燃气负荷计算

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1、市政环境工程学院市政环境工程学院周志刚周志刚城市供热与燃气工程规划城市供热与燃气工程规划 第三章第三章第三章第三章 城市燃气工程规划城市燃气工程规划城市燃气工程规划城市燃气工程规划 概述概述 城市燃气工程是供应城市居民生活、公共福利城市燃气工程是供应城市居民生活、公共福利事业和部分生产使用燃气的工程设施事业和部分生产使用燃气的工程设施。城市公用事业的一部分城市公用事业的一部分城市建设的一项重要设施城市建设的一项重要设施城市现代化的重要标志城市现代化的重要标志重要性重要性第三章第三章第三章第三章 城市燃气工程规划城市燃气工程规划城市燃气工程规划城市燃气工程规划 概述概述 进行城市燃气工程规划时进

2、行城市燃气工程规划时，会遇到会遇到气源气源、输送输送、储存储存、分配分配等有关方面一系列的技术经济问题。等有关方面一系列的技术经济问题。第三章第三章第三章第三章 城市燃气工程规划城市燃气工程规划城市燃气工程规划城市燃气工程规划 主要内容主要内容 3.3.2 3.3.2 城市燃气管网的布置城市燃气管网的布置第三节第三节 城市燃气输配系统规划城市燃气输配系统规划第二节第二节 城市燃气气源规划城市燃气气源规划第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算3.3.1 3.3.1 城市燃气管网系统城市燃气管网系统3.3.3 3.3.3 调压室的设置调压室的设置第三章第三章第三章第三章 城市燃气工

3、程规划城市燃气工程规划城市燃气工程规划城市燃气工程规划 第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算3.1.1 3.1.1 燃气的分类、性质燃气的分类、性质燃气燃气成分成分可燃气体可燃气体 CnHm H2 CO不可燃气体不可燃气体 CO2 N2 O2 H2S3.1.1.1 3.1.1.1 燃气的分类燃气的分类 第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算燃气燃气液化液化石油气石油气油制气油制气天然气天然气煤制气煤制气3.1.1.1 3.1.1.1 燃气的分类燃气的分类 第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算天然气天然气蕴藏在地层内的可燃气体蕴藏在地层内的可燃

4、气体低分子量烷烃的混合物低分子量烷烃的混合物存在于岩石裂缝、溶解在地下水中存在于岩石裂缝、溶解在地下水中由钻井开采获得由钻井开采获得纯天然气纯天然气含油天然气含油天然气油田伴气油田伴气矿井气矿井气1 1）天燃气天燃气气井开采气井开采气井开采气井开采伴随石油伴随石油从油井溢出从油井溢出从井底煤层从井底煤层抽出抽出 第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算煤制气煤制气以煤为原料，加工制造的燃气以煤为原料，加工制造的燃气干馏煤气干馏煤气气化煤气气化煤气利用焦炉、炭化炉对利用焦炉、炭化炉对煤进行煤进行干馏干馏所获得煤气所获得煤气将固体燃料在高温下与气化剂将固体燃料在高温下与气化剂相互作用

5、而得到的煤气相互作用而得到的煤气4000KJ/m4000KJ/m3 33600KJ/m3600KJ/m3 32 2）煤制气）煤制气发生炉发生炉煤气煤气水煤气水煤气压力气化压力气化煤气煤气工艺成熟工艺成熟主要气源主要气源 第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算油制气油制气由石油类燃料裂化而成的燃气由石油类燃料裂化而成的燃气蓄热蓄热热裂解法热裂解法蓄热催化蓄热催化 裂解法裂解法生产油制气生产油制气投资省、占地少投资省、占地少投产快、机动性强投产快、机动性强8000-9000KJ/m8000-9000KJ/m3 34500-5000KJ/m4500-5000KJ/m3 3主气源主气源

6、调节气源调节气源3 3）油制气）油制气 第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算液化石油气液化石油气由石油类炼油厂催化裂化炼油装置由石油类炼油厂催化裂化炼油装置成产得到成产得到 缺点缺点比空气重比空气重1.5倍，倍，易在低处聚积，易在低处聚积，遇火易发生爆遇火易发生爆炸炸4 4）液化石油气液化石油气优点优点热值高热值高液态：液态：10800-11000KJ/m310800-11000KJ/m3气态：气态：21000-26000KJ/m321000-26000KJ/m3易于运输、储存与分配易于运输、储存与分配主要气源主要气源 第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算3

