專利名稱：一種燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行狀態(tài)的確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行狀態(tài)的確定方法，特別涉及以空氣、燃?xì)夂腿剂铣煞郑约叭剂系臒嶂岛土髁繛楹诵?，來確定燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行狀態(tài)的方法，用于確定實(shí)際運(yùn)行的燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組在某一時(shí)刻的運(yùn)行狀態(tài)壓氣機(jī)的進(jìn)氣流量、燃燒效率、燃?xì)馔钙竭M(jìn)口溫度和燃?xì)馔钙降呐艢饬髁?，從而為燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行和分析提供必要的參數(shù)。
背景技術(shù)：
近年來燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)因?yàn)榫哂懈咝Аh(huán)保的優(yōu)勢(shì)而在電力行業(yè)中得到了迅速的發(fā)展。在發(fā)達(dá)國家，燃?xì)廨啓C(jī)及燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組目前已成為承擔(dān)基本負(fù)荷的主力機(jī)組，并成為提高能源利用率和降低環(huán)境污染的主要技術(shù)。在我國，隨著西氣東輸、俄氣南供、進(jìn)口液化天然氣、近海氣登陸和煤層氣的開發(fā)利用等工程的推進(jìn)，大功率燃?xì)廨啓C(jī)及燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的數(shù)量在快速增長。燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行狀態(tài)判定、性能分析診斷等在有關(guān)燃?xì)廨啓C(jī)的實(shí)際運(yùn)行中越來越受到重視，但由于結(jié)構(gòu)上的原因燃?xì)廨啓C(jī)有幾個(gè)關(guān)鍵的狀態(tài)參數(shù)很難測(cè)準(zhǔn)，甚至無法測(cè)量。
第一個(gè)是壓氣機(jī)進(jìn)口的空氣流量電廠用的重型燃?xì)廨啓C(jī)體積龐大，壓氣機(jī)進(jìn)口的空氣管徑大，一般的氣體流量測(cè)量裝置如孔板流量計(jì)、噴管流量計(jì)等不適用。比較可能的方法是通過測(cè)量流體流過管道時(shí)，測(cè)量斷面上的流速分布來確定空氣的流量，如超聲波流量測(cè)量裝置。但該方法需要現(xiàn)場(chǎng)有足夠的安裝場(chǎng)地，在實(shí)際中不易實(shí)現(xiàn)。
第二個(gè)是燃?xì)馔钙匠隹诘娜細(xì)饬髁侩姀S用的重型燃?xì)廨啓C(jī)透平出口的燃?xì)饬魍ü軓酱螅浜缶o跟余熱回收裝置，如余熱鍋爐等，因此流通管道短，由此使目前已有的流量測(cè)量方法在此處都無法采用。目前，燃?xì)廨啓C(jī)出口的燃?xì)饬髁窟€沒有一個(gè)可行的測(cè)量方法。
第三個(gè)是燃燒室的燃燒效率燃燒效率是判斷燃燒狀態(tài)的一個(gè)重要參數(shù)，在常見的燃燒過程中，燃燒效率有兩種定義一種是燃料在燃燒過程中所釋放出的實(shí)際熱量與燃料所能釋放出的熱能的比值；另一種是扣除不完全燃燒損失后得出的表明燃燒程度的燃燒效率。前一種在確定時(shí)需要確定各點(diǎn)的溫度和流量，在燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室中很難做到。后一種方法需要準(zhǔn)確判斷不完全燃燒產(chǎn)物種類和濃度，而燃燒過程的機(jī)理復(fù)雜，不完全燃燒的產(chǎn)物組成復(fù)雜，且數(shù)量很小，很難確定。