本發(fā)明涉及一種燃氣發(fā)動機燃料氣的熱值和華白指數(shù)調(diào)節(jié)裝置及方法。
背景技術：
：燃氣發(fā)動機通常采用管輸天然氣、氣化后的液化天然氣、氣化后的液化石油氣、高爐氣、焦爐煤氣等燃料氣中的一種或多種混合作為其動力能源。然而就選定的燃氣發(fā)動機而言，由于其燃料噴嘴面積、噴嘴前后燃燒的壓比和燃燒狀況的設計是針對某一具體壓力和熱值的燃料來設計的，因而一旦設計和制造完成，其允許燃料熱值變化的范圍是有限的。燃料熱值過大的變化，對發(fā)動機的輸出功率、排放煙氣、熱部件壽命和燃燒的穩(wěn)定都會造成影響，有時就不得不通過更換燃燒控制系統(tǒng)的硬件來滿足要求。對于一個給定的燃料燃燒系統(tǒng)，通常采用華白指數(shù)wi(wobbeindex)來衡量燃料熱值的可變化范圍。發(fā)動機燃燒室內(nèi)是有一定壓力的，為了確保燃料以一定流量和速度噴入燃燒室，燃料噴嘴的入口處必須具有一定的壓力，過高或過低都會使燃燒室內(nèi)的火焰偏離設計區(qū)域，影響發(fā)動機的正常運行，甚至對熱部件造成損失。另外在不同的運行工況下，燃燒室內(nèi)的壓力是不同的，這就要求進入燃燒室燃料的壓力也相應變化，因此發(fā)動機自帶的燃料模塊在發(fā)動機控制系統(tǒng)的控制下，一直對進入燃燒室的燃料壓力進行著調(diào)節(jié)。為確保發(fā)動機自帶的燃料模塊在發(fā)動機控制系統(tǒng)的控制下能正常工作，同時考慮到管道、過濾器、加熱器等設備造成的壓降，因此對進入發(fā)動機燃料模塊前的燃料氣壓力有著穩(wěn)定的要求。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點，提供一種多功能處理、能夠調(diào)節(jié)和控制熱值以及華白指數(shù)、安全可靠、操作便利的燃氣發(fā)動機燃料氣的熱值和華白指數(shù)調(diào)節(jié)裝置及方法。本發(fā)明的目的通過以下技術方案來實現(xiàn)：一種燃氣發(fā)動機燃料氣的熱值和華白指數(shù)調(diào)節(jié)裝置，它包括高熱值燃氣處理系統(tǒng)、低熱值燃氣處理系統(tǒng)和發(fā)動機燃氣處理系統(tǒng)，所述的高熱值燃氣處理系統(tǒng)包括加熱前分流系統(tǒng)a、加熱器a6和加熱后分流系統(tǒng)a，加熱前分流系統(tǒng)a內(nèi)分為前支路通路a1和前支路通路a2，前支路通路a1和前支路通路a2的結(jié)構(gòu)組成相似且為并聯(lián)關系，前支路通路a1包括切斷閥a1a、過濾器a2a、流量計a3a、流量控制閥a4a和熱值儀a35a，切斷閥a1a、過濾器a2a、流量計a3a、流量控制閥a4a依次首尾連接，熱值儀a35a的進口管路t1連通于過濾器a2a與流量計a3a之間的管路中，熱值儀a35a在切斷閥a1a與流量控制閥a4a之間的管路上連接有多個測點；所述的加熱器a6的進口與流量控制閥a4a的出口連接；所述的加熱后分流系統(tǒng)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的結(jié)構(gòu)和組成相似且為并聯(lián)關系，所述的后支路通路a1包括切斷閥a9a、聯(lián)鎖切斷閥a10a、調(diào)壓器a11a、調(diào)節(jié)閥a12a、測壓儀a55a和切斷閥a16a，切斷閥a9a、聯(lián)鎖切斷閥a10a、調(diào)壓器a11a、調(diào)節(jié)閥a12a和切斷閥a16a依次首尾連接，測壓儀a55a在調(diào)節(jié)閥a12a和切斷閥a16a之間的管路上連接有多個測點，切斷閥a9a的進口與加熱器a6的出口連接，切斷閥a16a的出口與止回閥a18的進口連接；所述的發(fā)動機燃氣處理系統(tǒng)包括混合器19和熱值儀20，混合器19的進口與止回閥a18的出口連接，混合器19的出口與發(fā)動機燃氣管道連接，熱值儀20在發(fā)動機燃氣管道上連接有多個測點；所述的高熱值燃氣處理系統(tǒng)和低熱值燃氣處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成相似且為并聯(lián)關系，高熱值燃氣處理系統(tǒng)和低熱值燃氣處理系統(tǒng)對應部件的標號分別以首字母a和b區(qū)分。