燃气应用1

燃气应用建筑科学技术系序言第一章燃气的种类及性质第二章燃气供需关系第三章燃气输配系统第四章燃气的应用序言燃气是一种优质的气体燃料。它是指含有可燃成分，能够燃烧而放出热量的各种气体燃料的总称。城市燃气化是城市基础设施的一项重要内容，是现代化城市的重要标志之一。气体燃料作为一种轻度污染、热值较高的能源，提高其在能源结构中的比重，对于整个社会具有十分重要的现实意义。无论从工业生产、交通运输的角度看，还是从居民生活方面来看，广泛应用气体燃料已成为社会发展的一种需要。发展城市燃气事业，是合理有效利用能源、保护城市环境防止大气污染、促进生产和改善人民生活条件的重要措施之一。内容提要一、城市能源天然气化发展背景与趋势二、21世纪我国天然气化发展进程三、城市燃气面临的形势和机遇四、我国发展燃气的政策一、城市能源天然气化发展背景与趋势（一）背景1环境保护解决SO2、NOx排放产生的酸雨问题减少CO2的排放量，减轻温室效应减轻城镇烟尘排放量减轻燃煤产生的煤粉和煤渣对环境的污染图1酸雨沉降超临界分布图酸雨问题•煤炭在我国能源消费中的比例高达70%以上（比世界平均水平高出52个百分点），•造成的酸雨覆盖面积已扩大到100万平方公里，•每年直接经济损失数百亿元人民币天然气是一种最清洁的矿物燃料，消耗同样数量的能源，产生CO2比煤少41%（56%）比重油少28%比燃料油少24%根据京都协议（KyotoProtocol）的说法，如果到2010年燃气份额能提高2%，就可以减少CO2排放的四分之一。2天然气作为城镇能源的优点清洁：天然气造成的污染大体为石油的1/40，为煤炭的1/800。经济：按照相同热值计算，国际天然气价格仅为石油的80%左右,热效率高,节约能源。方便：不管从储运还是从使用上来讲，管输天然气比石油都更为方便。用途广泛：天然气可广泛应用于化工、发电、工业和城市商业、民用等各个方面。所需燃料的含碳量燃烧后产生的CO2量发电时CO2的排放量Kg/GJ相对值Kg/GJ相对值发电效率(%)Kg/MW.h相对值褐煤26.2108％96108％37935113％烟煤24.5100％90100％39829100％重油20.082％7482％3975391％天然气13.856％5156％4050*80**45536422855％44％28%SO2烟尘NOx燃煤（kg/t）燃气(g/m3)燃煤(kg/t)燃气(g/m3)燃煤（kg/t）燃气(g/m3)一般煤优质煤一般煤优质煤一般煤优质煤小煤炉2.0200.540.140.940.39分散采暖锅炉14.618.7704.403.520.174.193.851.6(0.4)**集中供热锅炉11.697.0103.151.920.177.617.002.24(0.4)**电厂热电厂15.602.200.177.618.8(0.093)*中国大气中90％SO2、85％CO2、67％NOx来自煤。3国际上天然气的发展趋势从1992到1996年，天然气领域的投资以年均12%的速度增长，高于对石油开发投资的增幅。据国际天然气联盟1997年10月的一项调查，1995年全世界的天然气消耗量约为20000亿立方米，到2030年，世界天然气的年消耗量几乎增加一倍，达到41000亿立方米。国际各权威机构预测20102020年间天然气在能源结构中的比例将达到3540%，天然气将成为第一能源。4我国发展天然气的政策我国发展城镇燃气的政策是：大力发展天然气，积极发展液化石油气。已确定把开发利用天然气作为调整能源结构、改善大气环境的一项重要举措。