燃氣節能改造項目技術研究

崔志平 張國芹 （天津重鋼機械裝備股份有限公司 天津300459）

燃氣節能改造項目技術研究

崔志平 張國芹 （天津重鋼機械裝備股份有限公司 天津300459）

為響應我國政府“企業節能減排”的號召，從目前本企業燃氣使用中存在的問題和經濟性入手，介紹了節能工業燃氣的燃燒原理和特點。在此基礎上，對燃氣改造進行了經濟性估算，分析了進行燃氣改造的可行性，結果證明用節能工業燃氣替代奧博氣是一項成功的節能技術改造。

節能減排 節能工業燃氣 經濟性 設備改造

天津重鋼機械裝備股份有限公司是一家年產量2.5萬噸的鋼結構生產企業，年消耗燃氣近4 000瓶。為認真貫徹落實《國務院關于加強節能工作的決定》，實現“到2010年，單位GDP能耗比2005年下降20%”的目標，今年我公司將對下料車間和加工車間進行燃氣技術改造。[1]用節能工業燃氣替代目前使用的奧博氣，節能工業燃氣綜合使用成本比奧博氣降低40%～50%，每年可節省開支53.2萬元。節能工業燃氣操作安全，對空氣無污染，是一種理想的節能替代產品。

1 現有燃氣存在的問題和不足

1.1 安全性

現有燃氣為奧博氣，其主要成分為乙炔、丙烷、丙炔等。在切割和焊接過程中容易發生回火和爆鳴，乙炔在空氣中爆炸極限為2.3%～72.3%。[2]奧博氣在液態和固態下或在氣態和一定壓力下有猛烈爆炸的危險。此外，受熱、震動、電火花等因素影響都可以引發爆炸。

1.2 經濟性

在生產過程中，現有的乙炔或丙烷氣體預熱時間長，切割速度較慢。乙炔需要氣瓶儲存運輸，作業時還需頻繁更換氣瓶，無形中延長了工作周期，浪費了勞動力，間接影響經濟效益。

2 節能工業燃氣的燃燒原理

節能工業燃氣是指節能工業添加劑與天然氣混合后形成的工業燃氣。節能工業添加劑是依據活化催化燃燒的化學原理，充分發揮添加劑分子的親和及催化作用，引入燃燒時能產生初生態活性的添加劑原子，激活氧化-還原反應，使添加劑與主體介質發生反應聚集能量，以在燃燒時釋放高熱能，提高火焰溫度，消除污染。當節能工業添加劑與天然氣接觸后，由于添加劑分子具有良好的活性，降低了天然氣分子的活化能，增加了天然氣活化分子的數量，以此來提高燃燒速度，從而使火焰釋放熱量更集中，達到提高火焰溫度的目的。節能工業添加劑與基料混合后，火焰溫度可達到3 100～3 200°，其物理性質如表1所示。

表1 節能工業添加劑的物理性質

3 節能工業燃氣特點分析

3.1 安全

節能工業燃氣使用過程中不回火，不爆鳴，在空氣中的爆炸范圍較窄，與基料的爆炸范圍相同（天然氣爆炸范圍5.3%～15%），只有乙炔的1/8。節能工業添加劑與天然氣混合后，由于天然氣只需攜帶很少量的添加劑就可達到效果，所以節能工業燃氣的密度與基料密度相比變化不大，而且要比空氣密度小。因此，輕微的氣體泄露很快便在空氣中揮發掉，不會沉淀在工作車間底部造成安全隱患。

3.2 環保

節能工業燃氣燃燒后不產生任何有毒有害物質，無黑煙，對空氣無污染，對操作工人無毒害，操作簡單，安全。

3.3 節能

節能工業氣各項技術指標與乙炔相當或者略高，其預熱時間比乙炔、丙烷短，切割速度比乙炔、丙烷快，經濟效益比乙炔和丙烷都要明顯，實際操作的數據見表2。

表2 節能工業燃氣進行切割時的各項參數

在火焰切割過程中，絕大部分的熱量來自金屬燃燒釋放的熱量，而燃氣燃燒的熱量只占很少一部分。由于采用節能工業燃氣進行切割，其火焰溫度、預熱速度、切割速度都不比乙炔差，因此耗氣量并不是完全按照熱值進行轉化，只是在預熱階段稍有影響，其氣體流量略比乙炔高。同時，在用天然氣替換乙炔后，減少了鋼瓶運輸、更換的時間和費用，也節省了人力資本，綜合考慮可比乙炔節省40%以上。

