大準(zhǔn)鐵路供暖系統(tǒng)熱源性能分析

李蒴

摘 ?要：目前我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展提倡綠色經(jīng)濟(jì)，舉國上下都特別注重保護(hù)環(huán)境，我國傳統(tǒng)的供暖方式主要以燃燒煤炭為主，這種方式一致沿用至今，雖然供暖的效果很好，但是也給環(huán)境帶來了巨大的壓力，耗費(fèi)了過多的資源問題。隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，就連供暖方式都有所不同，過去的供暖方式是集中供暖，但是隨著時(shí)代的變化，逐漸出現(xiàn)了集中供暖方式、燃?xì)夤┡绞?、電熱供暖方式以及空氣調(diào)節(jié)供暖方式等多種方式都存在的情況。

關(guān)鍵詞：供暖系統(tǒng) ?鍋爐 ?燃料

中圖分類號：TU833 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）11（a）-0032-02

自從十八大之后我國步入改革開放的發(fā)展進(jìn)程以來， 整體的經(jīng)濟(jì)一直在不斷增長，社會發(fā)展體現(xiàn)出了前所未有的生機(jī)與活力，全國人民的生活水平也大幅提高，同時(shí)對更好的生活的需求也在不斷提升。對于鐵路一線廣大職工來說，如何度過一個(gè)溫暖舒適的嚴(yán)寒冬季是他們最大的幸福追求，而作為后勤服務(wù)單位如何進(jìn)行科學(xué)選擇一種能保證供暖效果，還能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)保零排放，更好地保護(hù)現(xiàn)有資源的供暖方式至關(guān)重要。

大準(zhǔn)鐵路東起山西省大同市燕莊站，橫跨山西、內(nèi)蒙古兩省區(qū)，向西途經(jīng)山西省大同市、新榮區(qū)和內(nèi)蒙古自治區(qū)的豐鎮(zhèn)市、涼城縣、和林格爾縣、清水河縣，至準(zhǔn)格爾旗薛家灣站，正線全長264km，1997年11月19日電氣化全線開通;是全國首條開行萬噸重載列車的單線鐵路。全線共設(shè)25個(gè)車站，房屋968棟，總供暖面積約22萬m2。目前大準(zhǔn)鐵路沿線采取的供暖方式主要有煤鍋爐、電鍋爐、天然氣鍋爐這3種。

煤鍋爐在大準(zhǔn)線已使用有20余年，眾所周知煤炭是一種不可再生資源，如果這種資源出現(xiàn)過度消耗的情況將很難進(jìn)行替代。燃燒煤炭進(jìn)行供暖經(jīng)常會出現(xiàn)污染環(huán)境的情況，在環(huán)保工作要求日益嚴(yán)格的今天，這種方式必然被歷史所淘汰，取而代之的是更加高效科學(xué)、環(huán)保、高效的電鍋爐、天然氣鍋爐和甲醇鍋爐等新主流。電鍋爐在大準(zhǔn)線已使用多年，技術(shù)相對成熟，運(yùn)行效果穩(wěn)定，考慮到大準(zhǔn)線各站目前的用電負(fù)荷均接近飽和狀態(tài)，而站區(qū)用電增容工作又存在較大困難，所以在今后燃煤鍋爐淘汰更新時(shí)暫不考慮電鍋爐。為此，該文將對天然氣鍋爐和甲醇鍋爐的應(yīng)用作初步的分析與探討。

1 ?熱源屬性

1.1 天然氣

天然氣是一種主要由甲烷組成的氣態(tài)化石燃料，主要成分烷烴，其中甲烷占絕大多數(shù)，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般還有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣以及少量一氧化碳及微量的稀有氣體;比重約0.65g/cm3，比空氣輕，具有無色、無味、無毒的特性，甲烷含量高達(dá)99.99%，燃燒產(chǎn)物為二氧化碳和水，是較為安全的燃?xì)庵?，一旦泄漏，立即會向上擴(kuò)散，不易積聚形成爆炸性氣體，安全性較其他燃體而言相對較高。

1.2 甲醇

甲醇為是無色有酒精氣味易揮發(fā)的液體，有刺激性氣味，相對密度為0.79g/cm3，燃燒熱值為726.51kJ/mol，具有毒性，人口服中毒最低劑量約為100mg/kg體重，經(jīng)口攝入0.3～1g/kg可致死，短時(shí)大量吸入出現(xiàn)輕度眼上呼吸道刺激癥狀，具有高易燃性、蒸氣易爆性，與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇熱、明火或氧化劑易著火或爆炸。

