燃气发动机燃料气的热值和华白指数调节装置及方法与流程

本发明涉及一种燃气发动机燃料气的热值和华白指数调节装置及方法。
背景技术：
：燃气发动机通常采用管输天然气、气化后的液化天然气、气化后的液化石油气、高炉气、焦炉煤气等燃料气中的一种或多种混合作为其动力能源。然而就选定的燃气发动机而言，由于其燃料喷嘴面积、喷嘴前后燃烧的压比和燃烧状况的设计是针对某一具体压力和热值的燃料来设计的，因而一旦设计和制造完成，其允许燃料热值变化的范围是有限的。燃料热值过大的变化，对发动机的输出功率、排放烟气、热部件寿命和燃烧的稳定都会造成影响，有时就不得不通过更换燃烧控制系统的硬件来满足要求。对于一个给定的燃料燃烧系统，通常采用华白指数wi(wobbeindex)来衡量燃料热值的可变化范围。发动机燃烧室内是有一定压力的，为了确保燃料以一定流量和速度喷入燃烧室，燃料喷嘴的入口处必须具有一定的压力，过高或过低都会使燃烧室内的火焰偏离设计区域，影响发动机的正常运行，甚至对热部件造成损失。另外在不同的运行工况下，燃烧室内的压力是不同的，这就要求进入燃烧室燃料的压力也相应变化，因此发动机自带的燃料模块在发动机控制系统的控制下，一直对进入燃烧室的燃料压力进行着调节。为确保发动机自带的燃料模块在发动机控制系统的控制下能正常工作，同时考虑到管道、过滤器、加热器等设备造成的压降，因此对进入发动机燃料模块前的燃料气压力有着稳定的要求。技术实现要素：本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种多功能处理、能够调节和控制热值以及华白指数、安全可靠、操作便利的燃气发动机燃料气的热值和华白指数调节装置及方法。本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种燃气发动机燃料气的热值和华白指数调节装置，它包括高热值燃气处理系统、低热值燃气处理系统和发动机燃气处理系统，所述的高热值燃气处理系统包括加热前分流系统a、加热器a6和加热后分流系统a，加热前分流系统a内分为前支路通路a1和前支路通路a2，前支路通路a1和前支路通路a2的结构组成相似且为并联关系，前支路通路a1包括切断阀a1a、过滤器a2a、流量计a3a、流量控制阀a4a和热值仪a35a，切断阀a1a、过滤器a2a、流量计a3a、流量控制阀a4a依次首尾连接，热值仪a35a的进口管路t1连通于过滤器a2a与流量计a3a之间的管路中，热值仪a35a在切断阀a1a与流量控制阀a4a之间的管路上连接有多个测点；所述的加热器a6的进口与流量控制阀a4a的出口连接；所述的加热后分流系统a包括后支路通路a1和后支路通路a2，后支路通路a1和后支路通路a2的结构和组成相似且为并联关系，所述的后支路通路a1包括切断阀a9a、联锁切断阀a10a、调压器a11a、调节阀a12a、测压仪a55a和切断阀a16a，切断阀a9a、联锁切断阀a10a、调压器a11a、调节阀a12a和切断阀a16a依次首尾连接，测压仪a55a在调节阀a12a和切断阀a16a之间的管路上连接有多个测点，切断阀a9a的进口与加热器a6的出口连接，切断阀a16a的出口与止回阀a18的进口连接；所述的发动机燃气处理系统包括混合器19和热值仪20，混合器19的进口与止回阀a18的出口连接，混合器19的出口与发动机燃气管道连接，热值仪20在发动机燃气管道上连接有多个测点；所述的高热值燃气处理系统和低热值燃气处理系统的结构和组成相似且为并联关系，高热值燃气处理系统和低热值燃气处理系统对应部件的标号分别以首字母a和b区分。进一步地，所述的前支路通路a1和前支路通路a2、后支路通路a1和后支路通路a2均根据实际需要单独设置或共同组合设置。进一步地，所述的切断阀a16a与止回阀a18之间的管路上连接安装有热值反馈阀a17，热值反馈阀a17与加热器a6连接。进一步地，所述的过滤器a2a为管道式过滤器或容器式过滤器，能够过滤99％以上的直径不大于1μm的固体颗粒。进一步地，所述的流量计a3a为质量流量计、超声波流量计、涡轮流量计、涡街流量计、文丘里流量计或皮托流量计，能够测量密度和流量。进一步地，所述的加热器a6为管壳式热交换器、板片式热交换器或绕管式热交换器；加热器a6上设有温度控制阀a8。进一步地，所述的止回阀a18为升降式止回阀、旋启式止回阀或蝶式止回阀。