论文部分内容阅读
摘 要：目前我国经济发展提倡绿色经济，举国上下都特别注重保护环境，我国传统的供暖方式主要以燃烧煤炭为主，这种方式一致沿用至今，虽然供暖的效果很好，但是也给环境带来了巨大的压力，耗费了过多的资源问题。随着我国经济的不断发展，就连供暖方式都有所不同，过去的供暖方式是集中供暖，但是随着时代的变化，逐渐出现了集中供暖方式、燃气供暖方式、电热供暖方式以及空气调节供暖方式等多种方式都存在的情况。
关键词：供暖系统 锅炉 燃料
中图分类号：TU833 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）11（a）-0032-02
自从十八大之后我国步入改革开放的发展进程以来， 整体的经济一直在不断增长，社会发展体现出了前所未有的生机与活力，全国人民的生活水平也大幅提高，同时对更好的生活的需求也在不断提升。对于铁路一线广大职工来说，如何度过一个温暖舒适的严寒冬季是他们最大的幸福追求，而作为后勤服务单位如何进行科学选择一种能保证供暖效果，还能够实现环保零排放，更好地保护现有资源的供暖方式至关重要。
大准铁路东起山西省大同市燕庄站，横跨山西、内蒙古两省区，向西途经山西省大同市、新荣区和内蒙古自治区的丰镇市、凉城县、和林格尔县、清水河县，至准格尔旗薛家湾站，正线全长264km，1997年11月19日电气化全线开通;是全国首条开行万吨重载列车的单线铁路。全线共设25个车站，房屋968栋，总供暖面积约22万m2。目前大准铁路沿线采取的供暖方式主要有煤锅炉、电锅炉、天然气锅炉这3种。
煤锅炉在大准线已使用有20余年，众所周知煤炭是一种不可再生资源，如果这种资源出现过度消耗的情况将很难进行替代。燃烧煤炭进行供暖经常会出现污染环境的情况，在环保工作要求日益严格的今天，这种方式必然被历史所淘汰，取而代之的是更加高效科学、环保、高效的电锅炉、天然气锅炉和甲醇锅炉等新主流。电锅炉在大准线已使用多年，技术相对成熟，运行效果稳定，考虑到大准线各站目前的用电负荷均接近饱和状态，而站区用电增容工作又存在较大困难，所以在今后燃煤锅炉淘汰更新时暂不考虑电锅炉。为此，该文将对天然气锅炉和甲醇锅炉的应用作初步的分析与探讨。
1 热源属性
1.1 天然气
天然气是一种主要由甲烷组成的气态化石燃料，主要成分烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还有硫化氢、二氧化碳、氮和水气以及少量一氧化碳及微量的稀有气体;比重约0.65g/cm3，比空气轻，具有无色、无味、无毒的特性，甲烷含量高达99.99%，燃烧产物为二氧化碳和水，是较为安全的燃气之一，一旦泄漏，立即会向上扩散，不易积聚形成爆炸性气体，安全性较其他燃体而言相对较高。
1.2 甲醇
甲醇为是无色有酒精气味易挥发的液体，有刺激性气味，相对密度为0.79g/cm3，燃烧热值为726.51kJ/mol，具有毒性，人口服中毒最低剂量约为100mg/kg体重，经口摄入0.3～1g/kg可致死，短时大量吸入出现轻度眼上呼吸道刺激症状，具有高易燃性、蒸气易爆性，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热、明火或氧化剂易着火或爆炸。
2 经济性分析
2.1 初期投资
以大红城站区为例，供暖面积1万m2，需要2台2t锅炉、2台2t的天然气锅炉，初装费用约为70万元，2台2t的甲醇锅炉，初装费用约为60万元。
2.2 运行维护费用