2 ?經(jīng)濟(jì)性分析

2.1 初期投資

以大紅城站區(qū)為例，供暖面積1萬m2，需要2臺2t鍋爐、2臺2t的天然氣鍋爐，初裝費(fèi)用約為70萬元，2臺2t的甲醇鍋爐，初裝費(fèi)用約為60萬元。

2.2 運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用

兩類鍋爐均為自動(dòng)化控制系統(tǒng)，因此人員工資（3人輪班，每人每月2000元，一個(gè)采暖季6個(gè)月需要工資約4萬）及維保費(fèi)用（1萬元）基本一致，且不是主要費(fèi)用組成，在此不做主要分析，下文主要對燃料費(fèi)進(jìn)行計(jì)算、比較。

2.3 燃料費(fèi)用

2.3.1 天然氣鍋爐燃料費(fèi)

采用歷史數(shù)據(jù)、總熱量兩種方法計(jì)算天然氣鍋爐燃料費(fèi)。

（1）歷史數(shù)據(jù)計(jì)算。

燕莊站區(qū)使用2臺4t的天然氣鍋爐，供暖面積約為30000m2，2016年用氣量為836669m3，單價(jià)3.4元/m3，總費(fèi)用284.5萬元;2017年1075174m3，單價(jià)3.55元/m3，總價(jià)381.7萬元。2018年用氣量為1125942m3，單價(jià)4.9元/m3，費(fèi)用為551.7萬元，年均費(fèi)用為406萬元。

大紅城站區(qū)供暖面積10000m2，天然氣鍋爐年燃料成本為燕莊站區(qū)1/3為135萬元。

（2）總熱量計(jì)算。

大紅城貨場鍋爐房、新運(yùn)轉(zhuǎn)、站區(qū)、變電鍋爐房2016—2018年的年平均總用煤量為1310t，熱值為5000Cal，燃煤鍋爐熱效率為50%（鍋爐正常熱效率70%，考慮使用多年，考慮0.7的折舊系數(shù)）。

大紅城站區(qū)供暖熱量總值為：

1310T×5000kCal/kg×0.5=327500萬kCal

天然氣熱值：8500kCal/m3，燃?xì)忮仩t熱效率為95%，

大紅城站區(qū)燃?xì)庥昧繛椋?/p>

327500萬kCal÷8500kCal/m3÷0.95=405573m3

天然氣2016年招標(biāo)價(jià)單價(jià)為3.4元/m3，2017年招標(biāo)單價(jià)為3.55元/m3，2018年招標(biāo)價(jià)單價(jià)4.9元/m3，取均價(jià)3.95元/m3。

405573m3×3.95元/m3=160萬元。

天然氣鍋爐年燃料費(fèi)用為160萬元。

對歷史數(shù)據(jù)（135萬元）、總熱量（160萬元）求平均值可得到大紅城地區(qū)天然氣鍋爐年燃料費(fèi)用為148萬元。

2.3.2 甲醇鍋爐燃料費(fèi)

采用總熱量法計(jì)算大紅城站區(qū)甲醇鍋爐年燃料費(fèi)。

（1）總熱量計(jì)算。

大紅城站區(qū)總熱量為327500萬kCal。

甲醇熱值：6500kCal/kg，甲醇鍋爐熱效率為95%。

大紅城站區(qū)甲醇用量為：

327500萬kCal÷6500kCal/kg÷0.95=530364kg

甲醇2016年招標(biāo)價(jià)單價(jià)為3.55元/kg，2017年招標(biāo)單價(jià)為4元/kg，2018年招標(biāo)價(jià)單價(jià)為4.55元/kg，取均價(jià)4元/kg計(jì)算：

530364kg×4元/kg=212萬元。

甲醇鍋爐年燃料費(fèi)用為212萬元。

2.3.3 經(jīng)濟(jì)性分析比較

根據(jù)以上計(jì)算得出，天然氣鍋爐初裝費(fèi)用約為25萬元，燃料費(fèi)約為148萬元/年;甲醇鍋爐初裝費(fèi)用約為30萬元，燃料費(fèi)約為212萬元/年;人員工資約4萬，維保費(fèi)用約1萬元（見表1）。

根據(jù)以上分析可得，前期投入方面天然氣鍋爐較甲醇鍋爐貴10萬元，每年的燃料費(fèi)甲醇鍋爐比天然氣鍋爐多60萬元，運(yùn)行維修基本費(fèi)用一致。綜合考慮，天然氣鍋爐經(jīng)濟(jì)性要優(yōu)于甲醇鍋爐。