因此燃燒效率目前仍然是一個(gè)很難定量確定的參數(shù)，電站的生產(chǎn)過程中通常是通過監(jiān)測(cè)火焰狀態(tài)和燃?xì)庵幸谎趸己康姆椒ǘㄐ耘袛嗳紵暮脡摹?br> 第四個(gè)是燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)口溫度燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)口溫度T3有三種定義一是燃燒室出口溫度；二是燃?xì)馔钙降谝患?jí)噴嘴環(huán)后的平均滯止溫度；三是以進(jìn)入燃?xì)馔钙降乃锌諝饬亢腿剂狭繛闇?zhǔn)計(jì)算出來的平均溫度。不論是哪一種定義，都能在一定程度上代表燃?xì)廨啓C(jī)的溫度水平，反映燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。由于燃燒室和燃?xì)馔钙降慕Y(jié)合非常緊密，安裝測(cè)點(diǎn)的難度很大，同時(shí)不斷有冷卻空氣摻混進(jìn)來，使得溫度場(chǎng)的分布非常不均勻，溫度值很難準(zhǔn)確測(cè)量，這樣第一種定義實(shí)際運(yùn)行中無法直接測(cè)量。以第二種定義確定的燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)口溫度，在確定時(shí)需要將測(cè)量探頭深入到燃?xì)馔钙降谝患?jí)噴嘴環(huán)后，這在燃?xì)馔钙降慕Y(jié)構(gòu)上也很難實(shí)現(xiàn)。以第三種定義確定時(shí)，需要準(zhǔn)確確定空氣流量和燃料量，而空氣流量因?yàn)榱魍ü軓酱蠖y以準(zhǔn)確測(cè)量。目前在實(shí)際運(yùn)行中，現(xiàn)場(chǎng)確定燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)口溫度大多是根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)排煙溫度計(jì)算得出，該方法的前提條件是燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行狀態(tài)必須是正常而且按照預(yù)定特性線運(yùn)行的，這對(duì)有可能偏離正常狀態(tài)的實(shí)際運(yùn)行情況來說，也是不現(xiàn)實(shí)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種有效的方法，來確定燃?xì)廨啓C(jī)在某一運(yùn)行時(shí)刻的真實(shí)狀態(tài)參數(shù)燃燒完全度、空氣流量、燃?xì)饬髁亢腿細(xì)廨啓C(jī)進(jìn)口溫度，從而為燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行和分析提供必要的參數(shù)。其中燃燒完全度是指燃料的可燃成分中完全燃燒的部分所占百分比。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行狀態(tài)的確定方法，其特點(diǎn)是，方法的步驟為1)燃料輸送管道、壓氣機(jī)進(jìn)氣管道和燃?xì)馔钙脚艧煿艿郎戏謩e設(shè)置測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)2、測(cè)點(diǎn)3，在三測(cè)點(diǎn)處安裝常規(guī)的在線測(cè)量裝置或取樣裝置；2)在測(cè)點(diǎn)1處用常規(guī)的在線測(cè)量裝置或取樣裝置在線或離線測(cè)量測(cè)量燃料的成分GburnC、H、O、N、H2O(對(duì)于氣體燃料需要測(cè)量各組成氣體的含量)和燃料流量Mburn；在測(cè)點(diǎn)2處用常規(guī)的在線測(cè)量裝置或取樣裝置在線或離線測(cè)量測(cè)量空氣成分GairN2、O2、H2O、CO2；在測(cè)點(diǎn)3處用常規(guī)的在線測(cè)量裝置或取樣裝置在線或離線測(cè)量燃?xì)獬煞諫gasN2、O2、H2O、CO2；3)將三測(cè)點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)或?qū)y(cè