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1、燃气工程专业知识 资料 燃气的定义 可以作为燃料的气体燃气通常是以可燃气体为主要成分的 多组分的混合气体 第一章绪论 由于早期的人工燃气是以煤为原料加工生产的 因此 人们习惯将这类混合气体燃料统称为 煤气 随着社会生产的发展 燃气的来源 生产方式及组分等都有了很大变化 而 煤气 只是众多燃气气源中的一种 燃气 才具有更广泛的涵义和适用性 第一章绪论 第一章绪论 能源发展的三个阶段1 人类首先经历了以薪柴为主的时代 2 18世纪60年代从英国开始的产业革命 世界能源结构发生了第一次大的转变 即从薪柴转向以煤炭为主 3 从20世纪20年代开始 世界能源结构发生了第二次大的转变 即从煤炭转向以石油和
2、天然气为主 第一章绪论 我国一次能源消费结构及预测 燃气的优势使用燃气可以改善能源结构 减轻大气污染 保护生态环境 减少固体燃料及废渣的堆放和运输使用燃气可改善居民生活条件 缩短家务劳动时间在工业生产中使用燃气 可以明显提高产品的产量及质量 提高生产过程的自动化程度和劳动生产率 进而取得良好的经济效益 气体燃料洁净度高 燃烧稳定 完全 火焰容易控制 在使用过程中有电 热和其它燃料无法替代的优势发展燃气 可以取得节能效益 环保效益和服务效益 第一章绪论 第一章绪论 各类用户使用燃气和燃煤 燃油的热效率比较 1 1我国燃气行业的发展历程 三个阶段第一阶段 20世纪80年代以前 在国家钢铁工业大发展
3、的带动下和国家节能资金的支持下 全国建成了一批利用焦炉余气以及各种煤制气的城市燃气利用工程 许多城市建设了管网等燃气设施 在这一阶段 以发展煤制气为主 取得了普及用户 增加燃气供应量的成绩 第一章绪论 第二阶段 20世纪80年代至90年代前期 液化石油气和天然气得到了很快的发展 形成了煤制气 液化石油气和天然气等多种气源并存的格局 同时出现了国内现有资源难以满足城市发展和经济建设需求的情况 由于国家准许液化石油气进口并逐步取消了配额限制 广东等沿海较发达 但能源缺乏的地区首先使用了进口液化石油气 第一章绪论 第三阶段 20世纪90年代后期 随着天然气的勘探 开发 以陕甘宁天然气进北京为代表的天
4、然气供应拉开了序幕 我国城镇天然气的应用进入前所未有的发展阶段 特别是西气东输工程的实施 标志着我国城镇燃气的天然气时代已经来临 同时 液化石油气小区管道供应方式的广泛应用 也为液化石油气扩展了应用领域 第一章绪论 1 2我国天然气利用的总体规划在2010年前实施 1 西气东输2 俄气南供3 液化天然气进口4 近海天然气利用5 煤层气开发利用 第一章绪论 1 3加入WTO对我国燃气行业的影响1 有利于管理体制与经营机制的调整2 市场竞争更加激烈资本多元化3 有利于燃气行业技术与装备水平的提高4 有利于形成合理的价格机制5 燃气消费结构将产生重大变化 第一章绪论 2 1燃气的气源种类及选择一 种
5、类 一 天然气1 气田气2 石油伴生气3 凝析气田气 第二章燃气气源 用户及调峰 二 人工燃气1 干馏煤气2 气化煤气3 油制气三 液化石油气 LPG 四 其他燃气1 煤层气与矿井气2 非常规天然气 天然气水合物 俗称 可燃冰 CH4 XH2O3 生物气 人工沼气 第二章燃气气源 用户及调峰 部分燃气的容积成分 第二章燃气气源 用户及调峰 二 燃气的基本性质1 燃气的组成2 热值3 燃气的平均密度和相对密度4 临界参数与气体状态方程5 黏度6 气化潜热7 容积膨胀 体积膨胀 8 着火温度9 爆炸极限 第二章燃气气源 用户及调峰 三 城镇燃气的质量要求 1 热值高燃气低发热值一般应大于14 7M
