燃气节能改造项目技术研究

崔志平 张国芹 （天津重钢机械装备股份有限公司 天津300459）

燃气节能改造项目技术研究

崔志平 张国芹 （天津重钢机械装备股份有限公司 天津300459）

为响应我国政府“企业节能减排”的号召，从目前本企业燃气使用中存在的问题和经济性入手，介绍了节能工业燃气的燃烧原理和特点。在此基础上，对燃气改造进行了经济性估算，分析了进行燃气改造的可行性，结果证明用节能工业燃气替代奥博气是一项成功的节能技术改造。

节能减排 节能工业燃气 经济性 设备改造

天津重钢机械装备股份有限公司是一家年产量2.5万吨的钢结构生产企业，年消耗燃气近4 000瓶。为认真贯彻落实《国务院关于加强节能工作的决定》，实现“到2010年，单位GDP能耗比2005年下降20%”的目标，今年我公司将对下料车间和加工车间进行燃气技术改造。[1]用节能工业燃气替代目前使用的奥博气，节能工业燃气综合使用成本比奥博气降低40%～50%，每年可节省开支53.2万元。节能工业燃气操作安全，对空气无污染，是一种理想的节能替代产品。

1 现有燃气存在的问题和不足

1.1 安全性

现有燃气为奥博气，其主要成分为乙炔、丙烷、丙炔等。在切割和焊接过程中容易发生回火和爆鸣，乙炔在空气中爆炸极限为2.3%～72.3%。[2]奥博气在液态和固态下或在气态和一定压力下有猛烈爆炸的危险。此外，受热、震动、电火花等因素影响都可以引发爆炸。

1.2 经济性

在生产过程中，现有的乙炔或丙烷气体预热时间长，切割速度较慢。乙炔需要气瓶储存运输，作业时还需频繁更换气瓶，无形中延长了工作周期，浪费了劳动力，间接影响经济效益。

2 节能工业燃气的燃烧原理

节能工业燃气是指节能工业添加剂与天然气混合后形成的工业燃气。节能工业添加剂是依据活化催化燃烧的化学原理，充分发挥添加剂分子的亲和及催化作用，引入燃烧时能产生初生态活性的添加剂原子，激活氧化-还原反应，使添加剂与主体介质发生反应聚集能量，以在燃烧时释放高热能，提高火焰温度，消除污染。当节能工业添加剂与天然气接触后，由于添加剂分子具有良好的活性，降低了天然气分子的活化能，增加了天然气活化分子的数量，以此来提高燃烧速度，从而使火焰释放热量更集中，达到提高火焰温度的目的。节能工业添加剂与基料混合后，火焰温度可达到3 100～3 200°，其物理性质如表1所示。

表1 节能工业添加剂的物理性质

3 节能工业燃气特点分析

3.1 安全

节能工业燃气使用过程中不回火，不爆鸣，在空气中的爆炸范围较窄，与基料的爆炸范围相同（天然气爆炸范围5.3%～15%），只有乙炔的1/8。节能工业添加剂与天然气混合后，由于天然气只需携带很少量的添加剂就可达到效果，所以节能工业燃气的密度与基料密度相比变化不大，而且要比空气密度小。因此，轻微的气体泄露很快便在空气中挥发掉，不会沉淀在工作车间底部造成安全隐患。

3.2 环保

节能工业燃气燃烧后不产生任何有毒有害物质，无黑烟，对空气无污染，对操作工人无毒害，操作简单，安全。

3.3 节能

节能工业气各项技术指标与乙炔相当或者略高，其预热时间比乙炔、丙烷短，切割速度比乙炔、丙烷快，经济效益比乙炔和丙烷都要明显，实际操作的数据见表2。

表2 节能工业燃气进行切割时的各项参数

在火焰切割过程中，绝大部分的热量来自金属燃烧释放的热量，而燃气燃烧的热量只占很少一部分。由于采用节能工业燃气进行切割，其火焰温度、预热速度、切割速度都不比乙炔差，因此耗气量并不是完全按照热值进行转化，只是在预热阶段稍有影响，其气体流量略比乙炔高。同时，在用天然气替换乙炔后，减少了钢瓶运输、更换的时间和费用，也节省了人力资本，综合考虑可比乙炔节省40%以上。

