燃气热值

燃气热值（共3篇）

燃气热值 篇1

0引言

发电用重型燃气轮机热效率高、体积小、运行成本低、寿命周期长、启动迅速、调峰能力强、二氧化硫排放和氮氧化物的排放量都非常低,耗水只有常规电站的讓讈左右,是一种洁净的发电技术。但是由于我国煤储量丰富,石油和天然气储量贫乏,所以采用以天然气和石油为燃料的普通燃机燃料成本过高,因此在我国急需推广一种中低热值燃料重型燃机。

中低热值燃料燃机就是将煤气化之后的合成气作为重型燃机的燃料,其结构和常规天然气燃机相同。天然气的平均发热量一般为38.46 MJ/Nm3,合成气的热值仅为10MJ/Nm3,相比天然气来说热值低很多,所以我们称这种通过气化炉将煤气化之后的合成气为中低热值燃料,以此为燃料的重型燃机为中低热值燃料燃机。中低热值燃料燃机和汽机以及煤的气化与净化部分组成的联合循环叫做整体煤气化联合循环,即IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle)。目前IGCC发电的净效率可达43%~45%,这种型式适用于我国的能源结构,利于环境保护,具有良好的发展形势,在本文中,我们将对中低热值燃料重型燃机的总体性能进行预测评估。

1中低热值燃料燃机的性能计算

燃气轮机由于结构复杂,新机型往往是以已成熟的某机型作为原型机,在原型机基础上进行开发。本项目选用某成熟的F级重型燃机为原型机,原型机燃用天然气,对透平和压气机的流量参数进行匹配,中低热值燃料燃机的一个突出特点就是采用小压气机大透平。压气机流量适当减小,而透平通流面积适当增加;结构与原型机相同,仍采用18级高效压气机、适用性广泛的多喷嘴低排放燃烧室、三级透平。高温部位的冷却结构沿用原型机的型式,第一级静叶由压气机排气经过内部通道冷却,第一、二级动叶由压气机次末级排气经内部通道冷却,第二级静叶和第三级静叶分别由压气机第13级和第9级排气经外部通道冷却,总的冷却量与原型机比例相当。

按照结构要求建立燃机的总体性能计算模型,本计算采用某气流床气化合成气为燃料,经过净化以后的合成气通过氮气稀释至6 MJ/Nm3,稀释以后的燃料压力为3.5MPa,温度15℃。设计工况下的性能计算结果如表1所示。

由于加工工艺和材料特性受限,高温部件的温度都比原型机偏低;燃料的热值仅为原型机的讗讈左右,所以燃料流量远高于原型机;但由于透平的大流量,由表1可知,总出力达到298 MW,出力比原型机提高了16.8%,达到了300 MW等级。

2中低热值燃料的变工况性能

燃气轮机是联合循环电站最主要的部件之一,它本身的性能直接关系到整厂的发电经济性。实际运行中由于受到各种因素的影响,例如大气温度、压力、湿度的变化、负荷的变化等,燃气轮机并不会总是工作在设计工况下,因此评价一台燃气轮机的性能优劣不能仅仅计算设计工况下的参数指标,还需要关注它在变工况下主要参数的变化情况,如单机功率、单机效率、燃料消耗量等。

为了准确分析燃气轮机的变工况性能,就必须知道压气机、燃烧室和透平的特性,并在各个部件变工况特性的基础上,计算出燃气轮机总体变工况时的参数。对于新机型来说,没有可靠的运行参数和试验参数作为参考,变工况参数只能通过对机组的变工况计算才能得到,所以变工况计算是分析燃气轮机变工况性能的重要依据。本节中主要讨论的是机组的平衡工况,即稳态工况。

本节的计算中压气机的变工况特性在原型机基础上修正,结果如图1所示为不同转速下压气机的压比和流量的变化趋势。燃烧室和透平的变工况特性采用经验公式法计算。燃气轮机在不同负荷下的变工况曲线如图2所示。由图2可知随着负荷的降低,热耗率逐渐上升,效率降低;燃机的排气温度上升。

