摘要:本文介绍世界燃气发展史和我国燃气事业走过的路程。我国燃气事业走过不少弯路,要吸取教训,尤其在发挥燃气效益的应用环节中还有不少地方需要改进。回顾历史总结经验和教训,让燃气应用事业发挥应有的作用。
引言
中国是全世界公认的使用天然气最早的国家。由于各种因素的影响,燃气事业一直没有被重视。自本世纪开始进入天然气时代,燃气事业有了很大进步,但是比起先进国家还有很大差距。本文回顾世界燃气事业燃气发展沿革,总结历史教训,并对今后燃气事业的发展提点粗浅的意见。
一.世界燃气事业的历史沿革与发展趋势
世界燃气事业发展也是与人类经济发展紧密结合的。我们祖先钻木取火,开始熟食。当时烧的是树木杂草。瓦特发明蒸汽机后大量使用煤。汽车的普及后,石油逐渐成为主要能源,由于燃气看不见摸不着,被利用得比较晚。
1. 我国是发现与使用天然气最早的国家
大约在2000年以前,我们的祖先就用天然气煮盐。1950年在四川出土的东汉画像砖中的用燃气煮盐的图,证明我国利用天然气最早,并被世界公认。(图1)为古代火井制盐图。
2. 燃气工业化生产是在英国从煤制气照明开始【1】
1792年苏格兰人莫克多(William M.Murdoch)发现了干馏煤气并用其照明。开始只是利用燃气燃烧发出的光能。1812年4月30日英国成立世界第一个威斯敏斯特(Westminster)燃气、照明和焦碳公司。1813年该公司用燃气点燃了威斯敏斯特大桥两侧的燃气灯,当时光华四射,标志着燃气事业的起点。在当时,用燃气灯代替蜡烛照明,也是一件科技发展的大事。(图2)为街灯图。
此后美(1816)、法(1819)、德(1825)、瑞典(1846)、加拿大(1847)、香港(1864)、上海(1865)、日本(1871)等先后兴建燃气照明焦碳厂。这一阶段是煤制气照明的全盛时代[1],“煤制气”被简称为煤气,在我国燃气与煤气混称。在日本侵华时期,称燃气为瓦斯(是日语),现在多数指矿井气。
3. 电灯将燃气灯 挤出照明市场
1879年爱迪生发明白炽电灯,对燃气灯进行了有力的挑战。1884年燃气灯行业发明了用稀土金属做的灯罩,使燃气灯与电灯一样明亮,并且1897年出现可以倒置的燃气灯。但是无论燃气灯的制造者如何抗争。电灯在运输、安装、使用等方面都比燃气灯优越。并且没有易爆、中毒的危险。电灯先是把燃气灯赶出室外,然后又熄灭了燃气街灯。1915年美国一些厂家开始放弃照明市场。1925年燃气灯用于照明的比例只有15%。从此燃气失去了照明市场。
4. 本生把燃气带进热能市场
早在1826年英国已有简单的燃气家庭炊事灶,但是效果不好。1855年德国工程师本生发明“本生灯”后,在燃烧前将燃气预混了部分空气,提高了燃烧效果,开始探讨利用燃气热能的途径。1864年纽约的鹰燃气炉具厂开始生产家用燃气灶。1874年美国的第一次在化铁炉上用天然气,从此燃气走入工业。1879年英国展出300多种燃气用具。燃气的烤箱(1879)、热水器(1889)、采暖炉(1904)、冰箱(1927)、空调(1935)等相继出现。此后美国成立燃气学会,麻省理工学院开出过燃气课程。
5. 天然气巩固了燃气在能源中的地位