進一步地，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均根據(jù)實際需要單獨設置或共同組合設置。進一步地，所述的切斷閥a16a與止回閥a18之間的管路上連接安裝有熱值反饋閥a17，熱值反饋閥a17與加熱器a6連接。進一步地，所述的過濾器a2a為管道式過濾器或容器式過濾器，能夠過濾99％以上的直徑不大于1μm的固體顆粒。進一步地，所述的流量計a3a為質(zhì)量流量計、超聲波流量計、渦輪流量計、渦街流量計、文丘里流量計或皮托流量計，能夠測量密度和流量。進一步地，所述的加熱器a6為管殼式熱交換器、板片式熱交換器或繞管式熱交換器；加熱器a6上設有溫度控制閥a8。進一步地，所述的止回閥a18為升降式止回閥、旋啟式止回閥或蝶式止回閥。一種使用本發(fā)明所述的裝置進行燃料氣的熱值和華白指數(shù)調(diào)節(jié)的方法，它包括以下實施步驟：s1、高熱值燃氣的熱值調(diào)整：高熱值燃氣通入高熱值燃氣處理系統(tǒng)中，經(jīng)過加熱前分流系統(tǒng)a、加熱器a6和加熱后分流系統(tǒng)a形成壓力穩(wěn)定、溫度穩(wěn)定的燃氣，匯合至止回閥a18并通入到混合器19中；s2、低熱值燃氣的熱值調(diào)整：低熱值燃氣通入高熱值燃氣處理系統(tǒng)中，經(jīng)過加熱前分流系統(tǒng)b、加熱器b6和加熱后分流系統(tǒng)b形成壓力穩(wěn)定、溫度穩(wěn)定的燃氣，匯合至止回閥b18并通入到混合器19中；s3、華白指數(shù)的計算：利用流量計a3a/a3b、流量計b3a/b3b分別測量出高熱值燃氣、低熱值燃氣的流量和密度，在熱值儀a35a/a35b、熱值儀b35a/b35b中分別測量出高熱值燃氣、低熱值燃氣的熱值，通過通過plc或dcs的編程運算，分別計算出高、低熱值燃氣的華白指數(shù)a1、b1，在熱值儀20中測量出混合后的燃氣發(fā)動機燃料氣的熱值，計算出其華白指數(shù)w1；s4、華白指數(shù)的調(diào)整和修正：將華白指數(shù)w1與規(guī)定值進行對比，分別調(diào)整高、低熱值燃氣的流量，使得混合后的燃氣發(fā)動機燃料氣的華白指數(shù)在規(guī)定值的范圍之內(nèi)，對一個給定的燃氣發(fā)動機燃燒系統(tǒng)，在高、低熱值燃氣給定的條件下，采用修正華白指數(shù)mwi來衡量氣體燃料熱值的可變化范圍，修正華白指數(shù)mwi的計算式為：式中：lhv為燃料氣的低位熱值，單位：btu/scf(1mj/nm3＝26.83919btu/scf)；mwgas為燃料氣的相對分子質(zhì)量；28.96為空氣的相對分子質(zhì)量；tgas為燃料氣溫度，單位：蘭氏度°r，°r＝°f+459.67，°f為華氏度，°f＝32+℃×1.8；sg為燃料氣密度與空氣密度之比；調(diào)整高、低熱值燃氣的混合配比、壓力以及混合燃料氣的溫度、壓力均可實現(xiàn)對華白指數(shù)的調(diào)整和修正。進一步地，對于步驟s1和s2，高熱值燃氣、低熱值燃氣均為一股混合或多股混合。進一步地，對于步驟s4，還包括發(fā)動機對混合燃料氣的溫度的反饋調(diào)節(jié)步驟：利用發(fā)動機的煙氣余熱對混合燃料氣的溫度進一步調(diào)整。本發(fā)明具有以下優(yōu)點：1、本發(fā)明所述的燃氣發(fā)動機燃料氣的熱值和華白指數(shù)調(diào)節(jié)裝置及方法具有多功能處理、能夠調(diào)節(jié)和控制熱值以及華白指數(shù)、安全可靠的特點，本發(fā)明主要針對兩股及兩股以上高、低熱值燃氣進行混合時，對各股燃氣進行機械雜質(zhì)過濾、流量調(diào)節(jié)和計量、熱值和華白指數(shù)檢測計量、加熱、壓力調(diào)節(jié)和切斷等，并控制各股燃氣混合后的混合燃氣的壓力、控制和調(diào)節(jié)其熱值和華白指數(shù)，保證進入燃氣發(fā)動機的燃氣模塊的燃料氣符合發(fā)動機燃氣技術要求，功能處理多，控制和調(diào)節(jié)有效方便，裝置設備整體安全可靠。