3.4 功能广泛

节能工业燃气具备乙炔气的切割、烤校、热处理等功能，可进行切割、打孔、翻边、开坡口、烘焙、矫正等操作。

3.5 工艺简单

节能工业添加剂混合设备可以满足各类工厂使用，不仅可以安装在主管道上，也可以安装在终端使用，搬运方便，操作简单，使用灵活。

3.6 切割质量

节能工业燃气切割平整，光洁度高，割件不挂渣或者挂渣很少，减少了劳动强度，在业内处于领先水平。

4 燃气改造后的经济性估算

4.1 节能工业燃气和奥博气耗气量的确定

奥博气主要成分为丙烷、丙烯，根据经验及使用测量所得的数据，如表3所示。每1.3 m3节能工业燃气约相当于1 kg奥博气，则每瓶24 kg的奥博气工作量同等需要31.2 m3节能工业燃气，取整数为32 m3。每方天然气携带添加剂约12 g，则替代每瓶奥博气所需的天然气携带了约384 g添加剂。

考虑到天然气与奥博气（C3、C4）燃烧耗氧量对比关系：每公斤天然气燃烧耗氧4 kg，则每方天然气耗氧2.9 kg；每公斤丙烷耗氧燃烧3.6 kg。按照高压氧比例相同，则奥博气切割耗氧要比节能工业燃气高。

表3 节能工业燃气与奥博气的耗气量对比

4.2 节能工业燃气和奥博气基础费用对比

目前，我厂主厂区内主要有两个车间在使用切割气：下料车间每周用奥博气36瓶，加工车间每周用奥博气15瓶，各种消耗品的单价见表4。

表4 各种消耗品价格

使用节能工业燃气替代奥博气后，可以使生产成本降低，两种气体在耗氧量上相差不大，节能工业燃气略高些，综合对比耗氧量基本持平，经济性估算只对比燃气消耗量及由此产生的成本价格。两种气体的费用对比见表5。

表5 节能工业燃气与奥博气的费用对比（元）

4.3 其他改造费用

节能工业燃气与奥博气的燃烧方式和供气方式不同，需对车间进行设备改造。其施工预算费用如表6。

表6 施工图预算计价汇总表 （金额单价：元）

因此，采用瓶组形式供气改造两个车间，每月节省费用为：（400-175.5）×51×4=45 798 元

则投资回收期为：431 293/45 798=9.42（约为10个月）

由此可见，不到一年即可收回成本，采用节能工业燃气替代奥博气是可行的。

5 结论

与奥博气相比，节能工业燃气各项技术指标与乙炔相当或略高，其预热时间比乙炔、丙烷短，切割速度比乙炔、丙烷快，节能工业燃气具备乙炔气的切割、烤校、热处理等功能，可进行切割、打孔、翻边等操作。节能工业燃气切割平整，光洁度高，割件不挂渣或者挂渣很少，劳动强度因而大为减少。

节能工业燃气综合使用成本比乙炔降低40%～60%，比丙烷降低15%～30%；经济效益比乙炔、丙烷明显。

对下料车间和加工车间改造需要费用约431 293元，按每月可节省费用457 98元计算，10个月即可收回投资，显然这是一项成功的节能技术改造。■

[1]赵媛，孔大为.节能减排技术研发及推广应用[J].天津科技，2009，288（5）：9-10.

[2]田贯三，于畅，李兴泉.燃气爆炸极限计算方法的研究[J].燃气与动力，2006，26（3）：29-33.

2011-09-06