城市供暖中天然气的应用

城市供暖中天然气的应用

谢芳

谢芳

丽水市发展和改革委员会浙江丽水323000

摘要：我国大部分城市供暖通常采用大型燃煤锅炉供暖或室内空调供暖，这两种方式均有热效率低的弊病，且对资源造成较大浪费，对环境造成一定程度的污染。在全球能源紧缺和环境问题日益严峻的背景下，城市供暖方式需要进行改革，近年来，随着社会对环境要求的提高，天然气供暖得到了广泛应用，这种供暖方式采用天然气锅炉供暖，热效率高，所产生的污染物少，符合目前环保要求和经济效益的双重标准，本文基于上述背景，对天然气在城市供暖中的应用进行了分析，以期能为我国城市供暖提供借鉴意义。

关键词：城市供暖；天然气；应用

我国城市传统供暖方式为煤制气供暖，不仅经济效益差，而且对大气造成的污染较为严重，供应量也较低，只能满足居民日常炊事使用，外加煤制气源的单一性和产量的局限性，以及煤气采暖技术和设备发展受限等问题，导致我国城市无法完全依靠煤气取暖。目前随着我国天然气开发技术和管道建设的飞速发展，在中东部沿海地区的城市均开始使用天然气作为供暖手段，提示天然气供暖的广泛应用时机已经到来，以下将从天然气功能的优势入手，对天然气在城市供暖中的应用进行研究。

一、天然气供暖的特点和优势

天然气是一种无色、无味、无毒、无腐蚀性的气体，主要成分为甲烷，此外还包括少量乙烷、丙烷以及氮气、氧气、硫化物和二氧化碳，由于甲烷的分子结构由1个碳原子和4个氢原子组成，因此燃烧所产生的物质主要为水和二氧化碳，如下所示：

与化石燃料比较，天然气在燃烧时仅排放出少量的二氧化碳粉尘以及微量碳氢化合物、一氧化碳等，因此天然气属于一种清洁能源。在天然气从气田中被开采出来后，经过处理、液化、运输、接受、气化等诸多缓解，最终送至用户手中发挥各种用途，液化过程可对天然气进行净化，进一步祛除其中的氧气、硫化物、二氧化碳和水，处理完后可使甲烷纯度接近与100%。

天然气供暖的主要优势包括以下几点：1、灵活性高，占用空间小。天然气用于家用燃气炉时，用户可根据自身需求对供暖温度和时间进行自由控制，并可随时使用热水。2、绿色环保，与传统供暖的煤和石油相比，天然气所排放的废弃大幅度减少，据相关科学研究，天然气所排放的一氧化碳总排放量在煤的5%左右。3、经济效益高，天然气开采与煤和石油开发相比，成本更为低廉，且燃烧充分，效率高。

二、天然气在城市供暖中的应用形式

（一）燃气锅炉

燃气锅炉是最为简单直接的供暖方式，从规模上来看，这种供暖方式包括一家一户的家用燃气灶或一栋楼或一个小区使用的燃气锅炉以及用于大面积供暖的区域性燃气锅炉。其中家用燃气灶是目前使用最为广泛的供暖方式，用户通常将其设置在阳台或厨房等处，在燃气灶上配置先进的电子点火系统以及温控系统，操作便捷、灵活性高，且能同时满足生活热水需求，但由于燃气灶是分散燃烧，多家同时使用时，会对社区空气质量造成影响，同时也存在燃烧故障或燃气泄漏等风险，对用户生命和财产安全带来隐患。而带有区域性质的燃气锅炉则规模更大，需要通过热量传输网向用户供暖，在集中性热源的作用下，系统运行更为稳定，运行效率高，近年来大型燃气锅炉已采用先进的低氮燃烧技术，对大气造成的污染更小，但由于热传输网所需的建设资金大，导致热损失高，因此在新建区域供热系统中应用较少。

