城市供燃氣

城市供燃氣

將固體或液體燃料加工取得的燃料氣體,或直接從地下開採的天然氣,經淨化後作為生活和生產用的燃料輸送給各類用戶。城市供燃氣是城市建設的一項基礎設施,通常由氣源、輸配系統和燃燒套用裝置組成(見城市燃氣氣源、城市燃氣輸配、城市燃氣套用)。

正文

城市供燃氣工程 主要內容包括:①氣源方面為開發燃氣的生產過程以及淨化、加工等後處理工藝;因地制宜,合理選擇氣源和制氣工藝;提高燃氣質量,降低生產成本,保證安全可靠供氣。②輸配方面為結合城市建設規劃,優選合理的燃氣輸配系統,建立輸氣管線和配氣管網,設定儲氣、壓送和調壓設備;監測管網運行工況,掌握消費規律,調節供需之間的不平衡性。③套用方面為研究燃氣的各種燃燒方式和規律,尋求高效的燃燒和傳熱方法,發展各種用途的燃氣設備;完善燃氣計量和測試方法;節約和安全使用燃氣。
燃氣工業簡史 中國是最早發現和最早利用燃氣的國家。漢晉以來,常有關於“火井”和利用這種氣源煮鹽的史實記錄。明《天工開物》一書介紹古代鑽井和用竹管引出天然氣煮滷製鹽的情況見圖。
城市供燃氣城市供燃氣
1792年,蘇格蘭人W.默多克把煤乾餾所得的煤氣最先用於照明。1812年在倫敦成立了世界上第一家煤氣公司,其後巴黎(1815年)、利物浦和巴爾的摩(1816年)、柏林(1826年)、彼得堡(1835年)等大城市相繼建成了煤氣廠。中國第一家經營城市煤氣的企業設在上海,於1865年11月正式供氣。
早期的氣源以乾餾煤氣為主,煤的氣化技術也從19世紀中葉起得到開發。傳統的煤乾餾設備有水平爐、連續直立式炭化爐和焦爐,煤氣化設備有發生爐和水煤氣爐。20世紀20年代以來,為了提高熱能轉化率、增大制氣設備的單位產氣量、擴大煤種和粒度的使用範圍以及簡化淨化過程等不同目的,氣化工藝有新的發展,出現了常壓流化床氣化爐(1926年,溫克勒爐)。固定床加壓氣化爐(1936年,魯奇爐)和氣流床粉煤氣化爐(1952年,柯柏斯-托切克爐)先後投入工業規模運行,但很少供應城市燃氣。
天然氣作為城市公用燃料,最初是1858年美國的弗雷多尼亞天然氣照明公司。液化石油氣灌瓶供民用則是1903年始於德國,1912年美國也開始使用。50年代隨著石油和天然氣的大量開發,天然氣用量激增,液化石油氣也大量供應民用,各種油制氣技術蓬勃發展,天然氣又實現了液化儲運,很大程度上推遲了煤制氣的發展。1973年以後,由於石油和天然氣的價格上漲,才重新促進了煤氣化和新能源的研究開發。但80年代以來,用氣較多的國家仍以天然氣為主,有些城市還採用輕質石油產品改制的代用天然氣或液化石油氣應付高峰負荷。
燃氣的輸配在單一氣源輸向一條街或一家工廠作定時供應的原始方式的基礎上,取得很大發展,管網系統不斷擴大,有些國家建成了全國性的燃氣管網系統。第一條長輸管線於1944年建成於美國(田納西州輸氣管),直徑600毫米,幹線全長3300公里,後來又出現國際和洲際長輸管線。輸氣壓力從單一級制發展為多級制。管材從鑄鐵管轉為大量採用鋼管,以承受較高的輸氣壓力。隨著天然氣的發展,塑膠管(多數是聚乙烯和聚氯乙烯管)的套用迅速擴大,多用於150毫米以下的配氣管和用戶管。管道施工日益機械化。陰極保護和無損探傷等以預防為主的維護保養措施日益完善。城市燃氣的儲存方法從常壓發展為高壓和液態儲存,並利用管道儲氣和利用地下多孔岩層和洞穴等地下儲氣方式,儲氣設施的運行也實現了自動化和遠程控制。
