一种富水生物气热物性的计算方法_李雅清

第3期作为可再生能源，垃圾填埋气、沼气等生物气的主要成分是甲烷和CO2；甲烷的温室效应增温潜能(GWP)相当于同等质量CO2的21倍[1]；同时，纯甲烷有很高的热值，为35.87MJ/m3[2]。在清洁发展机制（CDM）下，生物气发电具有良好的温室气体减排效益[3]。生物气各热物理性质参数是工艺设计的基础。例如，在垃圾填埋气中含有一种硅氧烷物质，燃烧时，硅氧烷会在内燃机内表面形成二氧化硅层，不仅阻碍了传热过程和润滑作用，还会破坏内燃机的动平衡并对发动机造成致命伤害[4]。Wheless和Jeffrey采用普冷技术，在2.5MPa，-29℃时得到垃圾填埋气中硅氧烷脱除率为95%[5]。而普冷脱硅系统的设计需要得知生物气密度ρ、定压比热cp、焓h、粘度η、导热系数λ等参数。垃圾填埋气等生物气是一种复杂的气体混合物，已鉴定出的化学物质有140多种，且总浓度达到2000mg/m3[6]。并且地域差异以及生产工艺的不同，生物气中各组分含量和压力也不同。本文通过对生物气体组分进行分析建模，提出一种能满足一般工程计算精度的算法，可适用不同组分比和变压力工况下热物性的计算。1生物质气体模型建立及适用条件1.1模型建立生物气中的主要成分是甲烷、CO2、氮气等以及水蒸汽；通常水蒸汽的含量都可达到饱和，在处理过程中，水蒸汽的相变过程会使整个生物质气的比焓发生很大变化。因此，本文将生物质气视为由甲烷、CO2、氮气组成的干生物气和水蒸汽组成的混合物。1.2模型适用条件生物质气的特点是：温度的改变将导致水蒸汽含量变化，当初始组分比例固定后，干生物气的质量就是恒定的。因此，可在生物质气分析计算中做如下两点假设：（1）生物气中水蒸汽凝聚成液相水或固相冰中，不含有干生物气组分；（2）干生物气的存在不影响水蒸汽的凝聚与相平衡，相平衡温度为水蒸汽分压力所对应的饱和温度。2生物质气体热物性计算2.1水蒸汽的比热和比焓（1）水蒸汽的定压比热容[7]在工程应用中，温度的变化对定压比热容的影响很小，水蒸汽的定压比热容为：t=0℃~13000℃时cpq1=1.8594+0.1634×10-3t收稿日期：2012-11-22；作者简介：李雅清（1988-），女，在读硕士研究生，电邮liyaqing.5@163.com；*通讯作者：黄虎，教授，电邮hulqf@163.com。一种富水生物气热物性的计算方法李雅清1，