两类锅炉均为自动化控制系统，因此人员工资（3人轮班，每人每月2000元，一个采暖季6个月需要工资约4万）及维保费用（1万元）基本一致，且不是主要费用组成，在此不做主要分析，下文主要对燃料费进行计算、比较。
2.3 燃料费用
2.3.1 天然气锅炉燃料费
采用历史数据、总热量两种方法计算天然气锅炉燃料费。
（1）历史数据计算。
燕庄站区使用2台4t的天然气锅炉，供暖面积约为30000m2，2016年用气量为836669m3，单价3.4元/m3，总费用284.5万元;2017年1075174m3，单价3.55元/m3，总价381.7万元。2018年用气量为1125942m3，单价4.9元/m3，费用为551.7万元，年均费用为406万元。
大红城站区供暖面积10000m2，天然气锅炉年燃料成本为燕庄站区1/3为135万元。
（2）总热量计算。
大红城货场锅炉房、新运转、站区、变电锅炉房2016—2018年的年平均总用煤量为1310t，热值为5000Cal，燃煤锅炉热效率为50%（锅炉正常热效率70%，考虑使用多年，考虑0.7的折旧系数）。
大红城站区供暖热量总值为：
1310T×5000kCal/kg×0.5=327500万kCal
天然气热值：8500kCal/m3，燃气锅炉热效率为95%，
大红城站区燃气用量为：
327500万kCal÷8500kCal/m3÷0.95=405573m3
天然气2016年招标价单价为3.4元/m3，2017年招標单价为3.55元/m3，2018年招标价单价4.9元/m3，取均价3.95元/m3。
405573m3×3.95元/m3=160万元。
天然气锅炉年燃料费用为160万元。
对历史数据（135万元）、总热量（160万元）求平均值可得到大红城地区天然气锅炉年燃料费用为148万元。
2.3.2 甲醇锅炉燃料费
采用总热量法计算大红城站区甲醇锅炉年燃料费。 （1）总热量计算。
大红城站区总热量为327500万kCal。
甲醇热值：6500kCal/kg，甲醇锅炉热效率为95%。
大红城站区甲醇用量为：
327500万kCal÷6500kCal/kg÷0.95=530364kg
甲醇2016年招标价单价为3.55元/kg，2017年招标单价为4元/kg，2018年招标价单价为4.55元/kg，取均价4元/kg计算：
530364kg×4元/kg=212万元。
甲醇锅炉年燃料费用为212万元。
2.3.3 经济性分析比较
根据以上计算得出，天然气锅炉初装费用约为25万元，燃料费约为148万元/年;甲醇锅炉初装费用约为30万元，燃料费约为212万元/年;人员工资约4万，维保费用约1万元（见表1）。
根据以上分析可得，前期投入方面天然气锅炉较甲醇锅炉贵10万元，每年的燃料费甲醇锅炉比天然气锅炉多60万元，运行维修基本费用一致。综合考虑，天然气锅炉经济性要优于甲醇锅炉。
3 安全性分析
3.1 天然气锅炉
天然气在封闭环境里聚集的情况下，达到爆炸下限5%，会触发威力巨大的爆炸，其爆炸上限为15%。但由于气体挥发的性质，在自发的条件下基本是不具备的，需要使用外力将天然气浓度维持在爆炸区间以触发爆炸，通过对天然气进行“加臭”处理，在天然气中加入“臭味剂”，如发生泄漏可第一时间发现，且天然气锅炉房内均安装防泄漏探头，一旦检测到天然气，第一时间触发声光报警，切断气源，开启强制通风。
液化天然气的运送温度为-162℃，储罐需使用储存液化天然气的专业产品，要求其结构材料在极低温度下具有一定强度和韧性，属于三类压力容器，目前使用较多的是9镍钢（06Ni9DR材料）制作而成，经过探伤，水压气压试验，技术监督局现场检验，出具压力容器检验证书，外部除锈喷漆等工艺制造完成。液化气储罐对受压元件材质、外观尺寸和焊缝质量、运行质量、安装质量、内部装置及安全附件有着严格质量鉴定，制造厂家需具有由国家质量监督总局颁发的《压力容器设计许可证书》《压力容器制造许可证书》资质证书方可设计生产;并且每年均需由县级及以上的质量监督局现场验收并出具验收报告，确保设备安全正常。
