一种用于天然气掺烧醇基燃料的装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及能源燃料领域，具体涉及一种用于天然气掺烧醇基燃料的装置。
【背景技术】
[0002] 由于受我国能源禀赋的限制，我国天然气供应量不足，使得燃气电厂设备年利用 小时数大幅下降，而且天然气价格居高不下，涨价趋势明显，这些都对燃气发电的经济性造 成极大影响，严重限制天然气发电装机容量的快速增长。因此，寻找清洁、洁净、经济的替代 燃料成为一种重要选择。国内外开展了替代燃料的研究，甲醇是其中的一种。甲醇作为燃 气轮机的燃料在国外已做过很多试验。与天然气及油相比，甲醇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（由于流量的增加）；在同样的透 平进口温度下，甲醇的燃烧温度低（由于火焰温度较低)，所以其燃烧具有较低的NO x排放。 由于甲醇中硫含量非常低，因此基本没有SO2的排放问题。此外，甲醇燃烧干净，使得透平 部件的清洗次数大大减少，有助于降低维护费用。
[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用于天然气掺烧醇基燃料的装置，以 保证两种燃料均匀掺混，为混合燃料送入喷嘴燃烧提供了必要的燃烧条件。
[0005] 上述目的是通过如下技术方案实现的：
[0006] -种用于天然气掺烧醇基燃料的装置，该装置包括：
[0007] 燃料系统：包括天然气管道，按天然气流向依次还包括天然气源、天然气阀门和天 然气流量计；醇基燃料管道，按醇基燃料流向依次还包括醇基燃料源、醇基燃料阀门、醇基 燃料流量计和设于醇基燃料源处驱动醇基燃料的压力源；天然气与醇基燃料预热混合管 道；
[0008] 空气系统：包括空气管道，按空气流向依次还包括空气压缩机、空气阀门、空气压 力计、空气流量计、空气第一温度计、空气加热器、靠近空气加热器的空气第二温度计和靠 近燃烧室的空气第三温度计；
[0009] 燃烧系统：包括燃烧室；
[0010] 天然气管道与醇基燃料管道分别接至天然气与醇基燃料预热混合管道；混合后的 天然气与醇基燃料混合气体与空气系统中的空气同时送入燃烧系统燃烧。
[0011] 各阀门、压力计、流量计和温度计分别与采集控制系统相连。
[0012] 进一步地，所述装置还包括测量系统，具体包括用于测量火焰温度的热电偶，用于 测量火焰流场的粒度测定仪，用于测量烟气组成的烟气采样分析仪和用于测量火焰痕量组 分浓度场的平面激光诱导荧光系统，它们的测量端分别设置于火焰处。
[0013] 进一步地，所述天然气与醇基燃料预热混合管道包括燃料管道、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、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；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。压力计、各加热器、各温度计分别 与采集控制系统相连。
[0014] 进一步地，所述天然气与醇基燃料预热混合管道中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。
[0015] 进一步地，所述天然气与醇基燃料预热混合管道中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。
[0016] 进一步地，所述天然气与醇基燃料预热混合管道中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。
[0017] 进一步地，所述天然气与醇基燃料预热混合管道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。
[0018] 本实用新型的有益效果：
[0019] ( 1)本掺烧装置提供了 一种新的掺混方式，在保证两种燃料掺混均匀的情况下，也 维持了掺混前后燃料始终的气体状态，为混合燃料送入喷嘴燃烧提供了必要的燃烧条件， 为今后该掺混技术在燃机燃烧室应用提供了试验可行的原型模板，提供了一种可行的降低 燃料成本、减少天然气用量和降低燃烧排放的途径；
[0020] ( 2)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；
[0021] (3)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；
[0022] (4)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；
[0023] (5)本实用新型提供的用于研究天然气掺烧醇基燃料的方法能保证醇基燃料均匀 的在天然气中掺烧，可以用于研究不同比例的醇基燃料与天然气掺烧，获得准确可靠的研 究数据。
【附图说明】
[0024] 图1 :用于天然气掺烧醇基燃料的装置组成示意图；
[0025] 图2 :天然气与醇基燃料预热混合管道示意图。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合具体实施例详细说明本实用新型的技术方案。
[0027] 实施例1:用于天然气掺烧醇基燃料的装置和方法
[0028] 如图1，装置包括燃料系统A :按天然气流向依次包括天然气源1、天然气阀门2、 天然气流量计3 ;按醇基燃料流向依次包括醇基燃料源4、醇基燃料阀门6、醇基燃料流量 计7、设于醇基燃料源4处驱动醇基燃料的氮气压力源5 ;天然气与醇基燃料预热混合管道 Al。空气系统B :按空气