)點(diǎn)取樣送入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行成分分析后的各成分含量的分析結(jié)果輸入計(jì)算單元；4)根據(jù)空氣、燃料和燃?xì)獾某煞忠约叭剂狭髁縈burn，計(jì)算確定空氣流量Mair、燃?xì)饬髁縈gas和燃燒完全度ηB，計(jì)算方法推導(dǎo)如下A、建立質(zhì)量守恒方程燃燒前后，燃燒室的輸入和輸出質(zhì)量守恒，滿足方程Mgas＝Mair+Mburn(1)根據(jù)燃燒前后每一種參與燃燒過程的化學(xué)元素在數(shù)量上也不會(huì)發(fā)生變化，C、H、O、N是燃燒過程中物質(zhì)的主要構(gòu)成元素，其數(shù)量守恒方程如下氮元素守恒方程A1·Ggas(N2)·Mgas+A2·(1-ηB)·Mburn·Gburn(N)(2)＝A3·Mburn·Gburn(N)+A4·Gair(N2)·Mair氧元素守恒(B1·Ggas(O2)+B2·Ggas(CO2)+B3·Ggas(H2O))·Mgas+B4·(1-ηB)·Mburn·Gburn(O) (3)＝B5·Mburn·Gburn(O)+(B6·Gair(O2)+B7·Gair(CO2)+B8·Gair(H2O))·Mair+B9·Mburn·Gburn(H2O)碳元素守恒C1·Ggas(CO2)·Mgas+C2·(1-ηB)·Mburn·Gburn(C) (4)＝C3·Mburn·Gburn(C)+C4·Gair(CO2)·Mair
氫元素守恒D1·Ggas(H2O)·Mgas+D2·(1-ηB)·Mburn·Gburn(H)＝ (5)D3·Mburn·Gburn(H)+D4·Gair(H2O)·Mair+D5·Gburn(H2O)·Mburn其中A1-4、B1-9、C1-4、D1-9為系數(shù)，取決于各組成成分的單位(質(zhì)量百分比、體積百分比等)和流量單位(質(zhì)量流量、體積流量等)，例如，當(dāng)Ggas(N2)為體積百分比、Mgas為體積流量時(shí)A1＝2，當(dāng)Ggas(N2)為體積百分比、Mgas為質(zhì)量流量時(shí)A1＝2/μgas，當(dāng)Ggas(N2)為質(zhì)量百分比、Mgas為質(zhì)量流量時(shí)A1＝1/28，其中μgas為煙氣的平均分子量。
在氮元素的守恒方程中用到的測(cè)量數(shù)據(jù)是燃料中氮的含量Gburn(N)、空氣中氮?dú)獾暮縂air(N2)、燃?xì)庵械獨(dú)獾暮縂gas(N2)；在氧元素的守恒方程中用到的測(cè)量數(shù)據(jù)是燃料中氧的含量Gburn(O)和水分的含量Gburn(H2O)，空氣中氧氣、二氧化碳和水的含量Gair(O2)、Gair(CO2)和Gair(H2O)，燃?xì)庵醒鯕?、二氧化碳和水的含量Ggas(O2)、Ggas(CO2)和Ggas(H2O)；在碳元素的守恒方程中用到的測(cè)量數(shù)據(jù)是燃料中碳的含量Gburn(C)、空氣中二氧化碳的含量Gair(CO2)、燃?xì)庵卸趸嫉暮縂gas(CO2)；在氫元素的守恒方程中用到的測(cè)量數(shù)據(jù)是燃料中氫的含量Gburn(H)和水分的含量Gburn(H2O)，空氣水分的含量Gair(H2O)，燃?xì)庵械乃趾縂gas(H2O)。
B、根據(jù)實(shí)際選擇的成分測(cè)量方法和裝置以及測(cè)量精度選取上述其中任何兩種元素的守恒方程，與公式(1)聯(lián)立求解，得出燃燒過程中輸入的空氣流量、輸出的燃?xì)饬髁亢腿紵耆龋豢諝饬髁縈air=b2·c1-b1·c2a1·b2-a2·b1---(6)]]>燃?xì)饬髁縈gas=Mair+Mburn=b2·c1-b1·c2a1·b2-a2·b1+Mburn---(7)]]>燃燒完全度ηB=1-a1·c2-a2·c1a1·b2-a2·b1---(8)]]>