《中华人民共和国国家标准城镇燃气设计规范GB-50028》中关于LNG气化能源站与明火、散发火花地点间距35m，与铁路专线间距25m的安全间距要求。
3.2 甲醇锅炉
甲醇在常温常压下，燃料本身为液体，气化过程在敞开的燃烧器内完成，不产生压力爆炸风险较小，但是当甲醇蒸气与空气混合达到甲醇的爆炸浓度范围6.7%～3.6%时，遇火源就会发生爆炸。甲醇具有腐蚀性大、挥发性强的特点，会对铁质储存罐造成不可逆转、不易察觉、无法防范的损害，可能出现渗透、泄露等潜在安全风险，需要用玻璃钢材质灌装拉运较为安全。
由于甲醇的引爆能量小，绝大多数的潜在引爆源，如明火、电器设备点火源、静电火花放电、雷电和金属撞击火花等，具有的能量一般都大于该值。此外，甲醇经呼吸以及皮肤渗透30～50mg，即能引起甲醇急性或亚急性中毒，出现视力模糊、昏迷等中毒症状，严重者甚至会出现失明、死亡，不完全燃烧易形成非常规污染排放物，对人体有害。
库房建设要求具有防爆设施、全天候通风、自动喷淋、实时监控、甲醇浓度监测等功能，20m范围内避免静电的产生，现场管理难度较大。
综上所述，天然气锅炉的安全性要优于甲醇锅炉。
4 结语
随着经济社会的不断发展，环保进程的不断加快，燃煤锅炉时代即将退出历史舞台，新型环保节能的供热系统不仅提高了传统供热的效率，也改善了供热环境。综上所述，天然气锅炉的安全性、经济性要明显优于甲醇锅炉。
参考文献
[1] 朱強.锅炉能效测试的重要性[J].资源节约与环保，2016（12）：3.
[2] 卢方平.浅谈供热系统存在的问题及供暖热源的研究分析[J].中国科技投资，2019（8）：38.
[3] 李蓓.浅析燃气锅炉供热系统的节能技术[J].现代工业经济和信息化，2015（19）：24.
关键词：供暖系统 锅炉 燃料
中图分类号：TU833 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）11（a）-0032-02
自从十八大之后我国步入改革开放的发展进程以来， 整体的经济一直在不断增长，社会发展体现出了前所未有的生机与活力，全国人民的生活水平也大幅提高，同时对更好的生活的需求也在不断提升。对于铁路一线广大职工来说，如何度过一个温暖舒适的严寒冬季是他们最大的幸福追求，而作为后勤服务单位如何进行科学选择一种能保证供暖效果，还能够实现环保零排放，更好地保护现有资源的供暖方式至关重要。
大准铁路东起山西省大同市燕庄站，横跨山西、内蒙古两省区，向西途经山西省大同市、新荣区和内蒙古自治区的丰镇市、凉城县、和林格尔县、清水河县，至准格尔旗薛家湾站，正线全长264km，1997年11月19日电气化全线开通;是全国首条开行万吨重载列车的单线铁路。全线共设25个车站，房屋968栋，总供暖面积约22万m2。目前大准铁路沿线采取的供暖方式主要有煤锅炉、电锅炉、天然气锅炉这3种。
煤锅炉在大准线已使用有20余年，众所周知煤炭是一种不可再生资源，如果这种资源出现过度消耗的情况将很难进行替代。燃烧煤炭进行供暖经常会出现污染环境的情况，在环保工作要求日益严格的今天，这种方式必然被历史所淘汰，取而代之的是更加高效科学、环保、高效的电锅炉、天然气锅炉和甲醇锅炉等新主流。电锅炉在大准线已使用多年，技术相对成熟，运行效果稳定，考虑到大准线各站目前的用电负荷均接近饱和状态，而站区用电增容工作又存在较大困难，所以在今后燃煤锅炉淘汰更新时暂不考虑电锅炉。为此，该文将对天然气锅炉和甲醇锅炉的应用作初步的分析与探讨。
