概述
中国天然气主要用于化工、油气田开采和发等领域，在天然气消费中所占比例为87%以上，其中化肥生产占38.3%，居民用气在天然气消费结构中所占比例不到11%。在我国的几个天然气消费的集中区域(北京，上海等)以居民生活消费为主，这样的消费结构产生了几个重要的问题;①天然气资源被浪费;②大城市居民生活用气造成运输骨网的极大压力;③天然气用于冬季取暖，热效率较低。
技术原理
a) 民用燃气发展的瓶颈的突破
针对民用燃气发展的瓶颈，看到民用燃气的发展对外界依赖度较高，光靠燃气公司单方面的努力不可能完全解决。可采取以下措施：
（1）细分市场。由于用户收人水平不同，需求也不同。不可能要求所有居民都像接受燃气灶和热水器那样接受各种新的燃气设备。首先将目前的住宅类型细分一下，便于有针对性地在各种不同的用户中推广新设备、新技术。类型细分如下表：
从上表可以看出住宅类型有以下特点：10层以上的住宅占发展总数的69％，“小高层”已成为住宅发展的主流；1～3层(别墅)虽然仅占3％，但其户均面积最高、用户收入相对较高也应引起关注。
（2）分门别类。有针对性地推广目前市场上新型的民用燃气设备，如：小型燃气空调、燃气壁挂炉、燃气干衣机等。如果有更多的居民开始使用新设备，或有更多的新设备、新技术应用到居民客户中，那么燃气销售量肯定会突飞猛进。
（3）在技术、服务营销上下功夫。一方面要时刻关注市场动态，积极与拥有燃气新设备、新技术的厂商联系，开展培训工作，使相关工作人员了解技术内容；另一方面要加强与开发商的联系，在燃气配套前期掌握项目的具体信息。针对不同的用气项目，燃气公司可安排项目经理现场踏勘，进行全面的专业咨询，指导客户最有效地使用燃气，根据客户的需求提供相应的燃气配套方案。对于特别大型的项目或有代表性的新型项目，燃气公司可以联合相应的设备厂商组成课题小组，针对该项目的特点，提供最佳的咨询方案。既使用了新设备、新技术，又增加售气量。
b)家用燃气具的节能
（1）热水器及锅炉节能
保证燃烧具有良好的火焰稳定性,燃烧时不应有离焰、回火、黄焰或熄火等现象, 在热负荷可能调节的范围内, 火焰应能稳定燃烧。
新型冷凝式燃气锅炉和热水器节能，其原理就是进一步降低烟气温度, 回收烟气显热和水蒸气的汽化潜热。具体方法就是在锅炉或热水器的排烟口加上一个用于二次换热的冷凝器, 在烟气冷却的同时, 大量水蒸气在接触冷凝器壁时冷凝成液态, 放出热量, 供系统吸收。
材料的应用，燃气热水器和锅炉中的换热部件, 目前多采用铜板或脱氧铜板进行制造, 有的部门曾进行过综合技术性能比较, 认为钛的抗腐蚀能力强, 板片薄,材质好, 传热效率高, 更适合作热交换器, 如果经济技术比较, 能证实其合理性, 采用钛作热交换器必将大大提高热水器或锅炉的热效率, 当然这还要在降低成本上下功夫。
（2）旋流式燃烧器在民用燃气灶上的节能
旋流式燃烧器的工作原理是：利用气体旋流的作用，强化传热，达到改善燃烧效果的目的。旋流式燃烧器按火孔的分布规律可分双旋流式煤气燃烧器和单旋流式燃烧器。目前我国研制的旋流式燃烧器是双旋流的。它与“单旋”燃烧器相比，具有额定热负荷范围宽，实用价值高的特点。
旋流式燃烧器的基本结构与直辐式火孔燃烧器的主要区别是在燃烧器的头部，火盖火孔设计不同。旋流燃烧器除了燃烧火孔中心线与火盖水平面的法向夹角B外，还有一个火孔中心线的投影与燃烧器火盖平面半径间的切向夹角a，切向旋转角a要求8必须满足一定数值，a角与p角相辅相承合理配合才能提高热效率，另外，两种灶具火孔分布的最大直径“D”，火孔12I部中心至受热容器底部的高度“H”等技术参数的选择方法也不尽相同。
c)合理建设天然气输配工程系统