其中參數(shù)a1、a2、b1、b2、c1和c2根據(jù)選取的元素守恒方程而定；5)根據(jù)燃燒室的能量平衡方程確定燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)口溫度；燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的能量平衡方程為Mair·cair·(T2-Te)+Mburn·QL·ηB+Mburn·cburn·(Tb-Te)＝Mgas·cgas·(T3-Te)其中cair為空氣的比熱，cburn為燃料的比熱，cgas為燃?xì)獾谋葻?，T2為壓氣機(jī)的出口溫度，QL為燃料的低位發(fā)熱量，Te為環(huán)境溫度，Tb為燃料進(jìn)入燃燒室的溫度。據(jù)此方程可得燃?xì)廨啓C(jī)初溫T3T3=Mair·cair·(T2-Te)+Mburn·QL·ηB+Mburn·cburn·(Tb-Te)Mgas·cgas+Te---(9).]]>需要指出的是用該方法得出的燃?xì)廨啓C(jī)初溫T3是以進(jìn)入燃?xì)馔钙降乃锌諝饬亢腿剂狭繛闇?zhǔn)計(jì)算出來的平均溫度。
本發(fā)明的有益效果是由于在本發(fā)明中需要直接測(cè)量的流量是燃料量。燃?xì)廨啓C(jī)所用燃料均為液態(tài)或氣態(tài)，由于流量小，流通管徑小，同時(shí)在進(jìn)入燃燒室前有足夠長的穩(wěn)定流段，可用常規(guī)的流體流量測(cè)量方法可準(zhǔn)確測(cè)量。其它測(cè)量量均為物質(zhì)的組成燃料的組成成分、空氣的氣體組成成分和燃?xì)獾臍怏w組成成分，因此用常規(guī)的測(cè)量方法和裝置容易測(cè)量和分析，另外需要直接測(cè)量的溫度是壓氣機(jī)的出口溫度、環(huán)境溫度、燃料進(jìn)入燃燒室的溫度，這幾個(gè)值在現(xiàn)場(chǎng)均可直接在線測(cè)量。因此本發(fā)明解決了燃?xì)廨啓C(jī)由于幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)難測(cè)而無法確定其運(yùn)行狀態(tài)的難題。


圖1為燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)示意圖。
圖中1-壓氣機(jī)；2-測(cè)點(diǎn)2；3-計(jì)算單元；4-余熱鍋爐；5-測(cè)點(diǎn)3；6-發(fā)電機(jī)；7-燃?xì)馔钙剑?-燃燒室；9-測(cè)點(diǎn)1。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示了本發(fā)明的具體測(cè)量方法及其應(yīng)用的一個(gè)典型場(chǎng)合——燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)空氣經(jīng)壓氣機(jī)壓縮后，進(jìn)燃燒室，與燃料在燃燒室中混合燃燒產(chǎn)生燃?xì)猓筮M(jìn)入燃?xì)馔钙阶龉?，最后排出；本發(fā)明方法的具體步驟為1)在進(jìn)燃燒室8的燃料輸送管道9處設(shè)置測(cè)點(diǎn)1，壓氣機(jī)1的進(jìn)氣管道處設(shè)置測(cè)點(diǎn)2，燃?xì)馔钙?排煙管道上設(shè)置測(cè)點(diǎn)3，在三測(cè)點(diǎn)處安裝常規(guī)的在線測(cè)量裝置或取樣裝置；2)在測(cè)點(diǎn)1處用常規(guī)的在線測(cè)量裝置或取樣裝置在線或離線測(cè)量測(cè)量燃料的成分GburnC、H、O、N、H2O(對(duì)于氣體燃料需要測(cè)量各組成氣體的含量)和燃料流量Mburn；在測(cè)點(diǎn)2處用常規(guī)的在線測(cè)量裝置或取樣裝置在線或離線測(cè)量測(cè)量空氣成分GairN2、O2、H2O、CO2；在測(cè)點(diǎn)3處用常規(guī)的在線測(cè)量裝置或取樣裝置在線或離線測(cè)量燃?xì)獬煞諫gasN2、O2、H2O、CO2；3)將三測(cè)點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)或?qū)y(cè)點(diǎn)取樣送入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行成分分析后的各成分含量的分析結(jié)果輸入計(jì)算單元；4)根據(jù)空氣、燃料和燃?xì)獾某煞忠约叭剂狭髁縈burn，計(jì