一种向天然气中掺混醇基燃料的预热混合装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及能源燃料领域，具体涉及一种向天然气中掺混醇基燃料的预热混 合装置。
【背景技术】
[0002] 现有的燃机电厂中一般使用单一燃料进行燃烧，如天然气或者燃油。与天然气及 油相比，甲醇等醇基燃料在某些方面似乎更是燃气轮机理想的燃料：其可以实现更高的效 率，更大的功率输出；在同样的透平进口温度下，醇基燃料的燃烧温度低（由于火焰温度较 低)，所以其燃烧具有较低的N0X排放。由于醇基燃料中硫含量非常低，因此基本没有502的 排放问题。此外，醇基燃料燃烧干净，使得透平部件的清洗次数大大减少，有助于降低维护 费用。在天然气中掺混醇基燃料可改善天然气的燃烧效果，可以提高燃烧效率，降低废气污 染排放，降低仪器部件维护成本。
[0003] 常温常压下，天然气为气态，醇基燃料为液态，如何用一种简单易行的装置和方法 将两种物理性质差异明显的燃料均匀混合是首先要解决的问题。目前尚未见相关报道。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述问题，本实用新型提供了一种向天然气中掺混醇基燃料的预热混合 装置，该装置可以将醇基燃料气化后与天然气均匀混合，且能保证在混合过程中不发生凝 结。
[0005] 上述目的是通过如下技术方案实现的：
[0006] -种向天然气中掺混醇基燃料的预热混合装置，包括燃料管道和加热单元；燃料 管道按天然气流向依次包括天然气管道段、收缩段、高速混合段、扩张段、低速混合段和喷 嘴，高速混合段近收缩段一端分支设有醇基燃料管道段；加热单元包括设于天然气管道段 的第一加热器，设于醇基燃料管道段的第二加热器和设于低速混合段的第三加热器。其中， 天然气管道段进口端连接天然气供气系统，醇基燃料管道段进口端连接醇基燃料供气系 统。
[0007] 进一步地，该装置还包括控制单元、温度测定单元和压力测定单元，温度测定单元 包括设于天然气管道段上位于第一加热器与收缩段之间的第一温度计，设于醇基燃料管道 段上位于第二加热器与高速混合段之间的第二温度计，设于低速混合段近扩张段一端的第 三温度计和设于低速混合段末端的第四温度计；压力测定单元包括设于低速混合段近扩张 段一端的压力计，所述加热单元、温度测定单元及压力测定单元分别与控制单元连接。
[0008] 进一步地，天然气管道段与高速混合段的内径之比为（3~4):1。天然气管道段与高 速混合段的内径比例关系到高速混合段的气体流速，决定了天然气与气态的醇基燃料在高 速混合段的混合效果。这一比例过大（即天然气管道段内径一定时，高速混合段内径过小） 会导致高速混合段气体流速过高，天然气与气态的醇基燃料不能在此段充分混合就进入扩 张段；这一比例过小（即天然气管道段内径一定时，高速混合段内径过大）又不能明显提高 天然气进入高速混合段后的流速，不能起到使天然气和气态醇基燃料高速混合的作用。
[0009] 进一步地，高速混合段的长度与内径之比为（150~180):1。在高速混合段内径一定 的前提下，该参数关系到高速混合段的长度，过短会降低高速混合的时间，影响掺混效果； 过长会增加气态醇基燃料凝结的风险。
[0010]进一步地，高速混合段与低速混合段的长度之比为（3~5) :1。在高速混合段长度 一定的前提下，该参数关系到低速混合段的长度。低速混合段过短会降低低速混合的时间， 影响掺混效果；过长浪费管道，还会增加气态醇基燃料凝结的风险。
[0011] 进一步地，第一加热器和第二加热器为油浴加热装置，经过油浴加热装置的天然 气管道和醇基燃料管道呈螺旋状。螺旋状有助于管道内燃料快速均匀的加热。
[0012] 本实用新型的有益效果：
[0013] (1)通过加热器将醇基燃料气化，以气体的形式掺混进天然气，从而保证混合燃气 的连续性和均匀性，实现了将物理性质差别显著的两种燃料掺混的目的；
