专利名称：联合循环发电机组燃料气中硫含量的检测方法
技术领域：
本发明涉及联合循环发电机组燃料气中硫化物含量的测量技术。
背景技术：
燃气-蒸汽联合循环发电机组具有高效率、高节能、低污染的技术优势，近年来发 展迅猛。在联合循环机组中，进入燃气轮机燃烧室的燃料气如天然气、煤气等，被认为基本 不含硫的清洁燃料，所以燃气轮机机组是无污染的机组。此外，燃气轮机还有其它燃料气的 来源型式，如直接燃油，或以燃煤制气的IGCC、PFBC、CFB等多种型式，这些型式的工艺过程 都进行了脱硫，同样无排放污染。如某公司的0号发电机组所用的燃料BTO组份分析(设 计)报告中，就没有硫含量；在生产过程中，S02的分析数据也确实都小于lmg/m3。现有的检测燃料气S02的技术，是采用GB/T15262对排放烟气一样的方法直接测 定，该方法采用直接在燃烧前的燃料气中测取so2，以此结果表示燃料气硫化物的含量，并 用于联合循环机组的设计。由于这样检测得到的so2数据非常小，因此，机组建设设计时既 不担心会有污染物排放问题，也不需考虑机组气体工质流程中通流面的硫腐蚀问题。但是事实上，运行一段时间后的机组气体工质通流面发生了显著的硫腐蚀和硫的 腐蚀产物沉积的问题，显然以现有技术得出的燃料气硫化物含量非常小的数据不符合实际 情况，以此所作的设备设计因没有采取对付硫化物的措施，导致了机组投运以后很大的被 动。
发明内容
本发明的目的在于提供一种联合循环发电机组燃料气中硫含量的检测方法，该方 法采用在联合循环机组余热锅炉的烟道检测烟道气的so2，并根据烟道气与燃料气量确定 的关系，确定燃料气中硫化物含量，为联合循环发电机组的设计、运行、维护提供重要的信 肩、O本发明是这样实现的一种联合循环发电机组燃料气中硫含量的检测方法，包 括第一，在联合循环机组余热锅炉的低温区的炉墙壁开设取样孔，取样孔供烟道气 分析仪采样枪插入，测取烟气中S02含量(C烟)；第二，以燃料气标准体积流量(Q燃)与烟气标准体积流量(Q烟)的比例关系，通 过计算，得到燃料气中以so2表示的硫化物含量(C燃)，其计算公式为C 燃=C 烟 X (Q 烟/Q 燃)。所述烟气标准体积流量与燃料气标准体积流量之比(Q烟/Q燃)的值通过Q烟设 计值和Q燃设计值之比，得到(Q烟/Q燃)固定的比例关系。所述烟气标准体积流量与燃料气标准体积流量之比(Q烟/Q燃)的值的计算过程 如下读取当时发电机组Q燃、Q空气数值，根据当时燃料气中可燃物含量C1、C2......Cn和相应的与氧气反应的还原当量数Zl、Z2......Zn，对含氢组份再加上生成物
中的水份数，如组份X，生成物H20和C02，化学式为aX+b02 — cH20+dC02与氧气反应的还原当量数Zn :Zn = b/a+c+(a-d)计算燃烧反应以后Q空气的减少量Q空气_(即氧气消耗量)Q 空气-=Q 燃 X (C1*Z1+C2*Z2+......Cn*Zn)Q烟=Q燃+Q空气_Q空气-则有(Q 烟 /Q 燃)=1+Q 空气 /Q 燃-(C1*Z1+C2*Z2+......Cn*Zn)。本发明是在联合循环机组余热锅炉的烟道检测烟道气的S02，检测的结果与现有 技术在燃烧前的燃料气中测取so2的结果相比，得到的数据要比燃料气高得多，参见表1，这 是什么原因？表1 经分析，燃料气确实含有比在烟道检出的S02更高含量的硫化物，但其型式是有机 硫、H2S和其它型式的硫化物，以现有技术so2检测方法不能直接检测到。这些硫化物在燃 气轮机前的燃烧器，以1200°C的高温与富裕的氧气充分反应，转化成了 so3，其化学反 应式为R-S+m02 — S02+R_0X+n02 (R-有机基，m = l/2x+n+l)H2S+1. 502 — S02+H20因此本发明在联合循环机组余热锅炉的烟道中检测烟道气的S02就可直接检测到 了。现有技术采用直接在燃烧前的燃料气中测取so2，所得到的数据并不能真实反映燃料气 中硫化物含量。本发明能定量、准确地确定燃料气中硫化物含量，为联合循环机组的运行、维护提 供重要的应对信息，也为设备的改善、改进提供依据，为新的机组设计提供应有的参数。本发明简单实用，以现行通用的检测方法，测取余热锅炉烟道气中的S02，根据烟 道气与燃料气量确定的关系，通过计算，确定燃料气中硫化物含量，数据可靠准确。本发明适用于联合循环发电机组，如燃用Bre的钢铁公司自备电厂的同类机组， 还适用于以燃煤制气的IGCC、PFBC、CFB等其它型式燃气轮机联合循环机组。
