第二節 城鎮燃氣的分類與互換

城鎮燃氣習慣上按其成因的不同主要分為天然氣、人工燃氣、液化石油氣和沼氣等類型。不同類別燃氣的組分、熱值和燃燒特性等也各異。從應用的角度，如果以熱值和燃燒特性作為特征對燃氣進行適當的分類，使用戶可以按不同的需求選擇燃氣類別，這對提高各類燃氣的能源價值是十分有益的。

國際煤氣工業聯盟曾于1967年第十屆國際煤氣工業會議推薦將燃氣分為三類，每類又分為幾組：

第一類為人工燃氣，華白指數為23.865～31.401MJ/m³（5700～7500kcal/m³）。它又分為三組：

A組 一般指煤制氣、水煤氣等熱值較低的燃氣（即貧煤氣）或石油氣與空氣或貧煤氣的混合氣體，華白指數為23.865～28.052MJ/m³（5700～6700kcal/m³），燃燒勢大于60。

B組（焦爐氣）華白指數為23.865～25.958MJ/m³（5700～6200kcal/m³），燃燒勢大于60。

C組（空氣與液化石油氣或其他石油氣的混合體）華白指數為24.283～27.214MJ/m³（5800～6500kcal/m³），燃燒勢小于60。

第二類是天然氣，華白指數為41.449～57.778MJ/m³（9900～13800kcal/m³）。

國際煤氣工業聯盟于1970年第十一屆國際煤氣工業會議修改了第二類燃氣的分級，將其分為兩組：

H組，華白指數較高的天然氣，華白指數為48.148～57.987MJ/m³（11500～13850kcal/m³）。

L組，華白指數較低的天然氣，華白指數為41.282～47.311MJ/m³（9860～11300kcal/m³）。

第三類是液化石油氣，華白指數為77.456～92.424MJ/m³（18500～22075kcal/m³）。此類燃氣雖然從規定上沒有分組，但實際中人們將它們分為兩組。

商業丁烷：以丁烷為主的混合氣體；

商業丙烷：以丙烷為主的混合氣體。

華白數W是一項控制燃具熱負荷狀況的指數，即發熱指數，按下式計算：

式中 W——華白數[MJ/m³(kcal/m³)]；

Q_h——燃氣高熱值[MJ/m³(kcal/m³)]，（華白數按燃氣高熱值計算）；

d——燃氣相對密度（空氣相對密度為1）。

燃燒勢CP是燃燒速度指數。按下式計算：

式中 CP——燃燒勢；

H₂——燃氣中氫含量（體積分數）；

C_mH_n——燃氣中除甲烷以外的碳氫化合物含量（體積分數）；

CO——燃氣中一氧化碳含量（體積分數）；

CH₄——燃氣中甲烷含量（體積分數）；

d——燃氣相對密度（空氣相對密度為1）；

K——燃氣中氧含量修正系數；

O₂——燃氣中氧含量（體積分數）。

隨著社會的發展，氣體燃料的應用領域不斷擴大，摻混氣的應用也拓寬了城鎮燃氣類型的多樣化。這樣，便增加了用戶從多種氣源中合理地選擇氣源或更換氣源的機會，與此同時也產生了燃具對不同性質氣源的適應性問題。

民用燃具都是按一定的燃氣組分設計的，也就是說燃具對燃氣組分變化的適應范圍有著一定的限度。對已定的燃具來說，當燃氣組分發生變化時，燃氣的熱值、密度和燃燒特性等也將隨著改變，當其變化超過燃具的適應范圍時，用戶使用的燃具內的燃燒器便會反映出熱負荷、一次空氣系數、燃燒穩定性、火焰結構、煙氣中一氧化碳含量等燃燒工況的改變，致使用戶不能安全和經濟地用氣。

當城鎮更換氣源時遇有這種情況，使大范圍的用戶不得不更換燃具，這在技術上和經濟上都是不可取的；然而，如果燃具對某種擬置換的氣源有較好的適應性，使燃具仍可保持良好的燃燒效果，則可認為該氣源對原氣源具有互換性。例如，現行國家標準GB/T 13611—2006《城市燃氣分類和基本特性》（見表1-2a）規定的6T為液化石油氣混空氣，其燃燒特性接近天然氣?？梢?，在燃具不能適應擬置換的氣源時，著手解決燃氣的互換性是一條較好的途徑。燃氣的互換已成為城鎮供氣氣源質量要求的一項指標。

