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燃气锅炉的发展与经济性比较 摘要： 对三种炉型的比较，得出优选燃气锅炉的结论。 1． 前言 随着社会经济的发展和环保要求的提高，海口市作为海南生态旅游省的省会城市，在能源结构上发生了巨大的变化。建省以前，海口市绝大部分工业企业及居民用户使用煤炭作燃料，有的甚至用木柴作燃料（海南大学学生食堂亘到1998年7月才放弃木柴）。建省后，海南经济迅速发展，民用燃料渐渐被液化石油气或天然气替代，现气化率达95％以上。而工业用燃料除几家大型企业外，亦逐渐被柴油或重油替代。但是2000年以后，三亚崖-l3天然气，东方八所-l天然气和澄迈福山天然气田的开发以及大量的进日液化石油气供应，使海南省的气源不断增加；如何有效利用省内气源，调节冬夏季高低的用气矛盾，减少大气污染，真正把海南建设成为生态省，就应扩大工业用气量。在海南多数工业用户和酒店等公福用户均使用蒸汽锅炉。而燃煤锅炉，对大气的污染和对能源的浪费是惊人的，但它作为一种机械设备在国民经济发展中却又是必不可少的。据海南省技术监督局锅炉处不完全统计，海日市有180余台燃油、燃煤锅炉，要提高海日市大气质量，唯一方法是用燃气锅炉代替燃煤，燃油锅炉，下面对燃气锅炉的发展及经济性进行分析。 2． 锅炉选型的原则 在城区规划，锅炉改造，环境治理等工作中对锅炉台理选型是降低污染，节约能源，合理开支的重要环节。选用锅炉主要应考虑以下原则。 2.1 用户实际对热能的需求量 用户使用锅炉不外乎用蒸汽或热水去制冷、采暖、消毒、洗涤或工艺上加热其他物质，这首先要知道需用多少热水（蒸汽）才能满足需要。一般情况下对工艺需用的蒸汽量，设计院在设计时通过工艺的计算有一个明确的量的要求。对热能的需求量确定之后，选用锅炉时，可按其标准的蒸发量选取。进行选择同时要考虑所选锅炉的适应性，因为燃气燃烧器由于气源不同，其热值、压力均不相同。 2.2 海口环保对锅炉排放的要求 为有效地保护环境，要防止边治理污染边制造污染。锅炉烟气是主要的大气污染源之一，因此我国环境保护局和国家技术监督局于1992年5月发布了《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-91），该标准对原始含尘浓度，锅炉烟尘允许排放浓度及SOX，NOX最高允许排放浓度，分别根据一、二、三类地区对环境保护的不同要求做了详细明确的说明和规定。 燃油锅炉虽然在烟尘排放大大低于燃煤锅炉，但燃油锅炉SOX和NOX排放量却远远高于燃气锅炉。人们在比较燃煤和燃油锅炉时往往忽略了燃油锅炉的SOX和NOX，等到酸雨成灾再考虑脱硫时已晚矣。 所以客观地说，燃气锅炉无论是从环保角度还是从能源利用角度来说都是较为理想的，这主要是由于气体燃料比固体、液体燃料更易充分燃烧，燃烧热效率更高。 2.3 锅炉的设置费用 用户在设置锅炉房时必须考虑锅炉房锅炉设置的经济性，从而使所选用的锅炉既满足上述要求又节省投资费用，主要从以下几个方面考虑： ①锅炉设备费用（机组）； ②为满足锅炉正常运行的配套辅机费用； ③为放置上述设备的土地征用费； ④锅炉房土建投资费用及其他相关费用。 燃煤、油、气三种锅炉在热负荷相同的情况下，燃煤锅炉体积庞大，外加分散式的鼓、引风机、出渣机、除尘器等，还要有储煤厂、堆渣厂，占地面积着实惊人。