán)境在不斷變化，我國經(jīng)濟(jì)始終處于動蕩時(shí)期，我國大部分企業(yè)的資金比較緊張，在流動資金方面進(jìn)行控制，導(dǎo)致我國企業(yè)的可流動資金過少，給企業(yè)發(fā)展帶來了危機(jī)[3]。
② 綜合互換性計(jì)算與試驗(yàn)研究結(jié)果及示范項(xiàng)目可知，10%的摻氫比例不會對居民用戶燃燒設(shè)備產(chǎn)生顯著影響。隨著摻氫比例不斷增大，主要污染物排放均存在一定程度的降低。
③ 城市燃?xì)庥脩糁泄┡脩粲脷饬空急容^大，且居民用戶、商業(yè)用戶燃燒設(shè)備更新?lián)Q代快，建議對摻氫對這些用戶燃燒設(shè)備燃燒性能的影響進(jìn)行系統(tǒng)性研究。
目前，陽圩農(nóng)場芒果種植面積達(dá)1.03萬畝，投產(chǎn)面積0.79萬畝，年產(chǎn)量0.77萬噸，產(chǎn)值3846.82萬元。在此基礎(chǔ)上，農(nóng)場進(jìn)一步加強(qiáng)管理監(jiān)督，探索現(xiàn)代農(nóng)業(yè)新技術(shù)，加強(qiáng)服務(wù)引導(dǎo)，樹立品牌意識，努力培育地方名牌產(chǎn)品，還帶動周邊農(nóng)民種植芒果3萬多畝，為地方農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展注入了強(qiáng)勁動力。
④ 電廠的燃?xì)廨啓C(jī)、CNG加氣母站的壓縮機(jī)、天然氣液化工廠的冷箱對氫敏感性強(qiáng)，目前可接受的摻氫比例較低，建議避免向此類用戶的氣源摻氫。隨著技術(shù)的發(fā)展以及工藝的改進(jìn)，未來也存在向此類用戶摻氫的可能性。
[1] 國家發(fā)展改革委. 關(guān)于印發(fā)《綠色產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)目錄(2019 年版)》的通知[EB/OL]. [2019-02-14]. https://www.ndrc.gov.cn/fggz/hjyzy/stwmjs/201903/t20190305_ 1220 625.html.
[2] 謝萍,伍奕,李長俊,等. 混氫天然氣管道輸送技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 油氣儲運(yùn),2021(4):361-370.
[3] 陳石義,龍海洋,李天雷,等. 天然氣管道摻氫探討[J]. 天然氣與石油,2020(6):22-26.
[4] ISAAC T. HyDeploy: The UK’s first hydrogen blending deployment project[J]. Clean Energy,2019(2):114-125.
[5] 趙永志,張鑫,鄭津洋,等. 摻氫天然氣管道輸送安全技術(shù)[J]. 化工機(jī)械,2016(1):1-7.
[6] 曹志柱,劉安,宇波,等. 天然氣管道典型離心壓縮機(jī)性能預(yù)測研究[J]. 北京石油化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2018(3)：14-20.
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