3.4 功能廣泛

節能工業燃氣具備乙炔氣的切割、烤校、熱處理等功能，可進行切割、打孔、翻邊、開坡口、烘焙、矯正等操作。

3.5 工藝簡單

節能工業添加劑混合設備可以滿足各類工廠使用，不僅可以安裝在主管道上，也可以安裝在終端使用，搬運方便，操作簡單，使用靈活。

3.6 切割質量

節能工業燃氣切割平整，光潔度高，割件不掛渣或者掛渣很少，減少了勞動強度，在業內處于領先水平。

4 燃氣改造后的經濟性估算

4.1 節能工業燃氣和奧博氣耗氣量的確定

奧博氣主要成分為丙烷、丙烯，根據經驗及使用測量所得的數據，如表3所示。每1.3 m3節能工業燃氣約相當于1 kg奧博氣，則每瓶24 kg的奧博氣工作量同等需要31.2 m3節能工業燃氣，取整數為32 m3。每方天然氣攜帶添加劑約12 g，則替代每瓶奧博氣所需的天然氣攜帶了約384 g添加劑。

考慮到天然氣與奧博氣（C3、C4）燃燒耗氧量對比關系：每公斤天然氣燃燒耗氧4 kg，則每方天然氣耗氧2.9 kg；每公斤丙烷耗氧燃燒3.6 kg。按照高壓氧比例相同，則奧博氣切割耗氧要比節能工業燃氣高。

表3 節能工業燃氣與奧博氣的耗氣量對比

4.2 節能工業燃氣和奧博氣基礎費用對比

目前，我廠主廠區內主要有兩個車間在使用切割氣：下料車間每周用奧博氣36瓶，加工車間每周用奧博氣15瓶，各種消耗品的單價見表4。

表4 各種消耗品價格

使用節能工業燃氣替代奧博氣后，可以使生產成本降低，兩種氣體在耗氧量上相差不大，節能工業燃氣略高些，綜合對比耗氧量基本持平，經濟性估算只對比燃氣消耗量及由此產生的成本價格。兩種氣體的費用對比見表5。

表5 節能工業燃氣與奧博氣的費用對比（元）

4.3 其他改造費用

節能工業燃氣與奧博氣的燃燒方式和供氣方式不同，需對車間進行設備改造。其施工預算費用如表6。

表6 施工圖預算計價匯總表 （金額單價：元）

因此，采用瓶組形式供氣改造兩個車間，每月節省費用為：（400-175.5）×51×4=45 798 元

則投資回收期為：431 293/45 798=9.42（約為10個月）

由此可見，不到一年即可收回成本，采用節能工業燃氣替代奧博氣是可行的。

5 結論

與奧博氣相比，節能工業燃氣各項技術指標與乙炔相當或略高，其預熱時間比乙炔、丙烷短，切割速度比乙炔、丙烷快，節能工業燃氣具備乙炔氣的切割、烤校、熱處理等功能，可進行切割、打孔、翻邊等操作。節能工業燃氣切割平整，光潔度高，割件不掛渣或者掛渣很少，勞動強度因而大為減少。

節能工業燃氣綜合使用成本比乙炔降低40%～60%，比丙烷降低15%～30%；經濟效益比乙炔、丙烷明顯。

對下料車間和加工車間改造需要費用約431 293元，按每月可節省費用457 98元計算，10個月即可收回投資，顯然這是一項成功的節能技術改造。■

[1]趙媛，孔大為.節能減排技術研發及推廣應用[J].天津科技，2009，288（5）：9-10.

[2]田貫三，于暢，李興泉.燃氣爆炸極限計算方法的研究[J].燃氣與動力，2006，26（3）：29-33.

2011-09-06