相对而言燃气锅炉本身体积小，又无需引风机、出渣机、除尘器等辅机设施，连煤场、油罐都没有了，只有一个机具间和主机房，在设置上较为简单，占地最经济。但燃油、燃气锅炉到底在经济上与燃煤锅炉相比要相差多少？我们能否承受，其社会效益又如何？下面我们就以上海某锅炉厂4t/h锅炉中燃煤、燃油和燃气锅炉为例，从锅炉投资、锅炉房设置等几个方结果如表3和图2所示。 2.4 锅炉的运行费用 设置费用是一次性的投资，运行费用则是长时期的消耗。因此在锅炉房筹建、更新、改造中，对运行成本的分析和控制是至关重要的。锅炉的运行费用由三方面构成：（1）锅炉机组的耗电量；（2）燃料消耗量、燃料及废弃物的处理费用；（3）锅炉管理人员，司炉人员的工资费用、日常维修管理费用。 3． 结论 （1）从我国传统的经济角度和能源结构来看，燃煤锅炉由于一次性投资费用较低颇受人们青睬，特别是在煤资源丰富，环保要求不高的区域人们更喜欢选择它。但是在海日煤资源贫乏，煤价并不是很低，故油、气与煤相比有一定竞争能力。人们喜欢煤炉的另一个原因是操作简单。但燃煤锅炉的污染：废渣、废气、废水"三废"俱全，治理亦较困难（特别是脱硫，目前燃煤锅炉的脱硫技术已取得一定成果，但投资费用高，操作过程繁，占地面积大），从社会效益看燃煤锅炉应限制使用。 （2）燃油锅炉的烟尘排放量虽然较低，但其排放的有害NOx、SOx气体是造成"光化学烟雾"和酸雨的罪魁祸首，要象治理燃煤锅炉烟尘排放一样予以治理。 （3）燃气锅炉具有占地面积少、排放污染少的优点，而且锅炉房设置费用并不是最高，天然气使用后燃料价格下降，运行费用比燃油锅炉还低！ （4）通过三种炉型的比较，燃气锅炉不但设置费用和运行费用较低，而且它的社会效益是无法比拟的。天然气是最清洁的燃料，是排放污染最少的燃料，燃气锅炉将是锅炉发展的最终趋势！面进行分析比较。从图1、表2清晰可见，燃煤锅炉不仅在烟尘，废气排放上不受大都市的欢迎，其占地面积亦是相当惊人，在海日这样的城市，土地的价值同样是一笔可观的投资。燃油锅炉和燃气锅炉在锅炉房的设置费用上燃气锅炉还相对便宜一点。
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参考文献
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25万吨/年二甲醚精馏系统及二甲醚精馏塔设计
一、课题的目的与意义
二甲醚又称甲醚，简称DME，分 子 式：CH3OCH3 ，结 构 式：CH3—O—CH3 。二甲醚在常温常压下是一种无色气体或压缩液体，具有轻微醚香味。相对密度(20℃)0.666，熔点-141.5℃，沸点-24.9℃，室温下蒸气压约为0.5MPa，与石油液化气(LPG)相似。溶于水及醇、乙醚、丙酮、氯仿等多种有机溶剂。易燃，在燃烧时火焰略带光亮，燃烧热(气态)为 1455kJ/mol。常温下DME具有惰性，不易自动氧化，无腐蚀、无致癌性，但在辐射或加热条件下可分解成甲烷、乙烷、甲醛等。
二甲醚是醚的同系物，但与用作麻醉剂的乙醚不一样，却具有神经毒性;能溶解各种化学物质;由于其具有易压缩、冷凝、气化及与许多极性或非极性溶剂互溶特性，广泛用于气雾制品喷射剂、氟利昂替代制冷剂、溶剂等，另外也可用于化学品合成，用途比较广泛。