一种使用本发明所述的装置进行燃料气的热值和华白指数调节的方法，它包括以下实施步骤：s1、高热值燃气的热值调整：高热值燃气通入高热值燃气处理系统中，经过加热前分流系统a、加热器a6和加热后分流系统a形成压力稳定、温度稳定的燃气，汇合至止回阀a18并通入到混合器19中；s2、低热值燃气的热值调整：低热值燃气通入高热值燃气处理系统中，经过加热前分流系统b、加热器b6和加热后分流系统b形成压力稳定、温度稳定的燃气，汇合至止回阀b18并通入到混合器19中；s3、华白指数的计算：利用流量计a3a/a3b、流量计b3a/b3b分别测量出高热值燃气、低热值燃气的流量和密度，在热值仪a35a/a35b、热值仪b35a/b35b中分别测量出高热值燃气、低热值燃气的热值，通过通过plc或dcs的编程运算，分别计算出高、低热值燃气的华白指数a1、b1，在热值仪20中测量出混合后的燃气发动机燃料气的热值，计算出其华白指数w1；s4、华白指数的调整和修正：将华白指数w1与规定值进行对比，分别调整高、低热值燃气的流量，使得混合后的燃气发动机燃料气的华白指数在规定值的范围之内，对一个给定的燃气发动机燃烧系统，在高、低热值燃气给定的条件下，采用修正华白指数mwi来衡量气体燃料热值的可变化范围，修正华白指数mwi的计算式为：式中：lhv为燃料气的低位热值，单位：btu/scf(1mj/nm3＝26.83919btu/scf)；mwgas为燃料气的相对分子质量；28.96为空气的相对分子质量；tgas为燃料气温度，单位：兰氏度°r，°r＝°f+459.67，°f为华氏度，°f＝32+℃×1.8；sg为燃料气密度与空气密度之比；调整高、低热值燃气的混合配比、压力以及混合燃料气的温度、压力均可实现对华白指数的调整和修正。进一步地，对于步骤s1和s2，高热值燃气、低热值燃气均为一股混合或多股混合。进一步地，对于步骤s4，还包括发动机对混合燃料气的温度的反馈调节步骤：利用发动机的烟气余热对混合燃料气的温度进一步调整。本发明具有以下优点：1、本发明所述的燃气发动机燃料气的热值和华白指数调节装置及方法具有多功能处理、能够调节和控制热值以及华白指数、安全可靠的特点，本发明主要针对两股及两股以上高、低热值燃气进行混合时，对各股燃气进行机械杂质过滤、流量调节和计量、热值和华白指数检测计量、加热、压力调节和切断等，并控制各股燃气混合后的混合燃气的压力、控制和调节其热值和华白指数，保证进入燃气发动机的燃气模块的燃料气符合发动机燃气技术要求，功能处理多，控制和调节有效方便，装置设备整体安全可靠。2、本发明所述的燃气发动机燃料气的热值和华白指数调节装置及方法还公开了一种燃气发动机燃料气的热值和华白指数调节方法，可由一个人独立完成调节工作，不需要多名人员的共同参与，因而可以节省人工；另外，本方法仅存在系统误差和读数测量仪的误差，消除了传统调节方法中的人为误差，测量精度得到大幅度提高，同时，操作便利。附图说明图1为本发明所述的装置的整体结构示意图；图2为本发明所述的前支路通路a1和前支路通路a2单独设置时逆时针旋转90°的结构示意图；图3为本发明所述的方法的实施步骤流程示意图。具体实施方式下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。如图1所示，一种燃气发动机燃料气的热值和华白指数调节装置，它包括高热值燃气处理系统、低热值燃气处理系统和发动机燃气处理系统，所述的高热值燃气处理系统包括加热前分流系统a、加热器a6和加热后分流系统a，加热前分流系统a内分为前支路通路a1和前支路通路a2，前支路通路a1和前支路通路a2的结构组成相似且为并联关系，前支路通路a1包括切断阀a1a、过滤器a2a、流量计a3a、流量控制阀a4a和热值仪a35a，切断阀a1a、过滤器a2a、流量计a3a、流量控制阀a4a依次首尾连接，热值仪a35a的进口管路t1连通于过滤器a2a与流量计a3a之间的管路中，热值仪a35a在切断阀a1a与流量控制阀a4a之间的管路上连接有多个测点；所述的加热器a6的进口与流量控制阀a4a的出口连接；所述的加热后分流系统a包括后支路通路a1和后支路通路a2，后支路通路a1和后支路通路a2的结构和组成相似且为并联关系，所述的后支路通路a1包括切断阀a9a、联锁切断阀a10a、调压器a11a、调节阀a12a、测压仪a55a和切断阀a16a，切断阀a9a、联锁切断阀a10a、调压器a11a、调节阀a12a和切断阀a16a依次首尾连接，测压仪a55a在调节阀a12a和切断阀a16a之间的管路上连接有多个测点，切断阀a9a的进口与加热器a6的出口连接，切断阀a16a的出口与止回阀a18的进口连接；所述的发动机燃气处理系统包括混合器19和热值仪20，混合器19的进口与止回阀a18的出口连接，混合器19的出口与发动机燃气管道连接，热值仪20在发动机燃气管道上连接有多个测点；所述的高热值燃气处理系统和低热值燃气处理系统的结构和组成相似且为并联关系，高热值燃气处理系统和低热值燃气处理系统对应部件的标号分别以首字母a和b区分。