不同類別的城鎮燃氣是否能形成互換是一個關鍵問題，各類城鎮燃氣，其內在的共性為，它們都是由可燃氣體和惰性氣體組成的，其主要成分不外乎如H₂、CH₄、N₂、C₃H₆、C₃H₈、C₄H₁₀和空氣；而引起燃氣間性質差異的因素，則是因為它們所含組分的比例不同，其熱值和燃燒特性等也隨之不同。這就是說，如果改變燃氣各組分間的比例關系，使其熱值和燃燒特性在預想值的波動范圍之內，它們之間便具有互換性。

如何判定兩種燃氣是否可以互換，希望有一個公式來加以計算，但由于影響燃氣互換性的因素十分復雜，因此迄今為止尚不能從理論上推導出一個計算燃氣互換指數的經驗公式和圖表，燃氣互換指數只有通過實驗手段來確定。目前民用燃具的品種繁多，但絕大多數都使用產生本生火焰的大氣式燃燒器。因此，研究燃氣的互換性和燃具適應性問題，就集中在燃氣性質對本生火焰結構的影響，以及大氣式燃燒器如何適應燃氣性質改變的問題。一些國家在大量實驗數據的基礎上，總結出幾種燃氣互換指數的計算公式和圖表，但由于各國對燃氣互換性的要求不同，所進行的實驗對象和深廣程度也不同，因此各國所采取的燃氣互換指數的計算公式和圖表也不同。

根據我國的氣源和居民用氣情況，我國采取以燃氣的燃燒特性指數，其中包括華白數W（發熱指數）和燃燒勢CP（燃燒速度指數）作為燃氣互換指數，用以判定兩種燃氣是否可以互換的依據。

燃氣的性質、燃具對燃氣的適應性和燃氣的互換性實質上均與燃氣的組分有關。為提高燃氣的標準化水平，遵循統一的燃氣互換性指數，保證燃氣用具在其適應的范圍內工作，便于用戶對各種不同燃具的選用和維修以及燃氣用具產品的國內外流通，GB/T 13611—2006《城市燃氣分類和基本特性》，表1-2a按我國城鎮用氣特點以不同的燃氣組分、與其相應的燃燒特性指數以及應控制的波動范圍等三種因素構成燃氣分類的基準氣和界限氣，并依此分別對天然氣、人工煤氣和液化石油氣三種基本燃氣氣源進行進一步分類。也就是說燃氣分類的技術要求為：城鎮燃氣應按燃氣類別及其燃燒特性指數（華白數W和燃燒勢CP）分類，并應控制其波動范圍，表1-2a中所列華白數的范圍是指GB/T13611—2006規定的最大允許波動范圍。但作為商品天然氣供給作城鎮燃氣時，應適當留有余地。以常見的天然氣10T和12T作為城鎮燃氣商品氣時，表1-2b可作為確定商品天然氣華白數波動范圍的參考。另外，天然氣10T和12T（相當于國際煤氣工業聯盟標準的L類和H類），其成分主要由甲烷和少量惰性氣體組成，燃燒特性比較類似，一般可用單一參數（華白數）判定其互換性。

表1-2a 城市燃氣的分類（干，0℃，101.3kPa）

表1-2b 10T和12T天然氣華白數波動范圍（單位：MJ/m³）

GB/T 13611適用于供城鎮作燃料使用的各種燃氣的分類，要求各地供應的城鎮燃氣（應按基準氣分類）的熱值和組分應相對穩定，偏離基準氣的波動范圍不應超過燃氣用具適應性的允許范圍，也就是要符合城鎮燃氣互換的要求。對于城鎮供氣的主氣源必須對基準氣具有互換性。

GB/T 13611所表達的分類指標是數據化的，不僅提高了燃氣的標準化水平，規范并統一了各類燃氣互換性指數，而且對于提高燃氣管道運行系統的安全性是很有意義的。