目前我国天然气民用存在巨大的潜在市场，这项工作的发展将使我国天然气工业无论在经济效益上还是社会效益上，都产生直接的深远影响。因此，必须建设好天然气输配工程系统，因为它是城镇天然气利用的关键设施。
下图为通常采用的城镇天然气输配系统流程。
输配系统主要由购气门站、市区输配管网、储气站、液化石油气空混气调峰站、楼栋调压箱、专用调压计量站、庭院及户内管道(网)及户内计量器、调压器等组成。城镇和区的室外天然气输配系统，应按照城镇和区的总体规划进行设计。城镇天然气输配系统压力级制的选择，门站、储配站、调压站、燃气干管的布置，应根据天然气的来源、门户的用气量及其分布、地形地貌、管材设备供应条件、施工和运行等因素。经过多方比较，择优选取技术经济合理、安全可靠的方案。城镇天然气的干线的布置，应根据工业和民用用户用量及其分布全面规划，宜逐步形成环状管网供气进行设计和施工。天然气的输配系统的储气总容量，应根据所计算月平均日用气总量、气源可调量的大小、供气和用气的不均匀情况和运行经验等因素综合确定。
国内发展和应用现状
我国的天然气资源主要集中在中西部，而最大市场在东部，这种情况长期以来制约着民用天然气的推广使用。随着一些大型输气管道工程完工和沿海地区进口液化天然气(LNG)项目的实施，民用天然气市场已经得到很大拓展，但发展不均衡仍是现阶段重要特点。
我国民用天然气使用区域大体划分为4种类型：
a)靠近气源的传统用气区 四川盆地、西北和东北等靠近气源的产气区中，四川盆地是我国最早使用天然气的地区，也是天然气的主产地之一。，这些地区天然气用作民用燃料的消费量达到15％以上，远远高于全国平均水平，也高于日本(约为13．2％)、韩国(约为9．3％)等经济发达国家的水平。
b)重点发展的具有较完备燃气管网的大型城市 北京和上海等大型城市，依托原有燃气管网基础，大力推动民用天然气发展。这一区域经济条件好，人口密度大，环保意识强，民用气需求量大，城市天然气化建设速度快。
c) 经济发达的东部沿海地区 东部沿海地区经济发达，人口稠密，但资源缺乏，已成为我国现阶段天然气发展的重点地区。目前，以LNG进口、海上油气田开发及陆上天然气东送为支点的民用天然气事业正得到快速的发展。
d) 主要输气干线沿途城市 我国现已建成或即将建成的输气干线有陕京线、鄯乌线、塔轮线、涩宁兰、西气东输、陕京二线以及忠武线等。其中，陕京干线途经陕西、山西、河北和北京等3省1市22个县；涩宁兰管道途经青海和甘肃两省的13座城市；西气东输管道沿线经过甘肃、宁夏、陕西、山西、河南、安徽和江苏等省区，最终到达上海。这些管道构成的天然气动脉，使沿途上百座城市可以使用天然气。
经典案例
家用燃气灶节能圈的研制
a) 燃气灶热效率
影响燃气灶热效率的因素有气体燃料在燃气灶中燃烧的完全程度(即燃烧效率)和气体燃料燃烧产生的热量被利用的程度(即热利用效率)。①燃烧效率 根据燃气灶具国家标准要求，气体燃料与充足的空气均匀混合时，干烟气中CO体积分数应低于0．05％。1 m3纯CH。的天然气燃烧后所产生的干热烟气量为8．52 m3，CO的低热值为12．64 MJ／m3，
CH。的低热值为35．88 MJ／m3。可计算出l m3纯CH。的天然气燃烧过程中因不完全燃烧所浪费的热量为0．054 MJ，占l m3天然气产生热量的比例为0．15％，天然气的理想燃烧效率为99．85％。在实际中，由于各种气体燃料纯度的差异、燃气灶设计上的缺陷、外界风力影响以及参与燃烧的空气温度和湿度差异等因素，使得气体燃料的实际燃烧效率低于99．85％。②热利用效率 影响热利用效率的因素主要有锅体的热导率和热量损失程度。热量损失程度包括火焰上飘离开锅底造成的损失、辐射造成的损失、火焰与锅体接触面积小造成的损失、火焰与锅体距离过大造成的损失、火焰与锅体接触时间较短造成的损失等。由于影响因素较多，各种家庭用燃气灶的综合热效率差异较大，一般为52％一68％。
