一种生物质燃气焦油持续在线测量系统及测量方法与流程

本发明涉及一种生物质燃气焦油持续在线测量系统及测量方法，属于生物质燃气焦油含量测量技术领域。

背景技术：

生物质可燃气(主要针对气化气和干馏气)集中供气与发电技术在缓解农作物秸秆焚烧、改善环境、推动农村用能结构调整方面具有独特优势和广阔应用前景。近年来逐渐突显的能源危机与环境污染问题对传统生物质气化和干馏技术的可持续性与清洁性提出了更高的要求。因此，气化和干馏产生的生物质可燃气必须经过净化，净化后的生物质可燃气必须满足集中供气站建设标准(nyj/t09-2005标准-焦油与灰尘杂质含量应小于30mg/m³)和内燃机发电用生物质燃气焦油含量应小于50mg/m³的要求，若燃气焦油超标，则会造成供气管道和燃气计量仪表的堵塞、降低发电机寿命，为保证集中供气与发电用生物质燃气品质符合上述要求，必须对生物质可燃气中的焦油含量进行长期、持续在线监测。

焦油含量测量通常采用的方法是质量差减法，即测量生物质燃气冷凝前后的质量，差值为焦油质量。目前适用于在线焦油含量测量的方法为生物质气化燃气焦油含量快速测量法(zl200810152963.8)。该公开的生物质气化燃气焦油含量快速测量法配有带加热套，以保证过程中焦油呈气态，但是气固分离器并未能将细颗粒脱除干净，焦油气体在高温下以细颗粒为凝结核，并在细颗粒上发生异相凝结，粘附于仪表中主要是焦油分离前生物质燃气管线上体积流量计和质量流量计，长期在线使用会导致仪表测量准确性持续下降，无法在线校准；测量可靠性差。若频繁更换体积流量计和质量流量计造成持续在线测量成本提高。同时外加热耗能也提高了测量成本。

技术实现要素：

本发明针为在线测量装置于长期使用条件下，具有保持测量过程的可靠性、稳定性与测量数据的准确性的特点提供了一种生物质燃气焦油持续在线测量系统及测量方法。

本发明采用入下技术方案：

本发明所述的生物质燃气焦油持续在线测量系统，其燃气入口端与气固分离器的进气端相连；气固分离器的出气端与阻火器的进气端相连通；阻火器的出气端通过阀门组与燃烧腔的进气端相连通；燃烧腔的出气端与换热器的进气端相连通；换热器的出气端通过泵与气体出口相连通，所述的阀门组由阀门i与阀门ii组成；所述的阀门i的出气端与燃烧腔的进气端相连；阀门ii的出气端与焦油冷凝器的进气端相连通；焦油冷凝器的出气端通过单向阀与燃烧腔的进气端相连；泵的出气端设有测量系统，测量系统由斯特林发电机进行供电。

本发明所述的生物质燃气焦油持续在线测量系统，所述的换热器将热能分别传导至气固分离器、阀门i、阀门ii与斯特林发电机。

本发明所述的生物质燃气焦油持续在线测量系统，还包括采集系统、处理与控制器、显示器；所述的采集系统与测量系统进行信号传输；采集系统的信号输出端与处理与控制器的信号接收端相连；处理与控制器将处理的数据通过显示器显示结果。

本发明所述的生物质燃气焦油持续在线测量系统，所述的斯特林发电机分别为采集系统、处理与控制器、显示器提供电能。

本发明所述的生物质燃气焦油持续在线测量系统，所述的测量系统内设有质量流量计、体积流量计及气体密度计。

本发明所述的生物质燃气焦油持续在线测量系统的测量方法，步骤如下：

1)、连接完成所有设备，开启设备生物质燃气从燃气进口进入气固分离器，脱除固体颗粒物后的生物质燃气通过阻火器；

2)、从阻火器由两组阀门分两路并在时间上交替将生物质燃气输入进密闭绝热的燃烧腔充分燃烧；

3)、在燃烧腔内充分燃烧后产生的高温气体经过热交换器降温后进入泵，随后进入测量系统进行测量，测量后的气体从气体出口排出；

4)、测量系统将检测到的数据通过处理与控制器进行处理并反馈至显示器。

本发明所述的生物质燃气焦油持续在线测量系统的测量方法，所述的步骤4)中数据处理的计算方法为：

(1)采用质量差减法，计算经过阀门i的生物质燃气的质量流量数据与经过阀门ii的生物质燃气的质量流量数据之间的差值；将该差值除以由体积流量计测量得到的生物质燃气体积流量数据，得到燃气中焦油含量ca；

