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燃氣質量之甲烷值

燃氣質量之甲烷值

  • 分類:行業新聞
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  • 來源:
  • 發布時間:2019-06-07 00:17
  • 訪問量:18

燃氣質量之甲烷值

  在開發新的燃氣項目的時候,尤其是非天然氣的項目,大家一定會從主機廠(或代理商)那里聽到一句話:“把燃氣成分發過來我算一下”。發過去之后,通常就能得到機組的選型,輸出功率等重要的參數。他們到底算了什么?為什么非要燃氣成分?今天我們就來說兩個燃氣中非常重要的數據——甲烷值和低熱值。

  主機廠提供的整個技術數據表,尤其事燃氣內燃機的輸出功率、發電效率等幾個核心的參數,都是基于一定燃氣成分的。如果燃氣條件發生變化,發動機的運行狀況有可能會發生變化,主機廠也不再按照技術數據表來保證發動機的性能。

  而燃氣成分,歸根到底可以總結成兩個數據:甲烷值(MethaneNumber,有的廠家稱為甲烷數)和低熱值(Low Heat Value),各主機廠都會在其數據表的顯眼位置標注出這兩個數據,下圖是曼海姆和卡特彼勒的技術數據表的表頭。

  甲烷值

  甲烷值是一個非常抽象的概念,最難解釋清楚的專有名詞之一。

  燃氣在內燃機中燃燒,雖然每次點火燃燒的過程只有短短的幾毫秒,但整個燃燒過程必須是可控的,否則會對發動機造成極大的損害。不受控的燃燒被稱為爆震(或爆燃),而甲烷值就是衡量燃氣抵抗爆震能力的指標。如果還不能理解,可以想象一下汽油的標號,兩者是同一類概念。

  在甲烷值的測定中,把氫氣的甲烷值定義為0,甲烷的甲烷值定義為100,按照不同的比例把甲烷和氫氣進行混合,就可以得到甲烷值在0-100之間的標準氣體。把要測定的氣體和混合好的標準氣體進行比較,如果抗爆性能相同,就得到了需測定的燃氣的甲烷值。

  甲烷值越高越好,低到一定程度,該燃氣就無法利用在內燃機上。

 

燃氣質量之甲烷值

  根據科普經驗,說到了這里,一句重要的話必須要說上三遍:

  甲烷值不是甲烷含量!

  甲烷值不是甲烷含量!!

  甲烷值不是甲烷含量!!!

  只有甲烷和氫氣的混合氣中,甲烷值等于甲烷含量,因為這剛好就是甲烷值的定義。只要燃氣中含有任何其他成分,甲烷值就不等于甲烷含量。

  在可燃氣體中,純氣的甲烷值如下:

  甲烷 100

  乙烷 46.6

  丙烷 33

  正丁烷 15

  異丁烷 10

  氫氣 0

  從上面幾個數據可以看到,氫氣的甲烷值為0,這意味著燃燒極度不受控,這也正是氫氣無法利用在內燃機里的最重要的原因。

  在烷烴系列中,隨著分子量的加大,甲烷值急劇下降,因此在氣體成分復雜,比如石油井口氣的項目中,燃氣成分分析極其重要。

  氧氣氮氣等非可燃氣體,幾乎對甲烷值的測定沒有影響,所以瓦斯氣(甲烷和空氣的混合氣)的甲烷值,幾乎就是100。

  上面說到了甲烷值通常是在0-100之間,常規情況下是這樣的沒錯,但在這里需要補充一個特例:沼氣。

  沼氣的甲烷值通常在130以上,因為典型沼氣成分是55%的CH4,45%的CO2。在發動機的氣缸里,CH4是燃燒做功的有效成分,而通常用在滅火器里的CO2,可以起到抑制爆燃的作用。所以含有大量CO2這類惰性氣體的燃氣,甲烷值是可以大于100的。

  關于甲烷值的總結

  大部分燃氣機組對甲烷值的要求為>80,少部分可達50,極少數可以達30

  甲烷值越低,功率折損越嚴重,低到一定程度,該氣體就無法用于內燃機

  天然氣、LNG、煤層氣MN通常>90

  生物沼氣、垃圾填埋氣MN通常>130

  石油伴生氣因含有大量高分子烷烴,MN變化極大,30-80均有可能

  低熱值

  同為燃氣的重要參數,低熱值比甲烷值就要友好了很多,比較好理解。

  熱值分為高熱值和低熱值,其定義如下:

  高熱值,指單位燃燒氣體完全燃燒后,其煙氣被冷卻到初始溫度,其中的水蒸氣以凝結水的狀態排出時,所釋放的全部熱量。

  低熱值,指單位燃料氣體完全燃燒后,其煙氣被冷卻到初始溫度,其中的水蒸氣以蒸汽的狀態排出時,所釋放的全部熱量。

  燃氣內燃機中采用低熱值作為燃料熱值的衡量指標。

  燃氣熱值越高越好,低到一定程度,該燃氣就無法利用在內燃機上。

  可燃氣體中,大體上分子量越大,低熱值越高。因此低熱值高到一定程度,就會碰到因高分子含量高,甲烷值過低的問題,這樣的燃氣同樣無法利用。

  關于低熱值的總結

  CH4的低熱值約為36MJ/Nm3,烷烴類氣體,分子量越大,低熱值越高。

  低熱值越高,意味著能量密度提高,但同時意味著MN減小,抗爆性變差。

  大多數情況下,低熱值>45MJ/Nm3,就不再適用于內燃機。

  大多數天然氣機組要求熱值>30MJ/Nm3,大約相當于80%以上CH4

  沼氣機組熱值要求>18MJ/Nm3,大約相當于50%左右CH4

  瓦斯機組熱值要求>10MJ/Nm3,大約相當于30%左右CH4

  低濃瓦斯機組可利用3MJ/Nm3的氣體,相當于10%以下CH4

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