)算確定空氣流量Mair、燃?xì)饬髁縈gas和完全燃燒度ηB，計(jì)方法推導(dǎo)如下A、質(zhì)量守恒方程燃燒前后，燃燒室的輸入和輸出質(zhì)量守恒，滿足方程Mgas＝Mair+Mburn(1)根據(jù)燃燒前后每一種參與燃燒過程的化學(xué)元素在數(shù)量上也不會(huì)地發(fā)生變化，C、H、O、N是燃燒過程中物質(zhì)的主要構(gòu)成元素，其數(shù)量守恒方程如下氮元素守恒方程A1·Ggas(N2)·Mgas+A2·(1-ηB)·Mburn·Gburn(N) (2)＝A3·Mburn·Gburn(N)+A4·Gair(N2)·Mair氧元素守恒(B1·Ggas(O2)+B2·Ggas(CO2)+B3·Ggas(H2O))·Mgas+B4·(1-ηB)·Mburn·Gburn(O) (3)＝B5·Mburn·Gburn(O)+(B6·Gair(O2)+B7·Gair(CO2)+B8·Gair(H2O))·Mair+B9·Mburn·Gburn(H2O)碳元素守恒
C1·Ggas(CO2)·Mgas+C2·(1-ηB)·Mburn·Gburn(C)(4)＝C3·Mburn·Gburn(C)+C4·Gair(CO2)·Mair氫元素守恒D1·Ggas(H2O)·Mgas+D2·(1-ηB)·Mburn·Gburn(H)＝ (5)D3·Mburn·Gburn(H)+D4·Gair(H2O)·Mair+D5·Gburn(H2O)·Mburn其中A1-4、B1-9、C1-4、D1-9為系數(shù)，取決于各組成成分的單位(質(zhì)量百分比、體積百分比等)和流量單位(質(zhì)量流量、體積流量等)，例如，當(dāng)Ggas(N2)為體積百分比、Mgas為體積流量時(shí)A1＝2，當(dāng)Ggas(N2)為體積百分比、Mgas為質(zhì)量流量時(shí)A1＝2/μgas，當(dāng)Ggas(N2)為質(zhì)量百分比、Mgas為質(zhì)量流量時(shí)A1＝1/28，其中μgas為煙氣的平均分子量。
在氮元素的守恒方程中用到的測(cè)量數(shù)據(jù)是燃料中氮的含量Gburn(N)、空氣中氮?dú)獾暮縂air(N2)、燃?xì)庵械獨(dú)獾暮縂gas(N2)；在氧元素的守恒方程中用到的測(cè)量數(shù)據(jù)是燃料中氧的含量Gburn(O)和水分的含量Gburn(H2O)，空氣中氧氣、二氧化碳和水的含量Gair(O2)、Gair(CO2)和Gair(H2O)，燃?xì)庵醒鯕?、二氧化碳和水的含量Ggas(O2)、Ggas(CO2)和Ggas(H2O)；在碳元素的守恒方程中用到的測(cè)量數(shù)據(jù)是燃料中碳的含量Gburn(C)、空氣中二氧化碳的含量Gair(CO2)、燃?xì)庵卸趸嫉暮縂gas(CO2)；在氫元素的守恒方程中用到的測(cè)量數(shù)據(jù)是燃料中氫的含量Gburn(H)和水分的含量Gburn(H2O)，空氣水分的含量Gair(H2O)，燃?xì)庵械乃趾縂gas(H2O)。
B、根據(jù)實(shí)際選擇的成分測(cè)量方法和裝置以及測(cè)量精度選取上述其中任何兩種元素的守恒方程，與公式(1)聯(lián)立求解，得出燃燒過程中輸入的空氣流量、輸出的燃?xì)饬髁亢腿紵耆?；空氣流量Mair=b2·c1-b1·c2a1·b2-a2·b1---(6)]]>燃?xì)饬髁縈gas=Mair+Mburn=b2·c1-b1·c2a1·b2-a2·b1+Mburn---(7)]]>
燃燒完全度ηB=1-a1·c2-a2·c1a1·b2-a2·b1---(8)]]>其中參數(shù)a1、a2、b1、b2、c1和c2根據(jù)選取的元素守恒方程而定。若選取氮元素的守恒方程(2)和碳元素的守恒方程(4)與公式(1)聯(lián)立求解，則可得a1=2·Ggas(N2)μgas-2·Gair(N2)μair,a2=Ggas(CO2)μgas-Gair(CO2)μair]]>b1=Mburn·Gburn(N)14,b2=Mburn·Gburn(C)12]]>c1=(Gburn(N)14-2·Ggas(N2)μgas)·Mburn,c2=(Gburn(C)12-Ggas(CO2)μgas)·Mburn]]>5)根據(jù)燃燒室的能量平衡方程確定燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)口溫度；燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的能量平衡方程為Mair·cair·(T2-Te)+Mburn·QL·ηB+Mburn·cburn·(Tb-Te)＝Mgas·cgas·(T3-Te)其中cair為空氣的比熱，cburn為燃料的比熱，cgas為燃?xì)獾谋葻?