二甲醚作为一种基本化工原料，由于其良好的易压缩、冷凝、汽化特性，使得二甲醚在制药、燃料、农药等化学工业中有许多独特的用途。如高纯度的二甲醚可代替氟里昂用作气溶胶喷射剂和致冷剂，减少对大气环境的污染和臭氧层的破坏。由于其良好的水溶性、油溶性，使得其应用范围大大优于丙烷、丁烷等石油化学品。代替甲醇用作甲醛生产的新原料，可以明显降低甲醛生产成本，在大型甲醛装置中更显示出其优越性。作为民用燃料气其储运、燃烧安全性，预混气热值和理论燃烧温度等性能指标均优于石油液化气，可作为城市管道煤气的调峰气、液化气掺混气。也是柴油发动机的理想燃料，与甲醇燃料汽车相比，不存在汽车冷启动问题。它还是未来制取低碳烯烃的主要原料之一。由于石油资源短缺 、煤炭资源丰富及人们环保意识的增强，二甲醚作为从煤转化成的清洁燃料而日益受到重视，成为2010年来国内外竞相开发的性能优越的碳一化工产品。作为 LPG和石油类的替代燃料，二甲醚是具有与LPG的物理性质相类似的化学品，在燃烧时不会产生破坏环境的气体，能便宜而大量地生产。与甲烷一样，被期望成为21世纪的能源之一。
二、研究现状和前景展望
1.研究现状
目前DME的制取工艺有合成气一步法以及甲醇两步法，其中两步法包括甲醇液相法以及气相法。甲醇液相硫酸催化法和甲醇气相法制取二甲醚的生产技术较为成熟，两种方法均有工业装置运转。
甲醇脱水法以精甲醇为原料，脱水反应副产物少，二甲醚纯度高达99%，使用于有较高要求的气雾产品，也可以用作制冷剂或医用气雾剂的抛射剂5，且三废排放少。该工艺比较成熟，可以依托老企业建设新装置，也可单独建厂生产。但该方法要经过甲醇合成、甲醇精馏、甲醇脱水和二甲醚精馏等工艺，流程较长，因而设备投资大，产品成本高，受甲醇市场波动的影响也比较大。
合成气法生产二甲醚的生产工艺在淤浆床中，反应温度分布均匀，热平衡较易控制，操作简单且稳定性好，生产成本低。合成气法所用的合成气可由煤、重油、渣油气化以及天然气转化制得，原料经济易得，因而该工艺可用于化肥厂和甲醇厂。这些工厂可将甲醇装置适当改造用于生产二甲醚，形成规模生产。目前一步法生产二甲醚面临的关键问题是：需要高效低价的煤制气工艺及设备;需要能满足大型化二甲醚生产的反应器;解决以煤为原料制二甲醚生产过程中CO2的利用问题; 相关催化剂的开发与生产;成熟而经济的二甲醚分离提纯技术。
2.前景展望
目前，尽管二甲醚产品供大于求，二甲醚在推广应用上遇到一定的困难，但从以下几方面分析，总体上对二甲醚行业来讲是机遇大于挑战。
( 1) 在2009 年5 月18 日国务院办公厅下发的石化行业调整和振兴规划中，已将煤制二甲醚列为重点抓好的五类示范工程之一，说明利用煤炭高效清洁转化生产二甲醚已引起国家的高度重视。国家发改委发布的《关于加强煤化工项目建设管理，促进产业健康发展的通知》中要求一般不应批准规模在1 000 kt /a 以下的二甲醚项目，这对于遏制盲目扩张二甲醚产能、引导二甲醚产业有序发展、保持二甲醚市场的相对稳定将起到积极的作用。
( 2) 2010 年9 月2 日，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理
委员会2010 年第4 号( 总第159 号) 文( 中华人民共和国国家标准批准发布公告) 联合批准发布了编号为GB 25035—2010 的《城镇燃气用二甲醚》国家标准，标准对二甲醚作为城镇燃气使用的质量要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和储存提出了严格的规定，已于2011 年7 月1 日起实施。这使得二甲醚作为城镇燃气使用有法可循，二甲醚大规模进入民用燃气市场有了合法的身份。