1821年,美国在纽约州钻了一个只有9米深的钻井,用空心的木制管道,引到几间房子里去照明。这虽然比中国利用天然气晚了几千年,但是比英国利用煤制气,仅仅晚了几年。在美国,几乎是天然气与煤制气一起发展起来的。美国在开发石油的同时,非常重视天然气的生产。由于天然气的质优、量大、易输送、成本低等优势,逐步淘汰了煤制气、油制气等人工制造的燃气。1954年天然气在城市燃气中占98.4%,美国率先完成天然气化。法国在二战后,开发拉克大气田后逐步完成天然气化。1964年英国在领海海域内348个区进行钻探,1966年打出气井。从此花了10年时间,消耗了10.27亿英镑, 1976年完成天然气化。从此燃气在世界能源的比重也逐步提高。目前已几乎达到和石油并驾齐驱的局面。
根据现代技术的发展,能源的终端的应用,多采用气体燃料的形式。除民用外,天然气两级发电已经普及使用,效率达50%以上。尤其运输业使用燃气后(天然气汽车、液化石油气汽车以及今后的氢汽车),燃气的使用范围会越来越广泛。此外,最近开始重视的煤层气、可燃冰等新气源的开发,预料今后可能与石油并驾齐驱,也有可能超过石油。
6. “氢经济”的设想
美国总统布什在2001年5月17日发布“国家能源政策报告”。提出发展氢能并把氢能作为美国未来主要能源的设想。美国能源部在2001年11月集中各界代表召开了“国家氢能发展展望”研讨会,并形成了“美国向氢经济过度的2030年远景展望报告”。认为氢能是美国未来能源的发展方向,美国要走以氢能为能源基础的经济发展道路。向“氢经济时代”过渡。
从汽车发展的趋势看来,交通方面使用氢燃料会走在前面。
二、我国燃气事业走过的道路
我国燃气的发展史【2】:我们为我们的祖先最先使用天然气而骄傲,但是不得不承认我们在发展燃气的过程中走了不少弯路。
(一)解放以前:上海早在1986年建立煤制气厂。主要为洋人服务,用于炊事和照明。当时一度称其为自来火(图3)。日本侵华时期,在沈阳、长春、大连等地建煤制气厂,主要为供侵略者享受。
(二) 新中国成立后,燃气事业开始为人民群众服务。煤制气开始发展。1959年结合北京人民大会堂等十大建筑的建设,开始了以石景山钢铁公司焦化厂和北京焦化厂为气源的北京城市燃气供应。六十年代初,上海建设了上海焦化厂,扩大了城市燃气供应。东北一些城市的煤制气厂也有不同程度的扩展。
六十年代中期,大庆、大港、胜利等油田的开发和相应的炼油厂的建设给城市燃气工业带来了液化石油气和重油资源。许多城市开始应用液化石油气作为城市燃气气源,而一些大城市开始使用重油制气。
发展煤制气的教训:七十年代末和八十年代初,随着城市建设的发展,天津、南京、杭州等大中城市建设了采用连续式碳化炉工艺的煤制气厂。而苏州、无锡等一些中等城市则将附近炼焦厂的煤气净化以供应城市。这一时期算是我国煤制气的发展时期。由于信息闭塞,当时,在各个先进国家的煤制气厂纷纷倒闭时,我们还在引进并不先进的煤制气设备(鲁奇炉)规划生产民用燃气。另一方面把天然气分解为化工原料,同时我们还在发展成本高的煤制气。结果煤制气厂建一个,亏损一个。再加上环保、资源等原因,使燃气的发展在许多地区特别是沿海发达地区受到制约。
八十年代中期以来,我国能源工业市场经济和国际贸易逐步发展,为沿海地区引进了液化石油气资源,有力地促进了这些地区城市燃气事业的发展,并使其逐步纳人市场经济的轨道。在此以前,我国液化石油气公司仅靠我国广东沿海地区,然后是华东沿海地区,由于一开始就按国际价格和市场经济规律经营,上下游各个环节都获得利润,因而引起了各方面的经营兴趣,使液化石油气贮配站和各级经营公司迅速发展,并从沿海伸向内地。在市场经济的带动下,国内液化石油气生产单位也增加了产量,改善了服务。这样,液化石油气就很快成为我国近期发展民用燃气的主要资源,形成了供求平衡,供大于求的局面。据建设部统计,我国1985年用气人口为35×106人,到1995年猛增为130×106人,比原来增加2.7倍,而其中67%的增量依靠液化石油气。但是从长远观点来看液化石油气只能满足民用炊事和制备热水需要,是一种过渡性的主气源。发达国家的主要燃气消费市场是工业、建筑物采暖和发电,如此大量的燃气消费并不是液化石油气所能承担的,必须依靠天然气来解决问题。