，T2為壓氣機(jī)的出口溫度，QL為燃料的低位發(fā)熱量，Te為環(huán)境溫度，Tb為燃料進(jìn)入燃燒室的溫度。據(jù)此方程可得燃?xì)廨啓C(jī)初溫T3T3=Mair·cair·(T2-Te)+Mburn·QL·ηB+Mburn·cburn·(Tb-Te)Mgas·cgas+Te---(9).]]>需要指出的是用該方法得出的燃?xì)廨啓C(jī)初溫T3是以進(jìn)入燃?xì)馔钙降乃锌諝饬亢腿剂狭繛闇?zhǔn)計(jì)算出來的平均溫度。
在本發(fā)明中需要直接測(cè)量的流量是燃料量。燃?xì)廨啓C(jī)所用燃料均為液態(tài)或氣態(tài)，由于流量小，流通管徑小，同時(shí)在進(jìn)入燃燒室前有足夠長的穩(wěn)定流段，可用常規(guī)的流體流量測(cè)量方法可準(zhǔn)確測(cè)量。其它測(cè)量量均為物質(zhì)的組成燃料的組成成分、空氣的氣體組成成分和燃?xì)獾臍怏w組成成分。燃料和空氣在進(jìn)入燃燒室前成分不會(huì)發(fā)生變化，可在其輸送管道上直接測(cè)量或取樣分析。燃?xì)庖话悴灰自谌紵页隹谔帨y(cè)量，由于燃燒過程的復(fù)雜性該處的燃?xì)夥植季鶆蛐圆睿旁诤罄m(xù)設(shè)備之后或經(jīng)過一段混合段后，再安裝燃?xì)獬煞譁y(cè)點(diǎn)。要求在流經(jīng)后續(xù)設(shè)備或混合段的過程中，沒有其它任何物質(zhì)引入燃?xì)鈨?nèi)。另外需要直接測(cè)量的溫度是壓氣機(jī)的出口溫度、環(huán)境溫度、燃料進(jìn)入燃燒室的溫度，這幾個(gè)值在現(xiàn)場(chǎng)均可直接在線測(cè)量。
本方法計(jì)算例證1、已知某微型燃?xì)廨啓C(jī)原始測(cè)量參數(shù)燃料為天然氣，質(zhì)量流量為Mburn＝10.0kg/s，各組成成分的質(zhì)量百分比分別為Gburn(CH4)＝96.226％，Gburn(C2H6)＝1.770％，Gburn(C3H8)＝0.300％，Gburn(C4H10)＝0.137％，Gburn(CO2)＝0.598％，Gburn(N2)＝0.967％，Gburn(H2S)＝0.002％。空氣組成為氧氣、氮?dú)夂退魵?，其它成分忽略不?jì)，干空氣中氧氣的體積百分比為21％，氮?dú)獾捏w積百分比為79％，1Nm3的干空氣中含水10g，則整個(gè)空氣中各成分的體積百分比含量分別為Gair(N2)＝77.7559％，Gair(O2)＝20.6693％，Gair(H2O)＝1.5748％，空氣的平均分子量μair＝28.6693。
煙氣中主要成分的體積百分比分別為Ggas(CO2)＝2.5％，Ggas(H2O)＝6.5％，Ggas(O2)＝15.1％，Ggas(N2)＝75.7％，煙氣的平均分子量為μgas＝28.3414。壓氣機(jī)的出口溫度T2＝176℃，燃料的低位發(fā)熱量QL＝49369kJ/kg，環(huán)境溫度Te＝15℃，燃料進(jìn)入燃燒室的溫度與環(huán)境溫度相同。
2、計(jì)算總質(zhì)量平衡方程Mgas＝Mair+Mburn碳元素平衡方程1μgas·Ggas(CO2)·Mgas=ηB·Mburn·[Gburn(CH4)16+2·Gburn(C2H6)30+3·Gburn(C3H8)44+4·Gburn(C4H10)58]+Gburn(CO2)44Mburn]]>氫元素平衡方程2μgas·Ggas(H2O)·Mgas=ηB·Mburn·[4·Gburn(CH4)16+6·Gburn(C2H6)30+8·Gburn(C3H8)44+10·Gburn(C4H10)58+2·Gburn(H2S)34]+Gburn(CO2)44Mburn]]>
燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)口溫度T3=Mair·cair·(T2-Te)+Mburn·QL·ηBMgas·cgas+Te]]>3、計(jì)算結(jié)果將已知數(shù)據(jù)帶入上述方程式可得空氣的質(zhì)量流量Mair＝662.874kg/s燃?xì)獾馁|(zhì)量流量Mgas＝670.801kg/s完全燃燒度ηB＝0.958燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)口溫度T3＝751℃。
權(quán)利要求
1.一種燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行狀態(tài)的確定方法，其特征在于，方法的步驟為1)在燃料輸送管道、壓氣機(jī)進(jìn)氣管道和燃?xì)馔钙脚艧煿艿郎戏謩e設(shè)置測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)2、測(cè)點(diǎn)3，在三測(cè)點(diǎn)處安裝常規(guī)的在線測(cè)量裝置或取樣裝置；2)在測(cè)點(diǎn)1處用常規(guī)的在線測(cè)量裝置或取樣裝置在線或離線測(cè)量測(cè)量燃料的成分GburnC、H、O、N、H2O和燃料流量Mburn；在測(cè)點(diǎn)2處用常規(guī)的在線測(cè)量裝置或取樣裝置在線或離線測(cè)量測(cè)量空氣成分GairN2、O2、H2O、CO2；在測(cè)點(diǎn)3處用常規(guī)的在線測(cè)量裝置或取樣裝置在線或離線測(cè)量燃?xì)獬煞諫gasN2、O2、H2O、CO2；3)將三測(cè)點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)或?qū)y(cè)點(diǎn)取樣送入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行成分分析后的各成分含量的分析結(jié)果輸入計(jì)算單元；4)根據(jù)空氣、燃料和燃?xì)獾某煞忠约叭剂狭髁縈burn，計(jì)算確定空氣流量Mair、燃?xì)饬髁縈gas和燃燒完全度ηB，計(jì)算方法推導(dǎo)如下A、質(zhì)量守恒方程燃燒前后，燃燒室的輸入和輸出質(zhì)量守恒，滿足方程Mgas＝Mair+Mburn(1)根據(jù)燃燒前后每一種參與燃燒過程的化學(xué)元素在數(shù)量上也不會(huì)地發(fā)生變化，C、H、O、N是燃燒過程中物質(zhì)的主要構(gòu)成元素，其數(shù)量守恒方程如下氮元素守恒方程A1·Ggas(N2)·Mgas+A2·(1-ηB)·Mburn·Gburn(N)(2)＝A3·Mburn·Gburn(N)+A4·Gair(N2)·Mair氧元素守恒(B1·Ggas(O2)+B2·Ggas(CO2)+B3·Ggas(H2O))·Mgas+B4·(1-ηB)·Mburn·Gburn(O) (3)＝B5·Mburn·Gburn(O)+(B6·Gair(O2)+B7·Gair(CO2)+B8·Gair(H2O))·Mair+B9·Mburn·Gburn(H2O)碳元素守恒C1·Ggas(CO2)·Mgas+C2·(1-ηB)·Mburn·Gburn(C)(4)＝C3·Mburn·Gburn(C)+C4·Gair(CO2)·Mair氫元素守恒D1·Ggas(H2O)·Mgas+D2·(1-ηB)·Mburn·Gburn(H)＝(5)D3·Mburn·Gburn(H)+D4·Gair(H2O)·Mair+D5·Gburn(H2O)·Mburn其中A1-4、B1-9、C1-4、D1-9為系數(shù)，取決于各組成成分的單位(質(zhì)量百分比、體積百分比等)和流量單位(質(zhì)量流量、體積流量等)，例如，當(dāng)Ggas(N2)為體積百分比、Mgas為體積流量時(shí)A1＝2，當(dāng)Ggas(N2)為體積百分比、Mgas為質(zhì)量流量時(shí)A1＝2/μgas，當(dāng)Ggas(N2)為質(zhì)量百分比、Mgas為質(zhì)量流量時(shí)A1＝1/28，其中μgas為煙氣的平均分子量。