进一步地，作为本发明的优选实施方式，所述的前支路通路a1和前支路通路a2、后支路通路a1和后支路通路a2均根据实际需要单独设置或共同组合设置；所述的切断阀a16a与止回阀a18之间的管路上连接安装有热值反馈阀a17，热值反馈阀a17与加热器a6连接；所述的过滤器a2a为管道式过滤器或容器式过滤器，能够过滤99％以上的直径不大于1μm的固体颗粒；所述的流量计a3a为质量流量计、超声波流量计、涡轮流量计、涡街流量计、文丘里流量计或皮托流量计，能够测量密度和流量；所述的加热器a6为管壳式热交换器、板片式热交换器或绕管式热交换器；加热器a6上设有温度控制阀a8；所述的止回阀a18为升降式止回阀、旋启式止回阀或蝶式止回阀。如图2所示，一种使用本发明所述的装置进行燃料气的热值和华白指数调节的方法，它包括以下实施步骤：s1、高热值燃气的热值调整：高热值燃气通入高热值燃气处理系统中，经过加热前分流系统a、加热器a6和加热后分流系统a形成压力稳定、温度稳定的燃气，汇合至止回阀a18并通入到混合器19中；s2、低热值燃气的热值调整：低热值燃气通入高热值燃气处理系统中，经过加热前分流系统b、加热器b6和加热后分流系统b形成压力稳定、温度稳定的燃气，汇合至止回阀b18并通入到混合器19中；s3、华白指数的计算：利用流量计a3a/a3b、流量计b3a/b3b分别测量出高热值燃气、低热值燃气的流量和密度，在热值仪a35a/a35b、热值仪b35a/b35b中分别测量出高热值燃气、低热值燃气的热值，通过通过plc或dcs的编程运算，分别计算出高、低热值燃气的华白指数a1、b1，在热值仪20中测量出混合后的燃气发动机燃料气的热值，计算出其华白指数w1；s4、华白指数的调整和修正：将华白指数w1与规定值进行对比，分别调整高、低热值燃气的流量，使得混合后的燃气发动机燃料气的华白指数在规定值的范围之内，对一个给定的燃气发动机燃烧系统，在高、低热值燃气给定的条件下，采用修正华白指数mwi来衡量气体燃料热值的可变化范围，修正华白指数mwi的计算式为：式中：lhv为燃料气的低位热值，单位：btu/scf(1mj/nm3＝26.83919btu/scf)；mwgas为燃料气的相对分子质量；28.96为空气的相对分子质量；tgas为燃料气温度，单位：兰氏度°r，°r＝°f+459.67，°f为华氏度，°f＝32+℃×1.8；sg为燃料气密度与空气密度之比；调整高、低热值燃气的混合配比、压力以及混合燃料气的温度、压力均可实现对华白指数的调整和修正。更进一步地，作为本发明的优选实施方式，对于步骤s1和s2，高热值燃气、低热值燃气均为一股混合或多股混合；对于步骤s4，还包括发动机对混合燃料气的温度的反馈调节步骤：利用发动机的烟气余热对混合燃料气的温度进一步调整。下面，本发明以燃气轮机发动机的燃料气为例，进行本发明的具体实施例的详细说明：进入本装置的高、低热值燃气的压力、温度和组分见表1：表1高、低热值燃气的压力、温度和组分对于一个给定的燃气发动机燃烧系统，一般采用修正华白指数(mwi)来衡量气体燃料热值的可变化范围。对于低氮氧化合物的燃烧系统来说，一般要求燃料气的mwi值在40～54之间的范围内。表1中的高、低热值燃气通过一系列处理系统后，由混合器19充分混合后供给燃气轮机发动机的燃烧系统。进入燃烧系统的混合燃料气的参数见表2：表2混合燃料气的参数项目数值压力、mpa4.0温度、℃45(572.67°r)总流量、nm3/h50000在表2参数下，对于表1中的高、低热值燃气的混合比例不同时混合燃料气的修正华白指数(mwi)，见表3：表3混合燃料气的修正华白指数(mwi)从表3可以看出，对于定温、定压时，各配比下的修正华白指数(mwi)是变化的，因此通过加热器a6/b6分别加热高、低热值燃气使得混合后的燃料气温度可以改变，进入燃气轮机燃烧系统前还可以用发动机烟气余热使得温度进一步调整升高，温度的改变将可以直接控制修正华白指数(mwi)的改变和稳定，改变参数见表4：表4混合燃料气温度改变后的修正华白指数(mwi)由此可见，利用本发明能够有效地对燃料气的参数进行控制，使其满足使用要求。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。当前第1页12