图1为本发明联合循环发电机组燃料气中硫含量的检测方法的检测取样点示意 图。图中1燃烧器，2燃气轮机，3余热锅炉烟道入口，4余热锅炉烟道出口，5烟囱；11燃料气，12空气，13高温燃气，14余热烟气(烟气)，15最终排烟烟气；21硫化物含量目标， 22S02检测取样点(取样孔)。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。参见图1，图1为本发明联合循环发电机组燃料气中硫含量的检测方法的检测取 样点示意图。燃料气11经燃烧器1与助燃气空气12混合燃烧以后，产生的高温燃气13(温 度在1160°C左右)流入燃气轮机2作功，完成作功以后的排气流往余热锅炉烟道入口 3，在 余热锅炉烟道入口 3和余热锅炉烟道出口 4中流过的燃机排气称作余热烟气14 (温度在 540°C左右)。烟气14在烟道中不再发生化学反应(少量的硫化物反应变化忽略不计)和 标准态体积变化，因此在烟道入口 3和烟道出口 4之间任意点采样作烟气14成份分析都可 得到相同的结果。最终排烟烟气15(温度在127°C左右)经烟囱5排出。本发明在余热锅炉烟道出口 4前的250°C以下的炉墙侧壁开设取样孔22，供烟道 气分析仪采样枪插入。取样孔22的墙外有检修平台和通道，测定直接对象为烟气14，已不 含一氧化碳，比较安全。一种联合循环发电机组燃料气中硫含量的检测方法，包括第一，在联合循环机组余热锅炉的低温区的炉墙壁开设取样孔22，取样孔22供烟 道气分析仪采样枪插入，测取烟气中S02含量(C烟)；第二，以燃料气标准体积流量(Q燃)与烟气标准体积流量(Q烟)的比例关系，通 过计算，得到燃料气中以S02表示的硫化物含量(C燃)，其计算公式为C 燃=C 烟 X (Q 烟/Q 燃)式中C燃燃料气中硫含量(S02)；C烟烟气中硫含量(S02)；Q燃燃料气标准体积流量；Q烟烟气标准体积流量。其中(Q烟/Q燃)比例关系值的确定有二种方法，第一种，(Q烟/Q燃)比例关系值的确定，直接查阅机组设计书，获取其中的燃料 气流量、烟气流量二项设计参数，得到(Q烟/Q燃)比例关系值；或者，获取其中的燃料气流量、空气流量二项设计参数；因烟气流量 (燃料气流 量+空气流量)，得到(Q烟/Q燃) (燃料气流量+空气流量)/燃料气流量。这样由设计参数得到的(Q烟/Q燃)数值是固定不变的，符合使用要求。第二种，读取运行中机组的燃料气流量和空气流量实际值，并根据当时燃料气可 燃物含量组份，通过计算得到(Q烟/Q燃)比例关系值。这种根据实际值，通过计算得到的 (Q烟/Q燃)数值，使结果准确性更高一些。计算过程如下读取当时Q燃、Q空气数值，根据当时燃料气中可燃物含量C1、C2......Cn和相应
的与氧气反应的还原当量数Z1、Z2......Zn，对含氢组份再加上生成物中的水份数，如组份
X，生成物H20和C02，化学式为aX+b02 — c H20+d C02
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与氧气反应的还原当量数Zn :Zn = b/a+c+(a-d)计算燃烧反应以后Q空气的减少量Q空气_(即氧气消耗量)Q 空气-=Q 燃 X (C1*Z1+C2*Z2+......Cn*Zn)Q烟=Q燃+Q空气_Q空气-则有(Q 烟 /Q 燃)=1+Q 空气 /Q 燃-(C1*Z1+C2*Z2+......Cn*Zn)C 燃=C 烟 X (1+Q 空气 /Q 燃-(C1*Z1+C2*Z2+......Cn*Zn))。实施例1在余热锅炉烟道靠近烟囱的炉墙侧壁开设取样孔，测得的烟气中S02含量为 30. 2mg/m3，则燃料气中以S02表示的硫化物含量为30. 2*2. 98 = 90. Omg/m3。其中(Q烟/Q燃)值为2. 98是采用固定法算得，其计算过程为