天然气的来源1常规天然气能源机构预测：176X1012m3国际煤气联盟：257X1012m32煤层气全世界平均：25m3/吨煤共有：233X1012m33地质紧密结构中的天然气地质紧密结构：渗透1%美国：13.4X1012m3全世界：114X1012m34压力溶水天然气16200X1012m35天然气水化物pp公司预测：9000X1012m320000X1012m3我国的南海700亿吨油当量，水化物相当于油当量的1/26非生物产生的生成气5我国天然气储量陆地：川渝、陕甘宁、新疆、青海四大气区外，华北、内蒙也发现天然气近海：南海、渤海、东海等海域建成了一批重要的海上天然气生产基地据统计，1990~1998年间，我国新增天然气探明储量是1990年以前历年探明储量总和的1.7倍，，而目前已探明的天然气储量仅占所有资源量的5%左右,我国常规天然气的储量约为38-39亿立方米天然气产量年均增长率也达4.9%，高于同期原油产量的增长速度。6目前我国天然气年生产能力天然气生产能力达到230×108m3/年。其中四川盆地是我国较大的已开发天然气产区，年产气76×108m3。陕甘宁盆地中部气田是我国目前探明储量最大的气田，已开始进入生产阶段。海上天然气资源开发进展较快：南海已发现崖13—1、东方1—1等大型气田，已经或正在陆续投入生产开发；东海的天然气田正在开发建设；渤海的锦20—2凝析气田也已经全面开发。二、21世纪我国天然气化发展进程(一)、我国燃气的基本情况（近20年）第一阶段：八十年代，以焦炉煤气、油制气、气化煤气和化肥厂释放气为主；第二阶段：九十年代初期和中期，液化石油气飞速发展；第三阶段：九十年代末期开始，天然气的利用和发展拉开序幕。1999年全国城市燃气年供应总量为：人工煤气132亿立方米。天然气80亿立方米。液化石油气827万吨。城镇人口用气普及率达84.02%。（二）、21世纪我国天然气化发展进程国家“西气东输”为重中之重的工程，其一期投资将达约1200亿元，初期年供气量120亿立方米。初步规划分三步实施天然气东输工程：第一步先把四川富余的天然气输送到武汉，然后把陕甘宁的天然气连接起来输送到上海等长江下游地区，年输气能力达到40×108m3。同时，将青海的天然气输送到兰州。第二步，建设兰州至西安的输气管道，形成柴达木、陕甘宁、川渝三大气区向长江中下游联合供气的格局。第三步，塔里木的天然气参与东输，到2010年向长江下游的总供气能力达到200×108m3/a。俄罗斯东西伯利亚输气管线250亿中亚输气管线250亿东南沿海进口液化天然气（LNG）煤层气开发天然气占一次能源比例将由目前1.5%增长到8%(2010年)表1中国未来20年天然气的产量与需求预测（亿m3）时间2000年2010年2020年需求预测40010002000产量预测3006001200三、城市燃气面临的形势和机遇1.中国的能源结构目前中国——世界第二位能源生产大国世界第二位能源消费大国煤炭产量居世界第1位原油产量居世界第5位天然气产量居世界第19位0102030405060708090100煤炭（%）石油（%）天然气（%）1998年2000年2015年2.城市能源的供应向清洁和高效方向发展3.燃气的使用逐步呈现多样化趋势燃气汽车；燃气空调；燃气冰箱；燃气发电；燃气电池等。4.我国天然气的发展为城市能源结构的调整带来新的机遇和发展空间四、我国发展燃气的政策1.遵循多种气源、多种途径、因地制宜、合理利用的发展方针；2.《大气污染防治法》的颁布实施，对我国城市燃气的发展起到促进作用。3.加快小城镇建设，提高城市化水平，增加城市基础设施建设。4.我国市政公用企业改革到了攻坚时期，市场化进程将大大加快。5.中国加入WTO对城市燃气的发展既是挑战也是机遇。6、我国城市燃气的发展规划2005年2015年城市燃气普及率86%94%天然气用气量170亿M3680亿M3第一章燃气的种类及性质第一节燃气的种类一燃气的分类城镇民用燃气是由几种气体组成的混合气体，其中含有可燃气体和不可燃气体。可燃气体有碳氢化合物、氢气和一氧化碳。燃气的种类很多，主要有天然气、人工燃气、液化石油气和沼气四种。（一）天然气天然气是指通过生物化学及地质变质作用，在不同地质条件下生成、运移，在一定压力下储集的可燃气体。