3中低热值燃料的瞬态性能

在燃气轮机启动和停机的时候,机组并不是平衡状态,而是处于一个动态变化的瞬态过程,通过对原型机相关参数的总结,得到中低热值燃机的启动参数如表2所示。

4结论

中低热值燃料燃机组成的IGCC由于其高效、环保,具有巨大的市场前景。本文分析了300 MW等级的中低热值燃料燃机的设计工况总体性能参数,基于原型机的公开参数通过计算预测机组的变工况性能和瞬态性能,对新机型的进一步详细设计和研究具有指导意义。

参考文献

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燃气热值 篇2

1实验物料及实验装置

该试验中, 所用的实验物料为常见的稻壳, 稻壳的物理特性见表1, 稻壳灰成分分析见表2。实验装置为循环流化床实验装置, 系统简图见图1。该流化床气化装置高为3000m, 气化炉炉体直径为200mm。

该实验以河沙为床料, 以天然气为加热热源, 首先对床料进行加热, 床料加热到400℃以上时, 向炉内加入原料稻壳。随着炉内温度逐渐上升, 当炉内各温度测点温度稳定时, 逐渐调整燃料与空气的比例将气化炉由燃烧状态向气化状态切换。适当调整空气和燃料的比例, 依次对稻壳在600~700℃、700~800℃、800~900℃、900~1000℃的温度范围内进行气化实验。

当炉内气化温度为800~900℃时, 燃气热值为1050~1100kcal, 燃气热值有所提高。当炉内气化温度为900~1000℃时, 由于距离稻壳的变形温度较近, 实验过程中发生床料板结及结渣现象。不同气化温度下燃气热值及燃气组分见表3。

1-风室;2-布风装置;3-进料斗;4-气化炉炉体;5-旋风除尘器;6-返料装置;7-风机;

由表3对比气化炉内不同的气化温度下的气化效果, 可以看出稻壳的气化温度对燃气品质有呈现出的关系为正相关性, 燃气热值随着炉内气化温度的升高而逐渐升高, 即温度越高, 稻壳的气化效果也就越好。

2结语

该文对稻壳在循环流化床中不同的气化温度下进行气化实验, 通过实验可以得出以下结论。

(1) 气化温度为600~700℃时, 燃气的热值较低, 同时炉内物料的料层阻力不断增加, 排灰中含有大量的残炭, 此温度范围内不利于物料进行气化。

(2) 气化温度为700~800℃、800~900℃时, 炉内存在的残炭比较少, 同时燃气中的焦油得以进行分解, 燃气的品质得到提高, 气化温度为800~900℃时所得到的燃气的品质要优于气化温度为700~800℃时燃气的品质。

(3) 气化温度为900~1000℃时, 在气化过程中由于气化温度接近于稻壳的变形温度, 炉内物料流化过程中会产生局部温度过高的现象, 这使得炉内物料发生板结而导致结渣, 此温度范围不利于气化。

参考文献

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燃气热值 篇3

池炉在超白玻璃制造中具有特殊作用,其控制精度和节能要求是很高的。炉内温度波动要求小于1℃,炉内液面波动不高于0.1mm,池炉燃烧热效率要求在80%以上。要保证超白玻璃的质量和池炉热效率要求,就要对玻璃炉窑的加热过程进行精确的控制,因此要求作为炉窑燃料的燃气的热值应当控制在34.3～ 34.9MJ/m3[1]。气田开采出的天然气热值波动范围仍然比较大,例如中原油田天然气的热值在34.6～ 43.7MJ/m3。燃气热值的变化和波动对玻璃炉窑的加热过程的精确控制产生了极大的影响,必须对燃气热值加以控制。