6、J m3 2 毒性小控制一氧化碳等有毒成分的含量 3 杂质少杂质可引起燃气系统的设备故障 仪表失灵 管道阻塞 燃具不能正常使用 甚至造成事故 燃气的加臭 气源转换与混配 气源的选择 第二章燃气气源 用户及调峰 四 城镇燃气的气源选择优先发展天然气扩大液化石油气供应慎重发展人工煤气寻找新能源城镇一般应安排2个以上气源 第二章燃气气源 用户及调峰 2 2燃气的用途及用气特点早期的城市燃气主要是用于照明 以后逐渐发展为用于炊事及生活用热水的加热 然后扩展到工业领域 用做工业燃料 热加工 和化工原料在国际上 天然气主要用于发电 以化工为主的工业 一般工商业和居民生活用气我国城镇燃气主要用于居民生活与工
7、业生产中的热加工 近年燃气应用领域扩展迅速 第二章燃气气源 用户及调峰 一 燃气的用户类型及特点1 城镇居民用户主要用于炊事和生活用热水的加热 我国目前居民使用的燃具多为民用双眼灶 或烤箱灶 及快速热水器 居民用户的用气特点是 单户用气量不大 用气随机性较强 2 商业用户包括居民区配套的公共建筑设施 如宾馆 旅馆 饭店 学校 医院等 机关 科研机构等的生产及生活用气 公共建筑用户的用气特点是 用气量不很大 用气比较有规律 3 工业用户目前我国城镇的工业用户主要是将燃气用于生产工艺的热加工 工业用户的用气特点是 用气比较有规律 用气量较大 而且用气比较均衡 在供气不能完全满足需要时 还可以根据供
8、气情况要求工业用户在规定的时间内停气或用气 第二章燃气气源 用户及调峰 4 其它扩展用途燃气采暖与空调交通工具燃气化农业生产用气燃气发电化工用气 第二章燃气气源 用户及调峰 国家发改委2007年9月3日宣布 经国务院同意 国家发改委研究制定的 天然气利用政策 于2007年8月30日正式颁布实施 天然气利用分为优先类 允许类 限制类 禁止类优先类 城市燃气城镇 尤其是大中城市 居民炊事 生活热水等用气 公共服务设施 机场 政府机关 职工食堂 幼儿园 学校 宾馆 酒店 餐饮业 商场 写字楼等 用气 天然气汽车 尤其是双燃料汽车 分布式热电联产 热电冷联产用户 允许类 城市燃气集中式采暖用气 指中心
9、城区的中心地带 分户式采暖用气 中央空调 工业燃料建材 机电 轻纺 石化 冶金等工业领域中以天然气代油 液化石油气项目 环境效益和经济效益较好的以天然气代煤气项目 可中断的用户 天然气发电 重要用电负荷中心且天然气供应充足的地区 建设利用天然气调峰发电项目 天然气化工用气量不大 经济效益较好的天然气制氢项目 限制类天然气发电天然气化工禁止类天然气发电 煤炭基地所在地区建设基荷燃气发电项目天然气化工 新建或扩建天然气制甲醇项目 以天然气代煤制甲醇项目 2 4燃气的调峰一 调峰手段调整气源的生产能力或设置机动气源设立缓冲用户利用储气设施 气源 用户 输送 分配 第二章燃气气源 用户及调峰 二 燃气
10、的储存方式1 地下储气2 液态储存3 管道储气4 储气罐储气 第二章燃气气源 用户及调峰 城镇燃气供应系统有两种基本方式管道输配系统 区域性统一经营 液化石油气瓶装供应系统 可多家经营 3 1输配系统的分类与选择城镇燃气输配系统一般由门站 储配站 输配管网 调压站以及运行管理操作和控制设施等共同组成 第三章燃气管网供应系统 一 燃气输配管网的分类1 按输气压力分类高压管道A2 5 P 4 0 MPa B1 6 P 2 5 MPa 次高压管道A0 8 P 1 6 MPa B0 4 P 0 8 MPa 中压管道A0 2 P 0 4 MPa B0 01 P 0 2 MPa 低压管道P 0 01 MP
11、a 第三章燃气管网供应系统 2 按敷设方式分类埋地管道输气管道埋设于土壤中 当管段需要穿越铁路 公路时 有时需加设套管或管沟 因此有直接埋设及间接埋设两种 架空管道工厂厂区内或管道跨越障碍物时 常采用架空敷设 3 按用途分类长输管道城镇分配管道工业企业管道 第三章燃气管网供应系统 4 按管网形状分类环状管网管道联成封闭的环状 它是城镇输配管网的基本形式 在同一环中 输气压力处于同一级制 枝状管网以干管为主管 呈放射状由主管引出分配管而不成环状 在城镇管网中一般不单独使用 环枝状管网环状与枝状混合使用的一种管网形式 是工程设计中常用的管网形式 第三章燃气管网供应系统 5 按管网压力级制分类单级系