3 ?安全性分析

3.1 天然氣鍋爐

天然氣在封閉環(huán)境里聚集的情況下，達(dá)到爆炸下限5%，會觸發(fā)威力巨大的爆炸，其爆炸上限為15%。但由于氣體揮發(fā)的性質(zhì)，在自發(fā)的條件下基本是不具備的，需要使用外力將天然氣濃度維持在爆炸區(qū)間以觸發(fā)爆炸，通過對天然氣進(jìn)行“加臭”處理，在天然氣中加入“臭味劑”，如發(fā)生泄漏可第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)，且天然氣鍋爐房內(nèi)均安裝防泄漏探頭，一旦檢測到天然氣，第一時(shí)間觸發(fā)聲光報(bào)警，切斷氣源，開啟強(qiáng)制通風(fēng)。

液化天然氣的運(yùn)送溫度為-162℃，儲罐需使用儲存液化天然氣的專業(yè)產(chǎn)品，要求其結(jié)構(gòu)材料在極低溫度下具有一定強(qiáng)度和韌性，屬于三類壓力容器，目前使用較多的是9鎳鋼（06Ni9DR材料）制作而成，經(jīng)過探傷，水壓氣壓試驗(yàn)，技術(shù)監(jiān)督局現(xiàn)場檢驗(yàn)，出具壓力容器檢驗(yàn)證書，外部除銹噴漆等工藝制造完成。液化氣儲罐對受壓元件材質(zhì)、外觀尺寸和焊縫質(zhì)量、運(yùn)行質(zhì)量、安裝質(zhì)量、內(nèi)部裝置及安全附件有著嚴(yán)格質(zhì)量鑒定，制造廠家需具有由國家質(zhì)量監(jiān)督總局頒發(fā)的《壓力容器設(shè)計(jì)許可證書》《壓力容器制造許可證書》資質(zhì)證書方可設(shè)計(jì)生產(chǎn);并且每年均需由縣級及以上的質(zhì)量監(jiān)督局現(xiàn)場驗(yàn)收并出具驗(yàn)收報(bào)告，確保設(shè)備安全正常。

《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范GB-50028》中關(guān)于LNG氣化能源站與明火、散發(fā)火花地點(diǎn)間距35m，與鐵路專線間距25m的安全間距要求。

3.2 甲醇鍋爐

甲醇在常溫常壓下，燃料本身為液體，氣化過程在敞開的燃燒器內(nèi)完成，不產(chǎn)生壓力爆炸風(fēng)險(xiǎn)較小，但是當(dāng)甲醇蒸氣與空氣混合達(dá)到甲醇的爆炸濃度范圍6.7%～3.6%時(shí)，遇火源就會發(fā)生爆炸。甲醇具有腐蝕性大、揮發(fā)性強(qiáng)的特點(diǎn)，會對鐵質(zhì)儲存罐造成不可逆轉(zhuǎn)、不易察覺、無法防范的損害，可能出現(xiàn)滲透、泄露等潛在安全風(fēng)險(xiǎn)，需要用玻璃鋼材質(zhì)灌裝拉運(yùn)較為安全。

由于甲醇的引爆能量小，絕大多數(shù)的潛在引爆源，如明火、電器設(shè)備點(diǎn)火源、靜電火花放電、雷電和金屬撞擊火花等，具有的能量一般都大于該值。此外，甲醇經(jīng)呼吸以及皮膚滲透30～50mg，即能引起甲醇急性或亞急性中毒，出現(xiàn)視力模糊、昏迷等中毒癥狀，嚴(yán)重者甚至?xí)霈F(xiàn)失明、死亡，不完全燃燒易形成非常規(guī)污染排放物，對人體有害。

庫房建設(shè)要求具有防爆設(shè)施、全天候通風(fēng)、自動(dòng)噴淋、實(shí)時(shí)監(jiān)控、甲醇濃度監(jiān)測等功能，20m范圍內(nèi)避免靜電的產(chǎn)生，現(xiàn)場管理難度較大。

綜上所述，天然氣鍋爐的安全性要優(yōu)于甲醇鍋爐。

4 ?結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，環(huán)保進(jìn)程的不斷加快，燃煤鍋爐時(shí)代即將退出歷史舞臺，新型環(huán)保節(jié)能的供熱系統(tǒng)不僅提高了傳統(tǒng)供熱的效率，也改善了供熱環(huán)境。綜上所述，天然氣鍋爐的安全性、經(jīng)濟(jì)性要明顯優(yōu)于甲醇鍋爐。

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