2、本發(fā)明所述的燃氣發(fā)動機燃料氣的熱值和華白指數(shù)調(diào)節(jié)裝置及方法還公開了一種燃氣發(fā)動機燃料氣的熱值和華白指數(shù)調(diào)節(jié)方法，可由一個人獨立完成調(diào)節(jié)工作，不需要多名人員的共同參與，因而可以節(jié)省人工；另外，本方法僅存在系統(tǒng)誤差和讀數(shù)測量儀的誤差，消除了傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方法中的人為誤差，測量精度得到大幅度提高，同時，操作便利。附圖說明圖1為本發(fā)明所述的裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明所述的前支路通路a1和前支路通路a2單獨設置時逆時針旋轉(zhuǎn)90°的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明所述的方法的實施步驟流程示意圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的描述，但本發(fā)明的保護范圍不局限于以下所述。如圖1所示，一種燃氣發(fā)動機燃料氣的熱值和華白指數(shù)調(diào)節(jié)裝置，它包括高熱值燃氣處理系統(tǒng)、低熱值燃氣處理系統(tǒng)和發(fā)動機燃氣處理系統(tǒng)，所述的高熱值燃氣處理系統(tǒng)包括加熱前分流系統(tǒng)a、加熱器a6和加熱后分流系統(tǒng)a，加熱前分流系統(tǒng)a內(nèi)分為前支路通路a1和前支路通路a2，前支路通路a1和前支路通路a2的結(jié)構(gòu)組成相似且為并聯(lián)關系，前支路通路a1包括切斷閥a1a、過濾器a2a、流量計a3a、流量控制閥a4a和熱值儀a35a，切斷閥a1a、過濾器a2a、流量計a3a、流量控制閥a4a依次首尾連接，熱值儀a35a的進口管路t1連通于過濾器a2a與流量計a3a之間的管路中，熱值儀a35a在切斷閥a1a與流量控制閥a4a之間的管路上連接有多個測點；所述的加熱器a6的進口與流量控制閥a4a的出口連接；所述的加熱后分流系統(tǒng)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的結(jié)構(gòu)和組成相似且為并聯(lián)關系，所述的后支路通路a1包括切斷閥a9a、聯(lián)鎖切斷閥a10a、調(diào)壓器a11a、調(diào)節(jié)閥a12a、測壓儀a55a和切斷閥a16a，切斷閥a9a、聯(lián)鎖切斷閥a10a、調(diào)壓器a11a、調(diào)節(jié)閥a12a和切斷閥a16a依次首尾連接，測壓儀a55a在調(diào)節(jié)閥a12a和切斷閥a16a之間的管路上連接有多個測點，切斷閥a9a的進口與加熱器a6的出口連接，切斷閥a16a的出口與止回閥a18的進口連接；所述的發(fā)動機燃氣處理系統(tǒng)包括混合器19和熱值儀20，混合器19的進口與止回閥a18的出口連接，混合器19的出口與發(fā)動機燃氣管道連接，熱值儀20在發(fā)動機燃氣管道上連接有多個測點；所述的高熱值燃氣處理系統(tǒng)和低熱值燃氣處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成相似且為并聯(lián)關系，高熱值燃氣處理系統(tǒng)和低熱值燃氣處理系統(tǒng)對應部件的標號分別以首字母a和b區(qū)分。進一步地，作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，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均根據(jù)實際需要單獨設置或共同組合設置；所述的切斷閥a16a與止回閥a18之間的管路上連接安裝有熱值反饋閥a17，熱值反饋閥a17與加熱器a6連接；所述的過濾器a2a為管道式過濾器或容器式過濾器，能夠過濾99％以上的直徑不大于1μm的固體顆粒；所述的流量計a3a為質(zhì)量流量計、超聲波流量計、渦輪流量計、渦街流量計、文丘里流量計或皮托流量計，能夠測量密度和流量；所述的加熱器a6為管殼式熱交換器、板片式熱交換器或繞管式熱交換器；加熱器a6上設有溫度控制閥a8；所述的止回閥a18為升降式止回閥、旋啟式止回閥或蝶式止回閥。