在氮元素的守恒方程中用到的測(cè)量數(shù)據(jù)是燃料中氮的含量Gburn(N)、空氣中氮?dú)獾暮縂air(N2)、燃?xì)庵械獨(dú)獾暮縂gas(N2)；在氧元素的守恒方程中用到的測(cè)量數(shù)據(jù)是燃料中氧的含量Gburn(O)和水分的含量Gburn(H2O)，空氣中氧氣、二氧化碳和水的含量Gair(O2)、Gair(CO2)和Gair(H2O)，燃?xì)庵醒鯕?、二氧化碳和水的含量Ggas(O2)、Ggas(CO2)和Ggas(H2O)；在碳元素的守恒方程中用到的測(cè)量數(shù)據(jù)是燃料中碳的含量Gburn(C)、空氣中二氧化碳的含量Gair(CO2)、燃?xì)庵卸趸嫉暮縂gas(CO2)；在氫元素的守恒方程中用到的測(cè)量數(shù)據(jù)是燃料中氫的含量Gburn(H)和水分的含量Gburn(H2O)，空氣水分的含量Gair(H2O)，燃?xì)庵械乃趾縂gas(H2O)。B、根據(jù)實(shí)際選擇的成分測(cè)量方法和裝置以及測(cè)量精度選取上述其中任何兩種元素的守恒方程，與公式(1)聯(lián)立求解，得出燃燒過程中輸入的空氣流量、輸出的燃?xì)饬髁亢腿紵耆龋豢諝饬髁縈air=b2·c1-b1·c2a1·b2-a2·b1---(6)]]>燃?xì)饬髁縈gas=Mair+Mburn=b2·c1-b1·c2a1·b2-a2·b1+Mburn---(7)]]>燃燒完全度ηB=1-a1·c2-a2·c1a1·b2-a2·b1---(8)]]>其中參數(shù)a1、a2、b1、b2、c1和c2根據(jù)選取的元素守恒方程而定，選取氮元素的守恒方程(2)和碳元素的守恒方程(4)與公式(1)聯(lián)立求解，則可得a1=2·Ggas(N2)μgas-2·Gair(N2)μair,a2=Ggas(CO2)μgas-Gair(CO2)μair]]>b1=Mburn·Gburn(N)14,b2=Mburn·Gburn(C)12]]>c1=(Gburn(N)14-2·Ggas(N2)μgas)·Mburn,c2=(Gburn(C)12-Ggas(CO2)μgas)·Mburn;]]>5)根據(jù)燃燒室的能量平衡方程確定燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)口溫度；燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的能量平衡方程為Mair·cair·(T2-Te)+Mburn·QL·ηB+Mburn·cburn·(Tb-Te)＝Mgas·cgas·(T3-Te)其中cair為空氣的比熱，cburn為燃料的比熱，cgas為燃?xì)獾谋葻?，T2為壓氣機(jī)的出口溫度，QL為燃料的低位發(fā)熱量，Te為環(huán)境溫度，Tb為燃料進(jìn)入燃燒室的溫度。據(jù)此方程可得燃?xì)廨啓C(jī)初溫T3T3=Mair·cair·(T2-Te)+Mburn·QL·ηB+Mburn·cburn·(Th-Te)Mgas·cgas+Te---(9).]]>
全文摘要
本發(fā)明公開了一種燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行狀態(tài)的確定方法，步驟為在燃料輸送管道、壓氣機(jī)進(jìn)氣管道和燃?xì)馔钙脚艧煿艿郎戏謩e設(shè)置三測(cè)點(diǎn)，并安裝常規(guī)的測(cè)量裝置或取樣裝置；分別測(cè)量測(cè)點(diǎn)1的燃料成分和流量；測(cè)點(diǎn)2的空氣成分；測(cè)點(diǎn)3的燃?xì)獬煞?；將三測(cè)點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)輸入計(jì)算單元；根據(jù)空氣、燃料和燃?xì)獾某煞忠约叭剂狭髁縈
文檔編號(hào)F02C9/00GK1702305SQ200510026970
公開日2005年11月30日 申請(qǐng)日期2005年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月21日
發(fā)明者鄭莆燕, 姚秀平, 張莉, 齊進(jìn), 丁家峰 申請(qǐng)人:上海電力學(xué)院