1 热源属性
1.1 天然气
天然气是一种主要由甲烷组成的气态化石燃料，主要成分烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还有硫化氢、二氧化碳、氮和水气以及少量一氧化碳及微量的稀有气体;比重约0.65g/cm3，比空气轻，具有无色、无味、无毒的特性，甲烷含量高达99.99%，燃烧产物为二氧化碳和水，是较为安全的燃气之一，一旦泄漏，立即会向上扩散，不易积聚形成爆炸性气体，安全性较其他燃体而言相对较高。
1.2 甲醇
甲醇为是无色有酒精气味易挥发的液体，有刺激性气味，相对密度为0.79g/cm3，燃烧热值为726.51kJ/mol，具有毒性，人口服中毒最低剂量约为100mg/kg体重，经口摄入0.3～1g/kg可致死，短时大量吸入出现轻度眼上呼吸道刺激症状，具有高易燃性、蒸气易爆性，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热、明火或氧化剂易着火或爆炸。
2 经济性分析
2.1 初期投资
以大红城站区为例，供暖面积1万m2，需要2台2t锅炉、2台2t的天然气锅炉，初装费用约为70万元，2台2t的甲醇锅炉，初装费用约为60万元。
2.2 运行维护费用
两类锅炉均为自动化控制系统，因此人员工资（3人轮班，每人每月2000元，一个采暖季6个月需要工资约4万）及维保费用（1万元）基本一致，且不是主要费用组成，在此不做主要分析，下文主要对燃料费进行计算、比较。
2.3 燃料费用
2.3.1 天然气锅炉燃料费
采用历史数据、总热量两种方法计算天然气锅炉燃料费。
（1）历史数据计算。
燕庄站区使用2台4t的天然气锅炉，供暖面积约为30000m2，2016年用气量为836669m3，单价3.4元/m3，总费用284.5万元;2017年1075174m3，单价3.55元/m3，总价381.7万元。2018年用气量为1125942m3，单价4.9元/m3，费用为551.7万元，年均费用为406万元。
大红城站区供暖面积10000m2，天然气锅炉年燃料成本为燕庄站区1/3为135万元。
（2）总热量计算。
大红城货场锅炉房、新运转、站区、变电锅炉房2016—2018年的年平均总用煤量为1310t，热值为5000Cal，燃煤锅炉热效率为50%（锅炉正常热效率70%，考虑使用多年，考虑0.7的折旧系数）。
大红城站区供暖热量总值为：
1310T×5000kCal/kg×0.5=327500万kCal
天然气热值：8500kCal/m3，燃气锅炉热效率为95%，
大红城站区燃气用量为：
327500万kCal÷8500kCal/m3÷0.95=405573m3
天然气2016年招标价单价为3.4元/m3，2017年招標单价为3.55元/m3，2018年招标价单价4.9元/m3，取均价3.95元/m3。
405573m3×3.95元/m3=160万元。
天然气锅炉年燃料费用为160万元。
对历史数据（135万元）、总热量（160万元）求平均值可得到大红城地区天然气锅炉年燃料费用为148万元。
2.3.2 甲醇锅炉燃料费
采用总热量法计算大红城站区甲醇锅炉年燃料费。 （1）总热量计算。
大红城站区总热量为327500万kCal。
甲醇热值：6500kCal/kg，甲醇锅炉热效率为95%。
大红城站区甲醇用量为：
327500万kCal÷6500kCal/kg÷0.95=530364kg