7、.1.1.2 3.1.1.2 燃气的基本性质燃气的基本性质1)1)燃气的密度和相对密度燃气的密度和相对密度对于气体而言，标准状态就是对于气体而言，标准状态就是00、101.325kPa101.325kPa下该物质的状态。下该物质的状态。第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算3.1.1.2 3.1.1.2 燃气的基本性质燃气的基本性质1)1)燃气的密度和相对密度燃气的密度和相对密度比值，无量纲。比值，无量纲。第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算3.1.1.2 3.1.1.2 燃气的基本性质燃气的基本性质2)2)燃气的热值燃气的热值1Kg1Kg或或1m1m3 3燃

8、料完全燃燃料完全燃烧后，燃烧产物被冷烧后，燃烧产物被冷却到与原燃料相同的却到与原燃料相同的温度，其产物中水蒸温度，其产物中水蒸气以凝结水状态排出气以凝结水状态排出时所放出的热量时所放出的热量1Kg1Kg或或1m1m3 3燃料燃料完全燃烧时放完全燃烧时放出的热量出的热量1Kg1Kg或或1m1m3 3燃料完全燃燃料完全燃烧后，燃烧产物被冷烧后，燃烧产物被冷却到与原燃料相同的却到与原燃料相同的温度，其产物中水蒸温度，其产物中水蒸气未凝结成水时所放气未凝结成水时所放出的热量出的热量热值高热值低热值水蒸气的气化潜热 第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算3.1.1.2 3.1.1.2 燃

9、气的基本性质燃气的基本性质2)2)燃气的热值燃气的热值 第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算3.1.1.2 3.1.1.2 燃气的基本性质燃气的基本性质3)3)爆炸极限爆炸极限定义：可燃气体与空气的混合物能发生着火以至引起爆炸，定义：可燃气体与空气的混合物能发生着火以至引起爆炸，此时可燃气体与空气混合的此时可燃气体与空气混合的体积分数范围体积分数范围称为爆炸极限。称为爆炸极限。爆炸上限爆炸下限 第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算3.1.1.2 3.1.1.2 燃气的基本性质燃气的基本性质3)3)爆炸极限爆炸极限 第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用

10、气量的计算3.1.1.2 3.1.1.2 燃气的基本性质燃气的基本性质4)4)华白数华白数华白数代表燃气特性的一个参数。华白数相等就意味着在同一燃具上两种然气压力相同时仍可以获得相同的热负荷。气源多种多样，同一气源的供气组分有变化；燃具是定型的，要求燃具具有适应性，允许不同组分燃气互换。第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算3.1.1.2 3.1.1.2 燃气的基本性质燃气的基本性质4)4)华白数华白数 第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算3.1.2 3.1.2 燃气用气量的计算燃气用气量的计算城市燃气用量城市燃气用量居民生活居民生活居民生活居民生活用气量用气

11、量用气量用气量公共建筑公共建筑公共建筑公共建筑用气量用气量用气量用气量建筑采暖建筑采暖建筑采暖建筑采暖用气量用气量用气量用气量工业生产工业生产工业生产工业生产用气量用气量用气量用气量燃气用气量的计算是燃气系统规划设计的基础；只有确定城市燃气的总需要量后，才能根据需要和可能性来确定城市燃气供应系统的规模。第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算3.1.2.1 3.1.2.1 燃气年用气量燃气年用气量进行燃气输配系统的规划设计时，为了确定管网的规模，首先要确定燃气的年用气量。决定因素用户数量用户类型用气量指标 第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算 供气的一般原则供气

12、的一般原则为充分发挥燃气燃料的效率，燃气的使用应尽可能的做到为充分发挥燃气燃料的效率，燃气的使用应尽可能的做到经经济、合理。济、合理。其使用主要受国家的能源及环保政策、当地的具其使用主要受国家的能源及环保政策、当地的具体情况条件密切相关。体情况条件密切相关。居民用户：居民用户：效率高、节约燃料，减轻城市污染。效率高、节约燃料，减轻城市污染。工业用户：工业用户：与燃煤相比，热效率更高（热电厂除外），但是与燃煤相比，热效率更高（热电厂除外），但是用气量大，需结合具体的情况决定。用气量大，需结合具体的情况决定。气量分配时兼顾工业与民用气量分配时兼顾工业与民用，根据城市燃气供应和需要的具，根据城市燃气