按形成条件不同，可分为：1气田气：主要成分CH498%，热值8600-8700Kcal/m3，密度0.75Kg/m3。2石油伴生气：主要成分CH480%、CnHm15%，热值10000Kcal/m3，密度0.8Kg/m3。3凝析气田气：主要成分CH4、CnHm、还有2-5%的戊烷及戊烷以上产品。4矿井气：主要成分CH4、N2、O2，热值3000-4500Kcal/m3。用途：天然气既是制取合成氨、碳黑、乙炔等化工产品的原料气，又是优质燃料气，是理想的城市气源。由于开采、储运和使用天然气既经济又方便，所以近些年来许多国家大力发展天然气工业。（二）人工煤气以固体或液体可燃物为原料，经各种热加工制得的可燃气体称为人工燃气。主要有：1干馏煤气（1）焦炉煤气：主要成分H251-59%、CH417-27%，热值4000-4200Kcal/m3，密度0.4-0.5Kg/m3。（2）直立炭化炉煤气：主要成分H2、CH4、CO，热值3800Kcal/m3，密度0.4-0.5Kg/m3。2气化煤气（1）压力气化煤气：主要成分H2、CH4、CO，热值3600Kcal/m3，密度0.4-0.5Kg/m3。（2）水煤气：主要成分H2、CO、CO2、N2，热值2500Kcal/m3，密度1.2Kg/m3。（3）发生炉煤气：主要成分N2、CO、H2，热值1200Kcal/m3，密度1.29Kg/m3。3油制气（1）蓄热热裂解气：主要成分CH4、C2H4、C3H6、N2，热值10000Kcal/m3。（2）蓄热催化热裂解气：主要成分H2、CO、CH4，热值4500-5000Kcal/m3。人工燃气生产历史较长，是目前城市燃气中主要的气源之一。但是，由于生产人工燃气有一定的污染，而且经济效益较差，所以，目前人工燃气正逐步被天然气和液化石油气所取代。（三）液化石油气液化石油气是在开采和炼制石油过程中，作为副产品而获得的一部分碳氢化合物。它的主要成分是丙烷（C3H8）、丙烯（C3H6）、丁烷（C4H10）、丁烯（C4H8），习惯上又称C3、C4。这些碳氢化合物在常温、常压下呈气态，当压力升高或温度降低时，可转变为液态。从液态转变为气态，体积缩小250倍。气态液化石油气的发热值为22000-29000Kcal（92100-121400KJ）/m3,密度为1.9-2.5Kg/m3；液态液化石油气的发热值为10500-11000Kcal（45200-46100KJ）/Kg主要来自炼油厂催化裂化装置，占处理量的7-8%液化石油气中烯烃部分可作为化工原料，而其烷烃部分可作为燃料（包括汽车燃料）。由于发展液化石油气投资省，见效快，设备简单，供应方式灵活，所以液化石油气供应事业发展很快。（四）沼气各种有机物，如蛋白质、纤维素、脂肪、淀粉等，在隔绝空气的条件下发酵，并在微生物的作用下产生的可燃气体，叫作沼气。沼气的主要组分为甲烷和二氧化碳，还有少量的氮和一氧化碳,其热值为22000KJ/m3左右。沼气作为一种清洁燃料，在农村有着广阔的发展前景。发展农村沼气是有效利用资源，保护生态环境的一项重要措施。（五）其他高炉气化工尾气第二节燃气的性质一、燃气的平均分子量、平均密度、相对密度平均分子量：平均密度：单位燃气所具有的质量称为燃气的平均密度，其单位为Kg/m3。燃气的平均密度可用各组分的密度与其摩尔分率乘积的总和求得。相对密度：燃气平均密度与相同状态下的空气平均密度之比值称为燃气相对密度，用符号“S”来表示。Msdggggggg)(100111nnMyMyM)(100111nnyy293.1S二、临界参数及实际状态方程三、粘度四、其他饱和蒸汽压、相平衡常数、沸点、露点五、水化物六、燃汽质量要求nnngggg111第二章燃气供需关系第一节燃气用户及供气原则一、燃气用户1.居民用户居民生活用气主要用于炊事和日常生活用热水。2.公共建筑用户（商业用气）公共建筑用户包括职工食堂、饮食业、幼儿园、托儿所、