[0014] (2)通过高速混合和低速混合两种混合方式，能保证气态的醇基燃料和天然气进 行均匀掺混，保证了混合燃气的均匀性和均一性；
[0015] (3)通过在低速混合段设置加热器，能保证气态的醇基燃料与天然气掺混进入低 速混合段时不会出现凝结，保证混合燃气在进入喷嘴前都能维持在气态，且均匀、均一；
[0016] (4)本实用新型提供的向天然气中掺混醇基燃料的方法能保证醇基燃料和天然气 在气态下进行混合，且不会在混合过程中出现凝结，掺混效果好且容易实现。
【附图说明】
[0017] 图1:掺混装置示意图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合具体实施例详细说明本实用新型的技术方案。
[0019] 实施例1:向天然气中掺混醇基燃料的预热混合装置和方法
[0020] 如图1，一种向天然气中掺混醇基燃料的装置，包括燃料管道、加热单元、温度测定 单元和压力测定单元；燃料管道按天然气流向依次包括天然气管道段1、收缩段2、高速混 合段4、扩张段5、低速混合段6和喷嘴7,高速混合段4近收缩段2 -端分支设有醇基燃料 管道段3 ;加热单元包括设于天然气管道段的油浴加热装置8,设于醇基燃料管道段的油浴 加热装置9和设于低速混合段的通电加热片10,加热片10包裹在管道上；温度测定单元包 括设于天然气管道段上位于第一加热器8与收缩段2之间的第一温度计T1，设于醇基燃料 管道段3上位于第二加热器9与高速混合段4之间的第二温度计T2,设于低速混合段6近 扩张段5 -端的第三温度计T3和设于低速混合段6末端的第四温度计T4 ;压力测定单元 包括设于低速混合段6近扩张段5 -端的压力计P。加热单元、温度测定单元及压力测定单 元分别与控制单元连接。
[0021] 加热后的天然气从内径为9. 5mm天然气管道段1流入，后进入收缩段2,速度变大， 气态的醇基燃料在燃料压力源的压力下沿醇基燃料管道段3 (内径3_)进入收缩段2,与天 然气在高速混合段4 (内径3_)高速混合，再进入扩张段5。之后混合燃料在低速混合段 6 (9. 5mm内径)继续充分混合后进入喷嘴7燃烧。高速混合段4的长度为0. 5m，扩张段5 长度为0. 3m，低速混合段6长度为2m。操作过程中，控制T1的温度数值为150~170°C，T2 的温度数值为180~190°C，T3的温度数值为95~105°C，T4的温度数值为70~90°C，控制低速 混合段6近扩张段一端的压力计的压力P在0. 103~0. llOMpa范围内。控制T2的温度数值 为180~190°C，一方面保证醇基燃料能够完全气化，另一方面保证气化后的醇基燃料不会凝 结；控制T1的温度数值为150~170°C的目的在于保证天然气能处于一定的温度，防止与醇 基燃料混合后导致气化后的醇基燃料凝结。控制T4的温度数值为70~90°C可以保证混合后 的燃料在进入喷嘴7前不出现凝结，保证在低速混合段6 -直处于完全气化状态。控制低 速混合段压力计的压力数值在〇? 103~0. llOMpa范围内，是为了让低速混合段管道压力微 大于低速混合段管道出口处的环境大气压（0.1 Mpa)，这样混合气体在经历一定长度的低速 混合段的管道流动损失之后，既可以达到继续充分混合的目的又可以达到克服流动阻力与 空气在喷嘴处汇合的目的。由于整个装置在大气环境下运行，装置内部的压力也没必要设 置过高(否则对设备要求会很高，增加成本)。因此，0. 103~0. llOMpa范围较为合适。第三温 度计的温度数值选择在95~105°C，是因为混合后的气体燃料还将在一定长度的低速混合段 流动并且散热，虽然低速混合段设有加热装置，但由于低速混合段的内部换热表面积较大， 很容易降温到完全蒸发温度以下，为了充分保证燃料最终出口处的温度在70~90°C不发生 凝结，所以把第三温度计的温度数值选择在该范围。
[0022] 在上述装置和方法的基础上，保持和基准工况（BasePoint，即纯天然气）相同的 热负荷，分别掺