查某联合循环发电机组设计书额定参数燃料气热值3266kJ/m3时，额定工况下燃料气流量362km3/h，空气流量718km3/h，由此得到(Q 烟 /Q 燃)=(362+718) /362 = 2. 98这个值不考虑燃料气热值等实际工况的变化，是固定不变的。实施例2在余热锅炉烟道靠近烟囱的炉墙侧壁开设取样孔，测得的烟气中S02含量为 30. 2mg/m3，则燃料气中以S02表示的硫化物含量为30. 2*2. 90 = 87. 6mg/m3。其中(Q烟/Q燃)值为2. 90是采用计算法算得，其计算过程为读取运行中机组的燃料气流量和空气流量实际值，燃料气流量100m3/h，空气流量 198m7h，燃料气中 CO 20%, H21%, CH40. 2% ；C0+0. 502 ■—C02Z1 =0. 5
H2+0. 502 --h2oZ2 =1. 5
CH4+202 —2H20+C02Z3 =4
则(Q烟./Q燃)=1+Q空气/Q燃_-(C1*Z1+C2*Z2+C3*Z3)= 1+198/100-(0. 20*0. 5+0. 01*1. 5+0. 002*4)= 2. 86空气还被用来冷却燃气轮机叶片，从叶片流出后混入排烟气，这个数量约占烟气 量的1 2%，故以1. 015修正(Q烟/Q燃)，以上的计算修正后最终值为2. 90。本发明能定量、准确地确定燃料气中硫化物含量，为联合循环机组的运行、维护提 供重要的应对信息，也为设备的改善、改进提供依据，为新的机组设计提供应有的参数。
权利要求
一种联合循环发电机组燃料气中硫含量的检测方法，其特征是，包括第一，在联合循环机组余热锅炉的低温区的炉墙壁开设取样孔，取样孔供烟道气分析仪采样枪插入，测取烟气中SO2含量(C烟)；第二，以燃料气标准体积流量(Q燃)与烟气标准体积流量(Q烟)的比例关系，通过计算，得到燃料气中以SO2表示的硫化物含量(C燃)，其计算公式为C燃＝C烟×(Q烟/Q燃)。
2.根据权利要求1所述的联合循环发电机组燃料气中硫含量的检测方法，其特征是 所述烟气标准体积流量与燃料气标准体积流量之比(Q烟/Q燃)的值通过Q烟设计值和Q 燃设计值之比，得到(Q烟/Q燃)固定的比例关系。
3.根据权利要求1所述的联合循环发电机组燃料气中硫含量的检测方法，其特征是 所述烟气标准体积流量与燃料气标准体积流量之比(Q烟/Q燃)的值的计算过程如下读取当时发电机组Q燃、Q空气数值，根据当时燃料气中可燃物含量C1、C2......Cn和相应的与氧气反应的还原当量数Z1、Z2......Zn，对含氢组份再加上生成物中的水份数，如组份X，生成物H2O和CO2，化学式为 aX+b02 — cH20+dC02与氧气反应的还原当量数Zn :Zn = b/a+c+(a-d)计算燃烧反应以后Q空气的减少量Q空气_(即氧气消耗量)Q 空气 _ = Q 燃 X (C1*Z1+C2*Z2+......Cn*Zn)Q烟=Q燃+Q空气-Q空气_则有(Q 烟 /Q 燃)=1+Q 空气 /Q 燃-(C1*Z1+C2*Z2+......Cn*Zn)。
全文摘要
本发明涉及联合循环发电机组燃料气中硫化物含量的测量技术。一种联合循环发电机组燃料气中硫含量的检测方法，包括第一，在联合循环机组余热锅炉的低温区的炉墙壁开设取样孔，取样孔供烟道气分析仪采样枪插入，测取烟气中SO2含量(C烟)；第二，以燃料气标准体积流量(Q燃)与烟气标准体积流量(Q烟)的比例关系，通过计算，得到燃料气中以SO2表示的硫化物含量(C燃)，其计算公式为C燃＝C烟×(Q烟/Q燃)。本发明采用在联合循环机组余热锅炉的烟道检测烟道气的SO2，并根据烟道气与燃料气量确定的关系，确定燃料气中硫化物含量，为联合循环发电机组的设计、运行、维护提供重要的信息。
文档编号G01F5/00GK101852792SQ20091004866
公开日2010年10月6日 申请日期2009年3月31日 优先权日2009年3月31日
发明者陈天玲, 顾立群 申请人:宝山钢铁股份有限公司