12、统二级系统三级系统多级系统 多气源 特大型城市 第三章燃气管网供应系统 3 2燃气门站及储配站一 门站 接收及分配 主要是天然气二 储配站 储存及分配 气源可以是天然气 人工燃气或液化石油气 为满足不同需要 天然气门站与储配站可以分开建设 也可以合并建设 大型城市还可以建多座分散式储配站 人工燃气储配站一般与气源厂配合设置 第三章燃气管网供应系统 3 3燃气的压力调节与计量一 调压器调压器是燃气输配系统的重要设备 其作用是将较高的入口压力调至较低的出口压力 并随着燃气需用量的变化自动地保持其出口压力的稳定 第三章燃气管网供应系统 调压器的种类通常调压器分为直接作用式和间接作用式两种 1 直接作
13、用式调压器2 间接作用式调压器 调压装置发展趋势 第三章燃气管网供应系统 二 燃气的计量燃气的生产 经营 管理以及消费等活动 都必须依据计量仪表测量的量值进行经济核算或结算 以其量值的公正性维护销售与消费双方的合法经济利益 燃气计量主要是流量测量 其单位以体积表示称 体积计量 以质量表示称 质量计量 第三章燃气管网供应系统 常用的燃气计量仪表 1 容积式流量计2 速度式流量计3 差压式流量计4 涡街式流量计5 超声波流量计 第三章燃气管网供应系统 三 燃气的压送 压缩机1 容积式压缩机 活塞式 回转式 靠改变气体的体积提高其压力 2 速度式压缩机 离心式 提高气体的速度 然后使高速气体的动能转
14、化为压力能 第三章燃气管网供应系统 四 城镇燃气管网的布线 一 布线原则 二 平面布置 三 纵断面布置 四 管道穿跨越障碍 第三章燃气管网供应系统 五 室内燃气管道的设计1 燃气用户引入管 地下引入 地上引入 外设立管2 室内管道立管 水平干管 用户支管 燃具连接管3 燃气表4 燃具布置 第三章燃气管网供应系统 六 液化天然气 LNG 经加工后被液化的天然气主要组份为甲烷液化天然气的设计温度按 168 162 计算使用温度低于 20 的管道应采用奥氏体不锈钢无缝钢管管道宜采用焊接连接 第三章燃气管网供应系统 LNG系统 六 压缩天然气 CNG 压缩到压力大于或等于10MPa且不大于25MPa的
15、气态天然气用作车用燃料或供小规模城镇燃气用户使用 第三章燃气管网供应系统 压缩天然气供应工艺流程1 压缩天然气供应工艺流程1 压缩天然气供应工艺流程2 4 1燃气的燃烧过程燃烧反应方程式对于气体燃料来说 燃烧是指气体中的可燃成分在一定条件下与氧发生激烈的氧化作用 并产生大量的热和光的物理化学反应过程 碳氢化合物CmHn的燃烧反应方程式 通式 第四章燃气燃烧基本知识 4 1燃气的燃烧过程火焰传播方式正常火焰传播爆炸爆燃 第四章燃气燃烧基本知识 4 2燃烧方法与燃烧器燃烧所需空气量 理论空气需要量 实际供给的空气量 过剩空气系数 燃烧产物 烟气 理论烟气量 实际烟气量 第四章燃气燃烧基本知识 4
16、2燃气燃烧方法与燃烧器燃气与空气在燃烧前的混合情况 一次空气一次空气系数 二次空气二次空气系数 第四章燃气燃烧基本知识 根据燃气与空气在燃烧前的混合情况 燃气的燃烧分为三种基本方式 一 扩散式燃烧 点燃前 燃气与空气不相接触 0 燃烧所需的氧气完全依靠扩散作用从周围大气获得 燃气与空气在接触面上边混合边燃烧 这种燃烧方式称为扩散式燃烧 二 部分预混式燃烧 在燃烧前预先混入燃烧所需的部分空气 0 1 预混好的燃气 空气混合物一出口即可燃烧 而其余的燃气则需通过与周围空气的扩散混合燃烧掉 这种燃烧方式称为部分预混式燃烧 三 完全预混式燃烧 按一定比例先将燃气 空气均匀混合 通常 1 05 1 10 再经燃烧器火孔喷出进行燃烧 由于预先混合均匀 可实现完全燃烧 因此燃烧温度可以很高 第四章燃气燃烧基本知识 4 3燃烧污染与控制燃气虽为较清洁的能源 但通过在高温下的燃烧 产生的部分燃烧产物不可避免地将对人体和大气环境产生危害 燃烧过程也不可避免地会产生噪声 一 烟气污染烟气中的有害物主要包括 CO2 CO NOx SOx等 第四章燃气燃烧基本知识 非正常燃烧 脱火回火黄焰 第四章燃气燃烧基本知