天然气发展初期的困惑:九十年代中期我国开始重视天然气的发展,当时由于没有处理好供需关系,一度造成浪费。1996年建成由莺歌海至香港900多公里输气管道,计划给香港供气29×108m3/a,。由于用户进展缓慢,大量的天然气送到香港放空烧掉。
陕京天然气管道,1997年10月建成给北京供气,直到1998年9月,用气量不足输气能力的十分之一,直到2000年末仍没有达到预期的用气量,致使管线处于亏损状况。
目前天然气发展迅猛:进入21世纪,随着我国经济的腾飞,天然气事业逐步进入正轨,得到快速发展。根据中国城市建设年鉴,天然气供气量,由1979年的6.85×108m3,到2007年增加到308.64×108m3,增长了45倍。管道长度由751km增加到155251km。增长量207倍。供气人口由76万增加到10190万,增加了134倍。这标志着我国已经进入燃气界人士盼望已久的天然气时代。另外还有一个特点是家庭用气量的比例小于其他方面的用气。城市燃气的用气结构在发生变化,已经是工业占主要地位。
三.燃气应用事业的重要性
在整个燃气事业中包括气源、输送与输配和应用三部分。而真正体现燃气节能和环保的效果只表现在应用方面。如果应用的不好,燃气照样会产生污染环境、浪费能源,甚至产生事故,毁物伤人,结果使数以百亿元的前期投资没有效果。这比早期天然气没有配合好供求关系造成的浪费还要严重。为此必须对燃气应用事业予以密切的关注。
(一)。民用燃气应用事业的进步和存在的问题
1. 民用燃具的发展:从目前燃气事业来看,燃气应用技术有很大的进步。但是主要表现在民用燃气用具方面。燃气热水器由自吸阀的自动点火热水器发展到电磁比例阀的出水恒温的全自动热水器都达到产品要求。此外燃气空气比例阀的全一次空气预混燃烧设备也在开发。家用燃气灶外观华丽,形式多样。这些民用燃具除了在性能及耐久性方面还与国际水平存在差距以外,基本能达到我国燃气具的标准。其中大食堂的炒菜灶,因为环境的恶劣,难以承受界限气的检验,需要进一步研究。
2. 民用燃具的误区:民用燃具身在建筑中,因此和建筑有密切的关系。
(1)建筑抑制了燃气热水器的发展【3】:
燃气热水器由于建筑不考虑热水器排烟的出路,结果造成如下不正常现象:
1)目前我国热水器的排烟道安装大部分不符合安全要求。主要是因为建筑没有考虑燃气热水器排烟的要求,造成连年发生烟气事故;
2)一个建筑物中有多种热水器。普通一个6层的住宅楼中,有的使用自然排烟式热水器,也有使用机械排烟热水器,也有使用强制给排气热水器。而这些热水器的排烟道大部分不符合安全要求,并且随意在外墙打洞,这是燃气热水器烟气事故的根本原因;
3)自从在行政上取消5升热水器后,燃气热水器市场逐步让给了电热水器。首先厨房电热宝热水器占据了厨房的洗菜、洗手的热水市场。同时在北方冬季燃气热水器烟气伤人事件更为严重,因此用户无奈地使用电热水器。我国煤电厂还是多数,估计占总电量的65%。并且效率不高。家庭用电热水器实际上是用由煤生产的电。电热水器的一次能源效率不会超过40%,CO2排放量也和用煤差不多。只不过由分散改为集中罢了。为此建议有关领导单位组织建筑能源的合理利用课题的研究。确定我国各区建筑用热水的能源,用气还是用电。如果用气,建筑必须与燃气专业配合决定使用哪种燃气热水器,并确定燃气热水器的位置和烟道。使用户不必自己选择热水器。因烟道占建筑使用面积,必要时应作技术经济比较。当然也应考虑几种供热水的方案。