( 3) 经国务院批准，财政部、税务总局联合发布通知，为支持和促进二甲醚的推广使用，自2008 年7 月1 日起，二甲醚按13% 的增值税税率征收增值税，税收上对二甲醚生产企业给予了一定的优惠。这意味着政府已加大对替代能源———二甲醚的扶持力度。
( 4) 随着二甲醚在城市公交车、出租车上的成功推广使用和相应配套设施的建立和完善，二甲醚需求量会大幅增加，将为二甲醚提供一个稳定的大市场。
( 5) 中国城市燃气协会二甲醚专业委员会的成立，对促进二甲醚作为城镇民用燃气的进程将发挥积极的作用。
( 6) 随着国际原油价格的疯涨，我国作为一个石油进口大国，无疑会带来较大的能源安全风险。在此情况下，国家发展和改革委办公厅[2006] 1404 号文已将发展二甲醚煤基醇醚燃料列为缓解石油供应短缺、高油价矛盾替代工作的重点，这无疑为二甲醚行业带来了良好的发展商机。
三、课题主要内容、拟解决的问题、研究特色和创新之处
1.主要内容
如图所示，甲醇经过处理后进入二甲醚合成塔中反应，得到的产物中主要含有二甲醚、甲醇以及水分，将产物送入二甲醚精馏塔中进行精馏分离。由于分离体系中的泡点的不同，二甲醚泡点最低，故得到的轻组分为二甲醚，从塔顶分离出来，而甲醇和水分则从塔底从来。重组分中含有大量的未被反应的甲醇，再送进甲醇回收塔中进行分离，得到较纯的甲醇再次循环利用。
本次毕业设计中应用的物料衡算是工艺设计的基础，根据所需设计项目的年产量，通过对全过程或单元过程的物料衡算，可以计算出原料的消耗量、副产品量及输出过程物料的损耗量等;并在此基础上作能量衡算，计算出蒸汽、水、电、煤或者其他燃料的消耗定额;最终可以根据这些计算确定所生成产品的技术经济指标。同时根据物料衡算所得的各单元设备的物流量及其组成、能量负荷及其等级，对生产设备和辅助设备进行选型或者设计，从而对过程所需设备的投资及其项目可行性进行估价。
2.需解决的问题
本次设计的流程有多种，根据对三废排放、节能节源的比较，选择工艺流程，并通过对精馏塔的比较以及对于经济效益的比较，选择本次精馏塔的类型，并且根据自己对整个流程的了解画出本设计的物料流程图，最后通过计算机绘制精馏工段的物料流程图、精馏设备的控制流程图、精馏塔的设备图、±0.00平面的设备布置图;用A2图纸手工绘制二甲醚精馏工段的物料流程图、预塔冷却器的控制流程图、预塔冷却器的设备图、±0.00平面的设备布置图。
3.特色和创新
本设计考虑到原料的充分利用，即将未被反应的甲醇通过回收循环利用，这样，既能减少原料的损耗，同时也符合经济效益。同时，被设计中二甲醚采用的是甲醇气相法，其优点：
生产二甲醚的原料可为精甲醇或粗甲醇， 蒸汽消耗和生产成本较低。
二甲醚反应器是列管式反应器，反应温度易控制，且催化剂在反应器中分布较均匀。
采用先进塔器内件和分离工艺， 回收效果好， 流程简化， 醇耗低。
四、研究方法、步骤和措施
查阅并收集与毕业设计内容相关的资料，认真总结，完成文献综述;同时根据文献综述的详细内容进行总结归纳，完成开题报告。
尝试通过ASPEN PLUS，对甲醇精馏流程进行全流程模拟;对单个设备预塔冷却器进行设计和模拟，并分析其操作影响因素从而得到一个较为可行性的优化方案。
对全流程进行物料衡算、能量衡算，并对所使用的换热器的设备尺寸进行计算，从而绘制工艺流程图。
五、参考文献
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