如圖2所示，一種使用本發(fā)明所述的裝置進行燃料氣的熱值和華白指數(shù)調(diào)節(jié)的方法，它包括以下實施步驟：s1、高熱值燃氣的熱值調(diào)整：高熱值燃氣通入高熱值燃氣處理系統(tǒng)中，經(jīng)過加熱前分流系統(tǒng)a、加熱器a6和加熱后分流系統(tǒng)a形成壓力穩(wěn)定、溫度穩(wěn)定的燃氣，匯合至止回閥a18并通入到混合器19中；s2、低熱值燃氣的熱值調(diào)整：低熱值燃氣通入高熱值燃氣處理系統(tǒng)中，經(jīng)過加熱前分流系統(tǒng)b、加熱器b6和加熱后分流系統(tǒng)b形成壓力穩(wěn)定、溫度穩(wěn)定的燃氣，匯合至止回閥b18并通入到混合器19中；s3、華白指數(shù)的計算：利用流量計a3a/a3b、流量計b3a/b3b分別測量出高熱值燃氣、低熱值燃氣的流量和密度，在熱值儀a35a/a35b、熱值儀b35a/b35b中分別測量出高熱值燃氣、低熱值燃氣的熱值，通過通過plc或dcs的編程運算，分別計算出高、低熱值燃氣的華白指數(shù)a1、b1，在熱值儀20中測量出混合后的燃氣發(fā)動機燃料氣的熱值，計算出其華白指數(shù)w1；s4、華白指數(shù)的調(diào)整和修正：將華白指數(shù)w1與規(guī)定值進行對比，分別調(diào)整高、低熱值燃氣的流量，使得混合后的燃氣發(fā)動機燃料氣的華白指數(shù)在規(guī)定值的范圍之內(nèi)，對一個給定的燃氣發(fā)動機燃燒系統(tǒng)，在高、低熱值燃氣給定的條件下，采用修正華白指數(shù)mwi來衡量氣體燃料熱值的可變化范圍，修正華白指數(shù)mwi的計算式為：式中：lhv為燃料氣的低位熱值，單位：btu/scf(1mj/nm3＝26.83919btu/scf)；mwgas為燃料氣的相對分子質(zhì)量；28.96為空氣的相對分子質(zhì)量；tgas為燃料氣溫度，單位：蘭氏度°r，°r＝°f+459.67，°f為華氏度，°f＝32+℃×1.8；sg為燃料氣密度與空氣密度之比；調(diào)整高、低熱值燃氣的混合配比、壓力以及混合燃料氣的溫度、壓力均可實現(xiàn)對華白指數(shù)的調(diào)整和修正。更進一步地，作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，對于步驟s1和s2，高熱值燃氣、低熱值燃氣均為一股混合或多股混合；對于步驟s4，還包括發(fā)動機對混合燃料氣的溫度的反饋調(diào)節(jié)步驟：利用發(fā)動機的煙氣余熱對混合燃料氣的溫度進一步調(diào)整。下面，本發(fā)明以燃氣輪機發(fā)動機的燃料氣為例，進行本發(fā)明的具體實施例的詳細說明：進入本裝置的高、低熱值燃氣的壓力、溫度和組分見表1：表1高、低熱值燃氣的壓力、溫度和組分對于一個給定的燃氣發(fā)動機燃燒系統(tǒng)，一般采用修正華白指數(shù)(mwi)來衡量氣體燃料熱值的可變化范圍。對于低氮氧化合物的燃燒系統(tǒng)來說，一般要求燃料氣的mwi值在40～54之間的范圍內(nèi)。表1中的高、低熱值燃氣通過一系列處理系統(tǒng)后，由混合器19充分混合后供給燃氣輪機發(fā)動機的燃燒系統(tǒng)。進入燃燒系統(tǒng)的混合燃料氣的參數(shù)見表2：表2混合燃料氣的參數(shù)項目數(shù)值壓力、mpa4.0溫度、℃45(572.67°r)總流量、nm3/h50000在表2參數(shù)下，對于表1中的高、低熱值燃氣的混合比例不同時混合燃料氣的修正華白指數(shù)(mwi)，見表3：表3混合燃料氣的修正華白指數(shù)(mwi)從表3可以看出，對于定溫、定壓時，各配比下的修正華白指數(shù)(mwi)是變化的，因此通過加熱器a6/b6分別加熱高、低熱值燃氣使得混合后的燃料氣溫度可以改變，進入燃氣輪機燃燒系統(tǒng)前還可以用發(fā)動機煙氣余熱使得溫度進一步調(diào)整升高，溫度的改變將可以直接控制修正華白指數(shù)(mwi)的改變和穩(wěn)定，改變參數(shù)見表4：表4混合燃料氣溫度改變后的修正華白指數(shù)(mwi)由此可見，利用本發(fā)明能夠有效地對燃料氣的參數(shù)進行控制，使其滿足使用要求。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。而本領域人員所進行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應在本發(fā)明所附權利要求的保護范圍內(nèi)。當前第1頁12