本文设计了燃气热值在线测定装置,并以其作为反馈信号,采用在原燃气中掺混空气的办法调整燃气热值,构成了一套燃气热值闭环控制系统。系统采用前馈-双闭环控制方式使燃气热值得到很好的控制,玻璃炉窑的加热过程获得了满意的控制精度[1,2]。

1 超白玻璃池炉用燃气热值调整系统组成

采用在原燃气中掺混空气的办法来对原燃气热值进行调整,使得燃气热值满足池炉工艺的要求。由于调整热值依靠的是向原燃气中掺入空气的数量,因此系统中被控对象是空气。热值反馈系统的热值控制调节系统原理框图如图1所示。

图1中Qa为前馈量,由原燃气的流量以及调整前后燃气的热值计算,计算式如下[3]:

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式中:Qa—必要空气流量,m3/s;

Q0—原燃气流量,m3/s;

H0—原燃气热值,MJ/m3;

H1—调整后的燃气热值,MJ/m3。

控制系统由内、外两个闭环调整环节组成。内部调整环节以实测的调整空气流量与前馈空气流量之差为反馈量,由控制器PID2完成对调整空气量的控制;外部环节则以调整后的混合气体的热值与目标燃气热值之差为反馈量,由控制器PID1完成对前馈空气量的在线调整。内、外两个环节配合可以补偿各种调节装置的误差。再加上合理的前馈环节,系统具有了良好的稳态和瞬态控制精度[4,5,6]。

2 燃气热值测量装置

2.1 燃气热值测定方法选择

燃气主要用于燃烧供热,在图1所示的控制系统中,热值是最终的控制目标,因而热值是一项重要的质量指标,各种检测燃气热值的方法的选用就成为一个值得重视的技术内容。目前国内外测定燃气热值所采用的方法大致有3种[4]:

(1)水流式热值测量法。其原理是以水流的吸热温差值、水量和燃气量关系来测算燃气热值。该方法可以用于测定复杂成分的燃气,且精度较高,通常用于燃气热值的质检。

(2)用燃气组成分析的方法计算燃气热值。该方法主要用于燃气质检,要求具备两个条件:一是燃气中可燃组分含量高,另一是分析燃气组成的测试方法应能达到全分离性能和高检测性能的技术要求。该方法也可用于燃气热值的质检。

(3)空气流式热值测量法。该方法是以空气流吸热前后的温差值、空气流量和燃气流量来测算燃气热值。优点是可以自动连续记录,当其结构中考虑到燃气比重参数时,就可以作为华白指数(Wobbe index)调控计,应用于大中型燃气供热窑炉的热负荷调控,作为燃气热值质控手段。

综合考虑测量精度、响应性和经济性等方面,按照空气流式热值测量法设计了燃气流量测量装置。

2.2 燃气热值测量装置结构组成

空气流式燃气热值测量装置原理图如图2所示[7]。

为实现快速而准确的热值测定,在空气流式燃气热值测量装置中采用了复合运算器。其他各检测单元的检测信号输送到复合运算器,由复合运算器按预定的程序进行演算,最终输出热值数据。

燃气和空气分别经过调压输送到一个燃烧器中。燃气在燃烧器中燃烧放热给空气流加热。在燃烧器的入口和出口各设置一个热电偶用于测量空气流吸热前后的温度差。经调压后的空气在燃烧器内分为三路,其中一、二次空气为助燃空气,保证样气完全燃烧。燃气气样另有一路输送到密度计。

流量测量采用孔板式流量计。测量燃气、空气流量的孔板式流量计的压差信号,燃烧器冷热端热电偶信号,以及燃气密度信号,分别输入到复合运算器中进行计算,最后输出热值信号。整个过程自动进行,实现了热值的连续测量。同时还可以连续自动显示热值数据。

在燃烧器内还设计了燃气关断电磁阀,当燃烧器内火头熄灭时,电磁阀自动关闭,切断燃气气路,从而提高了系统的安全性。

2.3 热值反馈信号计算

燃气气样的燃烧采用了大气式燃烧方式。一、二次空气为助燃空气,保证了完全燃烧;三次空气量较大,与燃烧后的烟气混合后,混合气体温度由空气的初始温度TL上升到TH。该温度上升值ΔT由设于燃烧器前、后冷端和热端热电偶测出[4,5],即:

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式中:k—比例常数;

cp—混合气体定压比热容,kJ/kg;

Qg—试样燃气流量,m3/s;

Qs—燃烧稀释后的混合气流量,m3/s;

W—燃气的华白指数,kJ/m3。

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式中:Hg—燃气低热值,kJ/m3;

S—燃气的相对比重。

供给燃烧器的空气量为试样燃气供给量的50～200倍。因此cp按空气的定压比热cpa计算已足够精确,cp≈cpa。燃烧稀释后的混合气体流量Qs近似为Qg与空气流量Qa之和,即:

Qs≈Qg+Qa=Qa(1+g)

式中:g=Qg/Qa,远小于1。

从而,式(2)变为:

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其中:

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通过对孔板建立伯努力方程和流体流动连续性方程,可推导出孔板流量方程式:

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式中:ε—流体膨胀的校正系数,对可压缩流体ε<1;

α—流量系数,由实验确定;

m—孔板开孔面积与管道内截面积之比;

D—管道内径,mm;

Δp—孔板前后差压,Pa;

γ—工作状态下被测流体的重度,kg/m3。

由式(5)可知:

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这样,式(4)可改写为:

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因此可推导出用可测量参数表达的W计算公式为:

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所以由式(3)、式(6)得:

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式(7)即为用可测量参数表达的燃气低热值计算公式。式中,ΔT由燃烧器前后的热电偶测出,S由密度计测定值乘以空气密度得出,Δpa由空气差压孔板测出,Δpg由燃气差压孔板测出。依据各可测量参数即可计算出燃气低热值数据[7,8]。

为提高测定精度,以及便于用复合运算器运算,应保证供给燃烧器的空气、燃气流量保持恒定。为此,在空气、燃气管线上设置了减压阀,保持阀后压力稳定,并设定孔板标准差压为490Pa。但是,由于外界干扰,孔板差压常会出现小幅度波动。为提高测定精度,热值测量仍将实际差压值由差压变送器输入到复合运算器,对差压的小幅波动进行修正。

设用基准差压490Pa测定时的热值信号为E0,空气、燃气差压分别为Δpa0、Δpg0。基准差压波动时,将此时的热值信号E乘以一个修正系数undefined,即可修正为标准差压时的热值。

此外,为提高测定精度,除采用了上面所说的燃气和空气调压及差压修正措施外,还采用了燃气、空气预热,在孔板装置外加恒温槽以维持孔板恒温等措施,从而保证了测定精度。

3 试验结果分析

图3所示为实测的调整前后天然气的热值曲线。测量时间为160min。图3中上面的曲线是进站天然气热值曲线,下面曲线为同一时间的调整后天然气热值曲线。由图3可以看出,天然气热值进站时的波动范围为40.9～42.2MJ/m3;调整后的热值范围为34.5～34.7MJ/m3,天然气热值波动范围大幅度减小,燃气品质获得极大提高[3]。

图4所示为天然气需求量突然增加时引起的调整后的天然气热值的变化曲线。从曲线可以看出大约经6s后热值恢复到原来的范围内。可见由于采用了前馈环节和双闭环的控制方案,系统具有很高的瞬态响应性,能够保证在天然气负荷突然变化时天然气热值很快达到规定的范围之内。

4 结论

热值反馈调节系统应用于超白玻璃池炉燃气热值调整过程控制,其高精度、快速响应的特性,结合合理的前馈-反馈控制、串级控制策略,精度达到了1.0%,重复性为0.3%,响应时间为6s,有效地保证了控制品质。调整后的燃气热值达到了34.5～34.7MJ/m3,燃烧效率达到了81.4%,满足了超白玻璃生产对玻璃熔制的要求。

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