生物天然气混入城镇燃气管网的条件

吴媛媛， 张佳维， 常旭宁

(北京市燃气集团研究院，北京100011)

1 概述

生物天然气是指以农作物秸秆、畜禽粪便、生活垃圾、工业有机废水等各类城乡有机废弃物为原料，经转化和净化提纯产生的绿色低碳清洁可再生的非常规天然气，重要组分为甲烷。作为绿色低碳的可再生气源，在改善生态环境、促进可持续发展的同时，也成为了城镇燃气的补充气源，在一定程度上缓解部分地区天然气用气紧张问题。

为促进生物天然气的发展，降低我国天然气的对外依存度，国家将生物天然气纳入国家能源体系中，并出台了相关政策和技术标准以支持生物天然气发展。目前，国内已建和在建的生物天然气项目主要以生产CNG车用气为主，少部分为独立管网直接供周边用户，混入城镇燃气管网的项目和气量并不多，主要原因是生物天然气混入现有城镇燃气管网是否会对用户用气安全带来影响有待商榷。本文分析混入城镇燃气管网生物天然气的质量要求及互换性，探讨生物天然气中的杂质和污染物对燃具使用安全和人员身体健康的影响。

2 质量要求及互换性分析

① 质量要求

GB 50028—2016《城镇燃气设计规范》第3.2.1条、3.2.2条第1款对城镇燃气质量进行了规定：城镇燃气(应按基准气分类)的热值和组分的波动应符合城镇燃气互换的要求；城镇燃气偏离基准气的波动范围宜按现行的国家标准GB/T 13611《城市燃气分类》的规定采用，并应适当留有余地；天然气热值、总硫和硫化氢含量、水露点指标应符合现行国家标准GB 17820《天然气》的一类气或二类气的规定；在天然气交接点的压力和温度条件下，天然气的烃露点应比最低环境温度低5 ℃；天然气中不应有固态、液态或胶状物质。

在标准参比条件下(101.325 kPa，20 ℃)，GB 17820—2018《天然气》按高热值、总硫(以硫计)质量浓度、硫化氢质量浓度、二氧化碳物质的量分数将天然气分为一类、二类。对水露点、烃露点进行了规定：在天然气交接点的压力和温度条件下，天然气中不应存在液态水和液态烃。GB 17820—2018对天然气的质量要求见表1。

表1 GB 17820—2018对天然气的质量要求

NB/T 10136—2019《生物天然气产品质量标准》在相同标准参比条件下，对生物天然气进行了分类(见表2)。对水露点进行了规定：水露点应比输送条件下最低环境温度低5 ℃。由表2可知，与GB 17820—2018不同的是，除表1技术指标外，NB/T 10136—2019还对不同等级生物天然气的甲烷物质的量分数、氧物质的量分数进行了规定。

根据NB/T 10136—2019对生物天然气质量的规定，为符合GB 17820—2018对二类天然气的质量要求，进入城镇燃气管网的生物天然气至少应符合NB/T 10136—2019规定的二类气的标准。同时，还应满足在交接点的压力和温度条件下，生物天然气中不存在液态水和液态烃。

表2 NB/T 10136—2019对生物天然气的质量要求

② 互换性分析

燃具是按一定的燃气组成和热负荷设计的，对于在用的燃具，当燃气组成变动超过一定范围时，燃具将出现不适应，造成燃烧不稳定，出现回火、黄焰等问题。居民、商业、供暖锅炉等用户一般对天然气质量的要求较低，而玻璃、陶瓷等精细化工用户以及大型燃气轮机发电厂对天然气质量的稳定性要求较高。

NB/T 10136—2019规定的二类气技术指标对应GB/T 13611—2018《城镇燃气分类和基本特性》规定的10T天然气。在混入城镇燃气管网前，应进行互换性评价工作，以适应在用燃具的要求[1]。

3 杂质和污染物的影响

由以上分析可知，混入城镇燃气管网的生物天然气应符合NB/T 10136—2019规定的二类气的标准。即甲烷物质的量分数至少为95%，其他应为二氧化碳、氧气、硫化物以及其他杂质等。由于生物天然气原料种类较多，原料气主要分为畜禽粪污、秸秆和餐厨垃圾制沼气、垃圾填埋气、污水污泥制气以及工业有机废水制气。由于原料的不同，产生的生物天然气的质量也有差异。特别是垃圾填埋气、污水污泥制气，由于原料来源复杂，气体中会含有较多杂质，如VOCs(挥发性有机物)、挥发性硅等。在使用中，VOCs等污染物会对人体健康产生危害。长期燃用含有挥发性硅的燃气，易对锅炉、燃气内燃机、燃气轮机以及燃气汽车发动机的燃烧室、火花塞、阀门等造成严重的损坏[2]。

由于生物天然气混入城镇燃气管网的项目比较少且运行时间短，国内目前该方面的研究以及技术标准不足。NB/T 10136—2019对杂质和污染物未作规定。国外特别是欧洲，生物天然气混入城镇燃气管网的应用已经有了相对丰富的经验和技术积累，制定了相关技术标准与卫生标准，对混入城镇燃气管网的生物天然气的组成，特别是杂质、污染物的质量浓度进行严格控制。如荷兰规定生物天然气中氯化物质量浓度不能超过50 mg/m3，氟化物质量浓度不能超过25 mg/m3。瑞士规定生物天然气中卤化物的质量浓度不能超过1 mg/m3。

欧盟标准BS EN 16723.1-2016《运输用天然气和生物甲烷以及天然气管网充注生物甲烷：天然气管网充注生物甲烷的规格》对混入管网的生物天然气中的各类杂质和污染物的限值进行了规定，主要包括挥发性硅、一氧化碳、氨、胺、氟化物、氯化物等物质。欧洲标准化委员会颁布的CEN/TR 17238-2018《基于健康评价标准的生物甲烷污染物建议限值》技术报告中给出了基于卫生评价的对生物天然气中杂质和污染物限值的评估方法，以确定杂质、污染物在生物天然气中的可接受质量浓度。