13、供应和需要的具体情况，适当发展一定数量的工业用户（体情况，适当发展一定数量的工业用户（用气比较均匀，有用气比较均匀，有利于平衡城市燃气使用的不均匀性，减少燃气储存容量利于平衡城市燃气使用的不均匀性，减少燃气储存容量）。）。最终确定一个最终确定一个合理的比例合理的比例。第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算 供气的一般原则供气的一般原则供应民用用气原则：供应民用用气原则：优先满足城镇居民做饭和烧水的用气；优先满足城镇居民做饭和烧水的用气；尽量满足城镇托幼、学校、医院、旅馆、食堂和科研等尽量满足城镇托幼、学校、医院、旅馆、食堂和科研等公共建筑的需要；公共建筑的需要；人工煤气一般不供

14、应采暖锅炉用气。天然气如果充足，人工煤气一般不供应采暖锅炉用气。天然气如果充足，经过技术经济比较认为合理时，可以发展天然气采暖，经过技术经济比较认为合理时，可以发展天然气采暖，但必须具有调节季节性不均衡用气的设施或手段。但必须具有调节季节性不均衡用气的设施或手段。第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算 供气的一般原则供气的一般原则供应工业用气原则：供应工业用气原则：应优先供应在工艺上使用燃气后，可使产品产量及质量应优先供应在工艺上使用燃气后，可使产品产量及质量有很大提高的工业企业；有很大提高的工业企业；使用燃气后能显著减轻大气污染的工业企业；使用燃气后能显著减轻大气污染的工业企

15、业；作为缓冲用户的工业用户。作为缓冲用户的工业用户。不宜供应远离城市燃气管网的工业用户，也不宜供应将不宜供应远离城市燃气管网的工业用户，也不宜供应将燃气大量用于热加工的机械工厂。燃气大量用于热加工的机械工厂。第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算1 1）居民生活年用气量居民生活年用气量影响因素燃气用具气候条件有无集中热水供应当地统计数据分析确定缺乏实际统计资料居民用气量指标居民数气化百分率城市居民生活年用气量 第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算1 1）居民生活用气量居民生活用气量无集中采暖设备的用户在采暖期采用煤炉采暖兼烧水、做饭，因而减少了燃气用量。一般每

16、年差10%20，这种差别在采暖期比较长的城市表现得尤为明显；第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算2 2）公共建筑用气量）公共建筑用气量影响因素用气设备性能发热效率加工食品的方法当地气候条件统计数据分析得到的用气量指标 第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算2 2）公共建筑用气量公共建筑用气量 第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算3 3）建筑采暖用气量建筑采暖用气量按照不同建筑类型查表一般70%-80%第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算3 3）建筑采暖用气量建筑采暖用气量按照不同地区查表 第一节第一节 城市燃气用气量的计算城

17、市燃气用气量的计算4 4）工业用气量工业用气量影响因素企业生产规模工作班制工艺特点规划阶段很难精确计算将煤消耗量折算燃气用量考虑自然增长率不同燃料的热效率概略计算参照相似条件的城市工业用气量，取一个适当的百分数估算 第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算5 5）未预见气量未预见气量未预见气量管网的燃气漏损量发展过程中未预见量总用气量的5%第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算3.1.2.2 3.1.2.2 燃气小时计算流量燃气小时计算流量决定城市燃气管道与设备的通过能力和储存设施容积时，应决定城市燃气管道与设备的通过能力和储存设施容积时，应按照燃气计算月的小时最

18、大流量计算。按照燃气计算月的小时最大流量计算。小时计算流量系统经济性系统可靠性初投资增加经济性差无法满足用户需要高低 第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算3.1.2.2 3.1.2.2 燃气小时计算流量燃气小时计算流量小时计算流量不均匀系数法同时工作系数法既有居民和公用建筑用户又有工业用户只有居民用户尤其是庭院管网 第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算1 1）不均匀系数法不均匀系数法燃气需用工况燃气需用工况 决定因素：气候条件、居民生活水平、作息制度以决定因素：气候条件、居民生活水平、作息制度以及工业企业的工作班次等。及工业企业的工作班次等。理论上无法准确计

19、算，需经过大量的积累资料，加理论上无法准确计算，需经过大量的积累资料，加以科学处理后才能取得需用工况的可靠依据。以科学处理后才能取得需用工况的可靠依据。城市燃气各类用户用气情况是随月、日、时变化城市燃气各类用户用气情况是随月、日、时变化的，具有不均匀性的特点。的，具有不均匀性的特点。月不均匀性月不均匀性日不均匀性日不均匀性时不均匀性时不均匀性 第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算1 1）不均匀系数法不均匀系数法燃气需用工况燃气需用工况 1 1）月用气工况）月用气工况n 居民生活及公用建筑：气候条件（冬季多）居民生活及公用建筑：气候条件（冬季多）n 工业企业：生产工艺的性质（连