（二）燃气热泵

燃气热泵是一种使用燃气驱动，利用环境热量进行供热的设备，所提供的热量是环境热量和燃气热量之和，因此其运行效率要比燃气锅炉高，在导热过程中，携带热量的环境介质可包括地热、水、空气以及其他热介质等，从工作原理上可分为燃气压缩式和燃气吸收式热泵两种，在冬季严寒期使用传统供暖设备会导致除霜困难，且运行效率低等问题，热泵从空气中能吸收到的热能较少，因此利用水、地热以及其他余热燃气热泵供热效果更佳。

（三）天燃气热电联产

天然气热电联产系统是一种比燃气锅炉更具有技术含量的供暖方式，由于纯热力发电机效率较低（通常在30%以下），大部分燃料能量以余热的形式在大气中散发，而热电联产系统则是充分利用了散发的余热用来供热，从而将热电联产的热能利用率提升到80%以上。我国最为常见热电联产形式为供热汽轮机联合锅炉，这种系统通常将燃煤作为能量供应来源，技术上已趋于完善，且大部分设备我国均能自产，但热电联产系统占用空间极为庞大，且运行调节能力较差，发电效率低，导致天然气在热电联产中的应用存在一定的局限性。此外，另一种燃气热电联产形式为燃气轮机联合系统，该系统又可分为单循环和联合循环两种，通常情况下大型燃气轮机效率可达到30%以上，电能和热能输出均可保持80%，但机组负荷低时，热效率也会明显降低。

三、天然气供暖存在的问题

作为城市供暖的主要介质，天然气属性为可燃性气体，但在运输过程中因需求特殊，存在诸多注意事宜，若未进行正确认识则会导致故障：1、天然气运输管道必须深埋在地下且固定措施要做好，在没有特殊原因的情况下禁止随意移动管道，因此对管道压力以及安装质量的控制显得尤为重要，否则会引发严重的安全问题；2、管道内壁要求光滑无障碍，且为了保证气体能被流畅的运输，管道和焊口需保证良好的强度和防腐蚀质量，否则会导致气体输送过程阻力增大，影响运输效率；3、天然气输送管道造价高昂，且野外敷设管道投资较大，因此管道建成后需在正常使用寿命期限内尽量减少不必要的更换元件或维修作业；4、城区供暖地下敷设管道错综复杂，一旦管道破损会导致泄漏事故，给人民财产造成严重损害。

四、提高天然气供暖实效性的策略

1、家用燃气炉在安装配置过程中需严格遵循安装规则，提高用户天然气燃烧率，同时，小区内需要建立天然气定期巡检小组，遵循检查规程对天然气管道故障进行周期性排除，避免燃气泄漏等故障；2、在目前普通燃气热本的基础上联合发电机组合呈燃气热泵独立供能喜用，自备发电功能，电能主要维持系统内部的水泵、风机以及控制元件，只需消耗天然气则可提供冷、热、生活热水，无需外界供电，可完全独立于市电状态外运行，这种方式具有余热回收、供暖温度控制方便、制热量大、季节适应性高等优势，且能源利用率较高，即使出现极端天气情况仍能保证正常供暖；3、燃气热电联产形式需从冷、热、电三种动态平衡角度进行考虑，优化系统配置，从而达到节约成本、提高运行效率、保障天然气供暖系统经济性的目的，由于热电联产的能耗低，因此在电价成本高，或者年供暖时间超过6个月的地区或单位较为适用；4、在天然气管道施工过程中需对施工质量进行严格把控，坚持预防为主、安全第一的施工原则，从源头消除天然气的使用安全隐患，提高天然气在城市供暖中的作用和地位。例如在管道焊接过程中应配置两名焊接技术人员同时操作，从同一点初发，一个沿顺时针方向焊接，另一个沿逆时针方向焊接，保证焊接管道的密闭性能。

结束语

尽管天然气供暖在目前城市供暖中得到了广泛应用，但从燃气供应企业面临的挑战来看，仍然有很多地方需要整改和发展，因此，我国大部分城市需针对供暖需求，为燃气供应企业拟定积极的战略规划，注重节能环保技术创新和企业品牌建设，努力提高天然气供暖的时效性，推动城市供暖工作可持续发展。

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