燃氣的套用早期主要供照明。1882年電燈的發明取代了燃氣,於是燃氣的主要用途從光源過渡到熱源,灶具、熱水器、採暖爐以及工業燃氣設備和燃氣爐窯等也都隨之發展。燃燒方法從擴散式燃燒發展為預混式燃燒,燃燒器不斷革新。民用燃具不僅追求效率的提高,而且向恆溫、定時、自動化、安全使用和舒適化發展。工業套用也能滿足各種要求,根據不同用途發展出平焰燒嘴、高速燒嘴、輻射管和預熱空氣的燃燒器等後,效果顯著提高。催化燃燒、浸沒燃燒和脈衝燃燒方式的研究也有所發展。
中國較早建立供燃氣設施的城市,除上海外,有大連(1907年)、撫順(1910年)、鞍山(1919年)、瀋陽(1923年)、丹東(1924年)、長春(1925年)、錦州(1938年)、哈爾濱(1943年)等 8處。50年代台灣省引進了液化石油氣。此後由於冶金工業的發展,推動了焦爐的建設,相應地促進了城市燃氣事業。在此同時,四川省開始發展天然氣。隨著石油工業的擴大,60年代後期,北京、天津、南京等城市也開始使用液化石油氣,並在上海、北京、瀋陽等城市建成重油裂解制氣裝置。至今已有100餘個城市建有城市供燃氣設施。
經濟效益和社會效益 城市使用燃氣的效益在於:①有利於資源的綜合利用,提高熱能的利用率。城市燃料傳統上主要用煤,但直接燒煤,熱效率低。民用煤爐的熱效率一般只有15~18%。使用燃氣則熱效率可達到55~60%,即使考慮了人工制氣過程的能量損失,總熱效率仍可達到30%以上。②有利於提高人民生活水平,促進工業生產。居民使用氣體燃料,潔淨方便,大大減少了家務勞累,節約了時間。在工業套用上,燃氣易於調節,燃燒較穩定,可以滿足各種工藝要求,保證產品質量,生產線也易於實現自動化,從而改善勞動條件,提高勞動生產率。③有利於減輕大氣污染,保護環境。燃煤後遺留大量灰渣、飛灰、二氧化硫及其他有害物質,嚴重危害居民健康和生物成長,侵蝕各種設備和結構物。城市燃氣已經過淨化,有害雜質很少,燃燒也較完全,對環境影響小。此外,使用燃氣還能大幅度地節省城市運輸量。
城市燃氣發展趨勢 大多數國家城市燃氣氣源的開發,一般都經歷過煤制氣、油制氣和液化石油氣,再到天然氣的過程,但天然氣和石油可資利用的資源一般認為不過幾十年,而煤至少尚可開採幾百年。因此,在繼續勘探、開採天然氣和石油的同時,應重視煤轉化的新技術和新能源的開發。已經使用大量天然氣的國家,趨向於以煤製造高甲烷含量的城市燃氣,以充分利用現有城市燃氣輸配和套用設施。正在開發中的煤氣化新工藝大多數隻生產氫和一氧化碳的混合氣,因而,甲烷化的工藝引起普遍重視。利用核熱能充作煤氣化的熱源,可以大大提高煤的產氣率。氫作為燃料的開發利用,有很大前途。另外,生物質也是可以轉化為燃氣的取之不竭的有希望資源。
中國內陸和沿海大陸架的油、氣資源都有廣闊前景。然而中國已探明的煤儲量,到1982年底止,在7000億噸以上;在歷年能源產量中煤也占絕對優勢。在中國城市能源消費構成中,煤的比率也很大。發展煤制氣,提高能源利用率,減少環境污染,也是改變中國能源消費構成和實現城市燃料以燃氣為主的一個重要途徑。

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