20、续生产的用气工业企业：生产工艺的性质（连续生产的用气稳定）稳定）n 建筑物供暖：所在地区的气候条件建筑物供暖：所在地区的气候条件1 1）不均匀系数法不均匀系数法燃气需用工况燃气需用工况 1 1）月用气工况）月用气工况 一年中各月的用气不均匀情况用月不均匀系数一年中各月的用气不均匀情况用月不均匀系数表示。表示。1212个月中月不均匀系数最大的月称为计算月，并个月中月不均匀系数最大的月称为计算月，并将月最大不均匀系数将月最大不均匀系数 称为月高峰系数。称为月高峰系数。第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算 第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算1 1）不均匀系数法不

21、均匀系数法燃气需用工况燃气需用工况 2 2）日用气工况）日用气工况 影响因素影响因素n 居民生活习惯居民生活习惯 （除节日外，比较有规律）（除节日外，比较有规律）n 工业企业工作和休息制度工业企业工作和休息制度 （比较有规律）（比较有规律）n 室外温度室外温度 （无规律）（无规律）该月中日最大不均匀系数该月中日最大不均匀系数 称为日高峰系数。称为日高峰系数。第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算1 1）不均匀系数法不均匀系数法燃气需用工况燃气需用工况 3 3）小时用气工况）小时用气工况 n 居民生活居民生活决定因素：居民生活习惯、气化住宅数量、职业习惯决定因素：居民生活习惯、气

22、化住宅数量、职业习惯规律：周一规律：周一-周五每日有早、中、晚三个用气高峰周五每日有早、中、晚三个用气高峰 周六、周日仅有中、晚用气高峰周六、周日仅有中、晚用气高峰n供暖用户供暖用户决定因素：供热机制（连续、间歇）、室外温度决定因素：供热机制（连续、间歇）、室外温度规律：连续供热波动较小，晚间稍高。规律：连续供热波动较小，晚间稍高。该日最大小时不均匀系数该日最大小时不均匀系数 称为该日的小时高峰系数。称为该日的小时高峰系数。第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算1 1）不均匀系数法不均匀系数法 第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算1 1）不均匀系数法不均匀系数

23、法最大负荷利用小时数：最大负荷利用小时数：假设把全年假设把全年8760h8760h（24x365)24x365)所使用所使用的燃气总量，按照一年中最大小时用量连续大量使用所能的燃气总量，按照一年中最大小时用量连续大量使用所能延续的小时数。延续的小时数。第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算1 1）不均匀系数法不均匀系数法用气高峰系数应根据城市用气量的实际统计资料确定当缺乏用气量的实际统计资料时，居民生活和公用建筑的用气高峰系数可结合当地实际，按照下列范围选择 第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算1 1）不均匀系数法不均匀系数法供应用户数多时，小时高峰系数取偏小

24、的数值。对于个别供应用户数多时，小时高峰系数取偏小的数值。对于个别的独立居民点，当总户数少于的独立居民点，当总户数少于15001500户时，作为特殊情况，户时，作为特殊情况，小时高峰系数甚至可以取小时高峰系数甚至可以取3.3-4.0.3.3-4.0.供暖用户用气不均匀性供暖用户用气不均匀性可根据当地的气象资料及供暖用气工况确定。可根据当地的气象资料及供暖用气工况确定。第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算1 1）不均匀系数法不均匀系数法 第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算2 2）同时工作系数法同时工作系数法 第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的

25、计算2 2）同时工作系数法同时工作系数法 第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算2 2）同时工作系数法同时工作系数法 第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算3.1.3 3.1.3 燃气输配系统的供需平衡燃气输配系统的供需平衡城市燃气需用工况不均匀城市燃气需用工况不均匀城市燃气气源供应量均匀城市燃气气源供应量均匀为解决均匀供气与不均匀耗气之间的矛盾，不间断的向用户为解决均匀供气与不均匀耗气之间的矛盾，不间断的向用户供应燃气，供应燃气，保证各类燃气用户有足够的流量和正常压力的燃保证各类燃气用户有足够的流量和正常压力的燃气，必须采用合适的方法使燃气输配系统供需平衡气，