甲醇2016年招标价单价为3.55元/kg，2017年招标单价为4元/kg，2018年招标价单价为4.55元/kg，取均价4元/kg计算：
530364kg×4元/kg=212万元。
甲醇锅炉年燃料费用为212万元。
2.3.3 经济性分析比较
根据以上计算得出，天然气锅炉初装费用约为25万元，燃料费约为148万元/年;甲醇锅炉初装费用约为30万元，燃料费约为212万元/年;人员工资约4万，维保费用约1万元（见表1）。
根据以上分析可得，前期投入方面天然气锅炉较甲醇锅炉贵10万元，每年的燃料费甲醇锅炉比天然气锅炉多60万元，运行维修基本费用一致。综合考虑，天然气锅炉经济性要优于甲醇锅炉。
3 安全性分析
3.1 天然气锅炉
天然气在封闭环境里聚集的情况下，达到爆炸下限5%，会触发威力巨大的爆炸，其爆炸上限为15%。但由于气体挥发的性质，在自发的条件下基本是不具备的，需要使用外力将天然气浓度维持在爆炸区间以触发爆炸，通过对天然气进行“加臭”处理，在天然气中加入“臭味剂”，如发生泄漏可第一时间发现，且天然气锅炉房内均安装防泄漏探头，一旦检测到天然气，第一时间触发声光报警，切断气源，开启强制通风。
液化天然气的运送温度为-162℃，储罐需使用储存液化天然气的专业产品，要求其结构材料在极低温度下具有一定强度和韧性，属于三类压力容器，目前使用较多的是9镍钢（06Ni9DR材料）制作而成，经过探伤，水压气压试验，技术监督局现场检验，出具压力容器检验证书，外部除锈喷漆等工艺制造完成。液化气储罐对受压元件材质、外观尺寸和焊缝质量、运行质量、安装质量、内部装置及安全附件有着严格质量鉴定，制造厂家需具有由国家质量监督总局颁发的《压力容器设计许可证书》《压力容器制造许可证书》资质证书方可设计生产;并且每年均需由县级及以上的质量监督局现场验收并出具验收报告，确保设备安全正常。
《中华人民共和国国家标准城镇燃气设计规范GB-50028》中关于LNG气化能源站与明火、散发火花地点间距35m，与铁路专线间距25m的安全间距要求。
3.2 甲醇锅炉
甲醇在常温常压下，燃料本身为液体，气化过程在敞开的燃烧器内完成，不产生压力爆炸风险较小，但是当甲醇蒸气与空气混合达到甲醇的爆炸浓度范围6.7%～3.6%时，遇火源就会发生爆炸。甲醇具有腐蚀性大、挥发性强的特点，会对铁质储存罐造成不可逆转、不易察觉、无法防范的损害，可能出现渗透、泄露等潜在安全风险，需要用玻璃钢材质灌装拉运较为安全。
由于甲醇的引爆能量小，绝大多数的潜在引爆源，如明火、电器设备点火源、静电火花放电、雷电和金属撞击火花等，具有的能量一般都大于该值。此外，甲醇经呼吸以及皮肤渗透30～50mg，即能引起甲醇急性或亚急性中毒，出现视力模糊、昏迷等中毒症状，严重者甚至会出现失明、死亡，不完全燃烧易形成非常规污染排放物，对人体有害。
库房建设要求具有防爆设施、全天候通风、自动喷淋、实时监控、甲醇浓度监测等功能，20m范围内避免静电的产生，现场管理难度较大。
综上所述，天然气锅炉的安全性要优于甲醇锅炉。
4 结语
随着经济社会的不断发展，环保进程的不断加快，燃煤锅炉时代即将退出历史舞台，新型环保节能的供热系统不仅提高了传统供热的效率，也改善了供热环境。综上所述，天然气锅炉的安全性、经济性要明显优于甲醇锅炉。
参考文献
[1] 朱強.锅炉能效测试的重要性[J].资源节约与环保，2016（12）：3.
[2] 卢方平.浅谈供热系统存在的问题及供暖热源的研究分析[J].中国科技投资，2019（8）：38.
[3] 李蓓.浅析燃气锅炉供热系统的节能技术[J].现代工业经济和信息化，2015（19）：24.