Analiza możliwości zamienności i zmian jakościowych gazów w aspekcie bezpiecznego użytkowania i wspomagania zasilania sieci gazu ziemnego z zastosowaniem równoważnych mieszanin gazowych

Wzrost zużycia gazu ziemnego przez odbiorców komunalnych oraz rozwój przemysłu w szczególności petrochemicznego i chemicznego sprawił, że na całym świecie wzrosło zainteresowanie zastosowaniem gazów zamiennych za gaz ziemny, zarówno jako mieszanin gazów palnych, jak i jako mieszanin gazów płynnych z powietrzem (SNG - syntetyczny gaz ziemny). Przeprowadzane analizy ekonomiczne w wielu przypadkach dowodzą, że zapewnienie wymienności paliwa gazowego kosztowało by mniej niż zwiększenie przepustowości gazociągów dla dostarczenia tej samej ilości gazu ziemnego. Ponadto systemy i instalacje SNG, można by uznać za inwestycje poprawiające bezpieczeństwo i elastyczność dostaw gazu. Znane dotychczasowe metody określania zamienności gazów w przyborach gazowych oparte są na liczbie Wobbego, która decyduje o obciążeniu cieplnym przyboru i szybkości spalania, z którą z kolei związana jest stabilność płomienia. Przekroczenie liczby Wobbego o pewną wartość powoduje wzrost ilości tlenku węgla w spalinach ponad dopuszczalne stężenie. Sposoby określające wymienność gazów charakteryzują dany gaz w odniesieniu do opisanych wyżej zjawisk za pomocą wskaźników liczbowych lub za pomocą diagramów wymienności, na których gaz jest scharakteryzowany przez położenie punktu w układzie współrzędnych. Najbardziej znaną metodą określenia zamienności gazów jest metoda Delbourga, w której gaz scharakteryzowany jest przez skorygowaną (rozszerzoną) liczbę Wobbego (Wr), potencjał spalania, współczynnik tworzenia się sadzy (Ich) oraz współczynnik powstawania żółtych końców (Ij). Uniwersalnym sposobem określenia zamienności gazu jest również metoda rachunkowa Weavera. Nie wymaga ona określenia gazu odniesienia. Przeznaczona jest dla przyborów gazowych użytku domowego i ciśnienia gazu p = 1,25 kPa. Kryteria zmienności gazów i definicja zamienności w praktyce dotyczy spalania gazów w przyborach gazowych. W przypadku wymiany gazu w piecach przemysłowych kryteria zamienności są zazwyczaj mało przydatne z powodu innych warunków spalania i wymiany ciepła. W przemysłowych piecach grzewczych gaz spala się w zamkniętych komorach spalania. Dopływ powietrza jest regulowany. Spaliny odprowadzane są kanałami i kominem do atmosfery. Różnica temperatur nagrzewanego wsadu (paliwa gazowego) i płomienia jest dużo mniejsza niż w przypadku przyborów gazowych domowego użytku. W piecach wymiana ciepła odbywa się głównie przez promieniowanie w 85% do 95%. Wartość strumienia cieplnego płynącego od gazu do ogrzewanego wsadu nie jest proporcjonalne do obciążenia cieplnego palników. Zamienność gazów związana jest dodawaniem do gazu ziemnego pewnej ilości gazu będącego substytutem naturalnego gazu ziemnego przy spełnieniu kryteriów zamienności w celu zagwarantowania pewności dostaw gazu ziemnego do odbiorców. Gazy mogące być użyte w procesach mieszania i wykorzystane jako gazy zamienne to przede wszystkim propan lub mieszaniny propan - butan (LPG - Liquid Petroleum Gas), gazy wysypiskowe lub biogazy (LFG - Landfilll Gas) oraz eter dimetylowy (DME). Jedną z bardziej znanych mieszanek gazowych stosowanych w wielu krajach świata do wyrównywania szczytowych zapotrzebowa  jest mieszanka zawierająca ok. 75% gazu ziemnego i ok. 25% mieszanki propan / powietrze, (LPG / air). Również w Polsce przygotowywana jest zmiana przepisów w tym względzie (obecnie zawartość tlenu w sieci gazowej nie może przekraczać 0,2%). W artykule przeprowadzono obliczenia zamienności mieszanin paliw gazowych LFG - LPG i LPG - powietrze (SNG) za gaz ziemny. Określono, czy analizowane mieszaniny mają podobne stabilne strefy płomienia niezależnie od jakości LFG i czy paliwa te mogą w pełni lub w części zastąpić CH4, bez żadnych modyfikacji urządzeń zasysających powietrze do spalania. Uzyskane wyniki, pozwolą stwierdzić, czy paliwa te mogą być wykorzystane jako zamienne za gaz ziemny użytkowany we wspomnianych urządzeniach gospodarstwa domowego i ewentualnie palnikach przemysłowych. W związku z możliwością zmian jakości LFG w zależności od takich czynników jak czas składowania, sposób obróbki wstępnej, zostanie określony również stopień wymienności LFG jako paliwa mieszanego w odniesieniu do jego jakości.

Czasopismo: Wiertnictwo, Nafta, Gaz
Dziedziny: nauki inżynieryjno-techniczne
Dyscypliny: inżynieria środowiska, górnictwo i energetyka