26、必须采用合适的方法使燃气输配系统供需平衡。第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算3.1.3 3.1.3 燃气输配系统的供需平衡燃气输配系统的供需平衡供需平衡方法供需平衡方法1 1）改变气源的生产能力和设置机动气源）改变气源的生产能力和设置机动气源考虑因素：考虑因素：气源运转、停止的难易程度、气源生产负荷变化的可气源运转、停止的难易程度、气源生产负荷变化的可能性和变化的幅度、供气的安全可靠和技术经济合理性。能性和变化的幅度、供气的安全可靠和技术经济合理性。方法：方法：直立式连续炭化炉煤气：改变投料量、干馏时间（少量变化）直立式连续炭化炉煤气：改变投料量、干馏时间（少量变化）焦炉气

27、：无法改变焦炉气：无法改变油制气、发生炉煤气及液化石油气：启停方便，机动性强、负油制气、发生炉煤气及液化石油气：启停方便，机动性强、负 荷调整范围大。荷调整范围大。设置调节气井设置调节气井 第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算3.1.3 3.1.3 燃气输配系统的供需平衡燃气输配系统的供需平衡供需平衡方法供需平衡方法2 2）利用缓冲用户和发挥调度作用利用缓冲用户和发挥调度作用方法：方法：利用大型工业企业、锅炉房作为燃气供应的缓冲用利用大型工业企业、锅炉房作为燃气供应的缓冲用户户（夏季供余气、冬季采用改烧其他固态或液态燃料）（夏季供余气、冬季采用改烧其他固态或液态燃料）。调整大

28、型工业企业用户厂休日和作息时间。调整大型工业企业用户厂休日和作息时间。计划调配用气计划调配用气，根据测点数据制定调度计划调整供，根据测点数据制定调度计划调整供气量。气量。第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算3.1.3 3.1.3 燃气输配系统的供需平衡燃气输配系统的供需平衡3 3）利用储气设施）利用储气设施地下储气地下储气地下储气库储气量大、造价和运行费用省，可以平地下储气库储气量大、造价和运行费用省，可以平衡季节不均匀用气和一部分日不均匀用气。衡季节不均匀用气和一部分日不均匀用气。不宜用来平衡日不均匀用气及小时不均匀用气，因不宜用来平衡日不均匀用气及小时不均匀用气，因为急剧

29、增加采气强度，会使储库投资和运行费用增为急剧增加采气强度，会使储库投资和运行费用增加，不经济。加，不经济。第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算3.1.3 3.1.3 燃气输配系统的供需平衡燃气输配系统的供需平衡液态贮存液态贮存 将大量天燃气储存在特别的低温储罐或冻穴储将大量天燃气储存在特别的低温储罐或冻穴储气库中，用气高峰时送出。气库中，用气高峰时送出。储罐必须保证绝热良好，储存量要大。储罐必须保证绝热良好，储存量要大。第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算3.1.3 3.1.3 燃气输配系统的供需平衡燃气输配系统的供需平衡管道储气管道储气高压管束储气高压管束

30、储气：是将一组或几组钢管埋在地下，对管内燃气：是将一组或几组钢管埋在地下，对管内燃气加压，利用燃气的可压缩性及其在高压下和理想气体的偏差加压，利用燃气的可压缩性及其在高压下和理想气体的偏差（在（在16MPa16MPa、15.615.6度条件下，天然气比理想气体体积小度条件下，天然气比理想气体体积小22%22%左左右）进行储气。右）进行储气。长输干管储气长输干管储气：夜间用气低峰时储存在管道中。白天用气高：夜间用气低峰时储存在管道中。白天用气高峰时再将管内储气送出。峰时再将管内储气送出。平衡小时不均匀性的好方法。平衡小时不均匀性的好方法。第一节第一节 城市燃气用气量的计算城市燃气用气量的计算3.1.3 3.1.3 燃气输配系统的供需平衡燃气输配系统的供需平衡储气罐储气储气罐储气功能功能随燃气用量变化，补充制气设备所不能及时供应的部分燃气量。随燃气用量变化，补充制气设备所不能及时供应的部分燃气量。当停电、维修管道、制气设备发生故障时，保证一定的供气。当停电、维修管道、制气设备发生故障时，保证一定的供气。可以混合不同组分的燃气，使混合燃气的性质均匀。可以混合不同组分的燃气，使混合燃气的性质均匀。作用：平衡日不均匀用气和小时不均匀用气。作用：平衡日不均匀用气和小时不均匀用气。特点：金属耗量和投资很大。特点：金属耗量和投资很大。