(2)采用密度差减法，计算经过阀门i的气体密度计测量数据与经过阀门ii的气体密度计测量数据之间的差值即得到燃气中焦油含量cb。

(3)采用不等精度测量权重法通过得到焦油含量值:

ma—质量差减法数据权重，mb—密度差减法数据权重。

本发明所述的生物质燃气焦油持续在线测量系统的测量方法，在生物质燃气采集过程中气固分离器与两组阀门分别通过热交换器提供热能保持高温环境。

有益效果

本发明提供的生物质燃气焦油持续在线测量系统及测量方法，生物质燃气在进入测量仪表前，先进入密闭燃烧腔进行燃烧，燃气中的焦油发生热裂解反应，转变为二氧化碳和水蒸气等小分子气体，而这些小分子气体常温下不会粘附于仪表的测量原件上，更不会造成堵塞，因此，测量仪表如质量流量计、体积流量计与气体密度计可长期置于测量气路中，且测量精度稳定可靠。

本发明提供的生物质燃气焦油持续在线测量系统及测量方法，采用质量差减法与密度差减法两种方法进行测量，并采用不等精度测量权重法获得焦油最终含量数据，提高了持续在线测量的精度和可靠性。

本发明提供的生物质燃气焦油持续在线测量系统及测量方法，测量过程由于燃烧产生的热能可以用来发电和保温供热，整个测量系统可以实现自供电、自供热，无外加能耗。

附图说明

图1是本发明的设备连接示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示：生物质燃气焦油持续在线测量系统，其燃气入口端与气固分离器的进气端相连；气固分离器的出气端与阻火器的进气端相连通；阻火器的出气端通过阀门组与燃烧腔的进气端相连通；燃烧腔的出气端与换热器的进气端相连通；换热器的出气端通过泵与气体出口相连通，所述的阀门组由阀门i与阀门ii组成；所述的阀门i的出气端与燃烧腔的进气端相连；阀门ii的出气端与焦油冷凝器的进气端相连通；焦油冷凝器的出气端通过单向阀与燃烧腔的进气端相连；泵的出气端设有测量系统，测量系统由斯特林发电机进行供电。

生物质燃气气路为：生物质燃气从燃气进口进入气固分离器，脱除固体颗粒物后的生物质燃气通过阻火器后，分两路进入密闭绝热燃烧腔，i线路为燃气经阀门a直接进入燃烧腔，ii线路为焦油冷凝或吸附分离后经阀门b进入燃烧腔，通过控制阀门a与阀门b前后交替打开，燃气通过i或ii线路交替进入燃烧腔充分燃烧，燃烧腔中配有恒定流量的空气配风，燃烧后的高温气体经过热交换器降温后进入泵，随后进入测量系统进行测量，测量后的气体从气体出口排出。

数据测量处理路径：为测量系统内设有质量流量计、体积流量计、气体密度计，其各数据经采集后进入处理与控制器，处理后的结果输出至显示器。

热能利用路径：气固分离器、阀门i、阀门ii通过热交换器获得热量保持高温。热交换器可连接斯特林发电机蓄热器。

电能利用路径：气固分离器、阀门a、阀门b通过热交换器获得热量保持高温。热交换器可连接斯特林发电机蓄热器。

生物质燃气焦油持续在线测量系统的测量方法，步骤如下：

1)、连接完成所有设备，开启设备生物质燃气从燃气进口进入气固分离器，脱除固体颗粒物后的生物质燃气通过阻火器；

2)、从阻火器由两组阀门分两路并在时间上交替将生物质燃气输入进密闭绝热的燃烧腔充分燃烧；

3)、在燃烧腔内充分燃烧后产生的高温气体经过热交换器降温后进入泵，随后进入测量系统进行测量，测量后的气体从气体出口排出；

4)、测量系统将检测到的数据通过处理与控制器进行处理并反馈至显示器。

本发明所述的生物质燃气焦油持续在线测量系统的测量方法中其数据处理的计算方法为：

(1)采用质量差减法，计算经过阀门i的生物质燃气的质量流量数据与经过阀门ii的生物质燃气的质量流量数据之间的差值；将该差值除以由体积流量计测量得到的生物质燃气体积流量数据,得到燃气中焦油含量ca；

(2)采用密度差减法，计算经过阀门i的气体密度计测量数据与经过阀门ii的气体密度计测量数据之间的差值即得到燃气中焦油含量cb。

(3)采用不等精度测量权重法通过得到焦油含量值:

ma—质量差减法数据权重，根据质量流量计精度确定；

mb—密度差减法数据权重，根据气体密度计确定。

实例：湖南气化工程生物质燃气焦油含量测量实例。

离线差重法，采用毕托管收集生物质燃气样本，通过长时间冷凝获得燃气中的焦油，需要离线称重，多次测量耗时约为1小时，以获得焦油含量测量初始数据为15-20mg/nm³，由于该方法需要人力不断进行离线称重，因此，无法实现持续的在线测量，且每次测量时间较长。

快速测量法在线测量初始数据为15-19mg/nm³,较为准确，放置气路中，持续在线使用，1年后，快速测量仪器由于焦油严重堵塞，导致测量仪表无法继续使用。

本发明起初测量数据为15-18mg/nm³，放置气路中，持续在线使用，1年后各测量仪表仍能正常使用，测量数据17-21mg/nm³，且燃烧腔之前的气路由于保温作用，没有发生焦油凝结，燃烧腔之后气路中由于不含有焦油，因此，测量仪表不会堵塞，整个测量系统稳定可靠，数据准确。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。