b) 燃气灶节能圈技术
①节能圈材料选择 材料的隔热性是影响节能圈提高热效率的主要因素。节能圈以高铝耐火粉、轻质耐火粉、硅酸铝纤维以及刚玉空心珠为主要原料制成。硅酸铝纤维是性能很好的隔热保温材料之一，然而其强度较低，影响使用[2引。将短状硅酸铝纤维均匀分布于节能圈坯体中，调节其长度及所占比例，并配以刚玉空心珠来提高强度。节能圈内表面涂有热反射性能较强的涂料，在保证节能圈较高热反射性能的同时，使产品表面光洁度提高。
②节能圈形状设计 目前使用的燃气灶均为全敞式设计，燃烧火焰上飘，迅速离开锅底，热量外溢、辐射造成热量严重损失，而且上飘火焰会将锅把及锅铲把烤烫而影响人们使用。为减少热量损失，经多次设计制样并测试，选出的节能圈形状见图1。
1．第4层挡焰圈 2．第4层火焰滞留室 3．节能圈烟气排放孔
4．第3层挡焰圈 5．第3层火焰滞留室 6．第2层挡焰圈
7．第2层火焰滞留室 8．助燃热空气流通微孔
9．第l层挡焰圈 10．节能圈火焰观察孔
节能圈有4层凸凹环腹挡焰圈和滞留室，气体燃料在第1层挡焰圈下端空间(即燃烧室)燃烧，外界冷空气经空气流通微孔吸收节能圈内蓄热量变成热空气进入燃烧室使燃烧充分，产生的火焰被锅底挡回后经4层挡焰圈和4层火焰滞留室隔热、滞流、反射，将绝大部分热量传给锅底后由烟气排放孔排出。节能圈为通用型设计，取代家用燃气灶现有的盛液盘即可使用，并可方便地将其取下清洗。
c) 气灶节能圈性能测试
①燃烧效率测试 经贵阳市节能技术服务监测站测定，安装节能圈的燃气灶燃烧效率平均值达99．85％以上，不完全燃烧产生的CO浓度低于现行国家标准限定值。
②热利用效率测试 经贵阳市节能技术服务监测站测定，不使用节能圈的家用燃气灶热利用效率平均值为60％，而安装节能圈的家用燃气灶热利用效率平均值为85％。
③其他性能测试。
其他性能测试结果见下表。
|
表1 能圈性能参数
|
||
|
材料性能
|
测试结果
|
测试方法
|
|
耐高温／℃
|
1100
|
GB／T 7322--1997《耐火材料耐高温／℃ l 100耐火度试验方法》
|
|
密度／(g·cm一3)
|
0．4～O．6
|
GB／T 5071--1997《耐火材料真密度试验方法》
|
|
热导彰(W·m-1·K-1)
|
0．08—0．09
|
GB／T 5990---2006《定形隔热耐火制品导热系数试验方法(热线法)》
|
|
重烧线变化／％
|
≤O．8
|
GB／T 3997．1—1998《定形隔热耐火制品重烧线变化试验方法》
|
|
抗折强度／MPa
|
O．75
|
GB／T 3001--2000《定形耐火制品常温抗折强度试验方法》
|
|
抗压强度／MPa
|
O．98
|
GB／T 3997．2一1998《定形隔热耐火制品常温耐压强度试验方法》
|
参考文献
[1] 柳晓春，民用燃气发展的瓶颈与突破之思考，城市公用事业2009年第23卷第3期
[2] 王殿君王长波，旋流式燃烧器在民用燃气灶上的应用，应用能源技术 2002年第3期(总第75期)
[3] 王殿君田羽，谈民用燃气热水器及锅炉的节能，应用能源技术 2002年第2期(总第74 期)
[4]，吕剑明赵丽媛李庆利等，家用燃气灶节能圈的研制，煤气与热力2008年9月第28卷第9期
[5] 徐燕萍宫敬范华军，民用天然气的利用现状及其发展趋势，油气储运 2006年第25卷第11期