近来国外先进国家有禁用电热水器的信息。因为电是二次能源,其本身发电效率,先进的国家只能达到50%,经过输送后就低于50%。电加热器效率不可能100%。因此用电加热水不仅其火用效率极低,没有发挥电的做功能力,同时其一次能源利用率也超不过50%。考虑我国现况,更是不应该使用电热水器。不用电热水器的先决条件是建筑必须考虑燃气热水器的排烟问题。看来建筑法规中增设具体的排烟条例是亟待解决的关键问题。
(2)建筑设计给燃气家用燃气灶颁发销售证:
现在的建筑设计。在厨房中确定了燃气灶及其排烟罩的位置,这样拿到新房的用户自然地要买一个燃气灶。因此燃气灶基本上没有被电代替的危险。但是家用燃气灶并不让用户满意。因为中国城市家庭人口平均不到3人。节假日请客也多数到饭店。实际上是不需要“猛火的中华烹饪灶”。头部很大的高负荷灶降低了实际使用的热效率,没有发挥燃气的节能减排的效果【4】。另一方面燃气灶功能单一,很多厨房工艺被电微波炉、电磁炉、电高压锅、电面包机等代替。如果燃气灶只图加大负荷,不在多功能方面下功夫开发,将来很可能像燃气灯那样被电淘汰。尤其在夏天,为了避免触发温度过高,大部分家庭采用电设备。
(3)今后的工作展望
建筑节能是节能工作中的重要部分,不容忽视。当然建筑如果考虑燃气用具的烟道安装,无疑地会减少建筑有用面积。但是一个建筑能源消耗应该由哪家能源负担,应该慎之又慎,要做充分的技术经济比较。如果家庭热水应用燃气能源,那么我国建筑法规要向国际建筑法规靠拢。要明确提出燃气燃具及其排烟到的安排和正确的排烟出口的位置。
(二)工业燃气应用事业的进步和存在的问题
首先要承认城市燃气学会和协会没有重视这部分问题。在历届学术讨论会也很少这方面的内容。实际上发展天然气以来,主要供气对象由民用转向工业及其它用户。但是在历届的燃气用具展览会上,只看到国外的燃烧机,国产展品很少。
随着我国加工业的发展,我们引进不少先进生产设备,其中也包括燃气设备。但是我们的学会和协会很少关注占天然气消耗量近79%以上的工业用气。为了充分发挥耗资巨大得来不易的天然气,需要我们予以密切的关注工业燃具性能以及开发节能减排的工业燃具。
燃气事业虽然有了巨大的进步,但是在管理方面还是粗犷型的。例如我们有些地方的产销差高达10%。这对于销售量达十数亿立方米甚至更多的天然气公司将是一个很大的漏洞。因此不仅在流量计的选用、维护、校正等方面认真执行有关标准,同时在管理制度上也应加以改革。杜绝一切漏洞。
结束语
总之天然气事业发展起来只不过十年左右。我们的缺点是前进过程中的缺点,但是我们也要接受燃气事业发展中的教训。认真总结历史教训,结合实际地吸取国外先进经验。让燃气重复发挥其绿色能源的作用。
参考资料
1. 刘宗仑译著 《煤气工业发展史》 1986.10
2. 煤气发展史 《博燃资讯》 2005~2008
3. 金志刚 《燃气热水器与建筑》 《城市燃气》 2001.1
4. 金志刚 《家用燃气灶的热负荷——中华猛火灶忽悠了群众,浪费了能源》 (博燃资讯)
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