一种电站用燃气掺混系统的制作方法

本实用新型涉及一种燃气掺混系统，特别涉及一种天然气与合成气掺混系统。

背景技术：

燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械。因此，燃气轮机对气体燃料的压力，温度，热值等波动要求高。

近些年，单一工质的天然气调压装置用于燃气轮机发电已被广泛成熟的应用于国内外大型电厂。而另一方面，单一工质的天然气造价高，往往造成企业的成本提高，经济利益减少。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，提高企业经济利益，降低成本，本实用新型目的在于如何将石油化工炼化工厂的低热值、低成本合成气最大限度的掺混至天然气中，减少高热值、高成本天然气燃料的消耗的系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种电站用燃气掺混系统，包括天然气过滤加热计量流量控制支路、控制系统，还包括合成气过滤计量流量控制支路、混合气掺混稳压路；

所述合成气过滤计量流量控制支路包括合成气紧急关断阀，合成气过滤器，合成气稳压阀，合成气在线色谱仪，合成气流量计，合成气流量控制阀，所述合成气紧急关断阀一端通过输气管道与合成气过滤器一端连接，合成气过滤器另一端通过输气管道与合成气稳压阀一端连接，合成气稳压阀另一端通过输气管道与合成气在线色谱仪一端连接，合成气在线色谱仪另一端通过输气管道与合成气流量计一端连接，合成气流量计另一端通过输气管道与合成气流量控制阀一端连接，合成气流量控制阀另一端通过输气管道连接至混合气静态混合器；

所述混合气掺混稳压路包括混合气静态混合器，混合气缓冲罐，混合气快速热值仪，混合气稳压阀和混合气紧急关断阀，所述混合气静态混合器一端通过输气管道分别与天然气流量控制阀、合成气流量控制阀连接，混合气静态混合器另一端通过输气管道与混合气缓冲罐连接，混合气缓冲罐另一端通过输气管道与混合气快速热值仪连接，混合气快速热值仪另一端通过输气管道与混合气稳压阀连接，混合气稳压阀另一端通过输气管道与混合气紧急关断阀一端连接，混合气紧急关断阀另一端与燃气轮机连接。

所述天然气过滤加热计量流量控制支路与合成气过滤计量流量控制支路并联后与混合气掺混稳压路、控制系统通过输气管道连接。

进一步地,所述燃气掺混为天然气与不同成分燃料气体均匀混合。

进一步地，所述天然气入口供气压力36-37barg，入口温度0-5℃,流量60000nm³/h，合成气入口供气压力：41-60barg，入口温度30-40℃,流量40000nm³/h。

进一步地，所述的一种电站用燃气掺混系统输出压力：31barg，波动变化速率dp/t≤0.2bar/s；

输出温度范围：24-29℃，波动变化速率dt/dt≤1k/s；

输出低华白指数(lwi)范围：31.6-49.0mj/nm3,波动变化速率dlwi/dt≤0.1％/s；

输出低热值范围:24.66-38.14mj/nm3，波动变化速率≤0.09％/s；

h2体积百分比≤21％；co体积百分比≤27％；

掺烧合成气燃机负荷限制：仅在60％-90％负荷范围内允许掺混，燃机启动和关闭期间，需用100％天然气；

掺混比例限制：天然气与合成气体积掺混比例≤1：1。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

将石油化工炼化工厂的低热值、低成本合成气加以利用燃烧发电，有利于降低天然气的使用成本，实现气体燃料发电行业的经济效益和社会效益的最大化，同时也让客户在使用过程中燃料的选择更加多样化。

在系统配置及控制上，实现多参数输出值在允许使用范围内且在允许波动速率范围内，可达到混合气混合充分、混合比例、温度、压力控制精确。

附图说明

图1表示一种电站用燃气掺混系统示意图。

其中图中:1、天然气过滤加热计量流量控制支路；101、天然气紧急关断阀；102、天然气过滤器；103、天然气加热器；104、天然气在线色谱仪；105、天然气流量计；106、天然气流量控制阀；2、合成气过滤计量流量控制支路；201、合成气紧急关断阀；202、合成气过滤器；203合成气稳压阀；204、合成气在线色谱仪；205、合成气流量计；206、合成气流量控制阀；3、混合气掺混稳压路；301、混合气静态混合器；302、混合气缓冲罐；303、混合气快速热值仪；304、混合气稳压阀；305、混合气紧急关断阀。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的实施方式。

本实用新型所使用的天然气过滤加热计量流量控制支路1包括天然气紧急关断阀101、天然气过滤器102、天然气加热器103、天然气在线色谱仪104、天然气流量计105、天然气流量控制阀106，所述天然气紧急关断阀101一端连接天然气源，一端与天然气过滤器102连接，天然气过滤器102另一端与天然气加热器103连接，天然气加热器103另一端与天然气在线色谱仪104连接，天然气在线色谱仪104另一端与天然气流量计105连接，天然气流量计105另一端与天然气流量控制阀106连接，天然气流量控制阀106与混合气静态混合器301连接。

本实用新型所述的天然气过滤加热计量流量控制支路1为常规天然气调压装置。

实施例1:优选地以对混合气气体燃料的压力，温度，热值等波动要求高的单台西门子sgt5-2000e燃气轮机为例。

混气装置各指标要求如下：

1、输出压力：31barg，波动变化速率dp/t≤0.2bar/s；

2、输出温度范围：24-29℃，波动变化速率dt/dt≤1k/s；

3、输出低华白指数(lwi)范围：31.6-49.0mj/nm³,波动变化速率dlwi/dt≤0.1％/s；

4、输出低热值范围:24.66-38.14mj/nm³，波动变化速率≤0.09％/s

5、h2和co体积百分比限制：分别不超过21％、27％；

6、掺烧合成气燃机负荷限制：仅在60％-90％负荷范围内允许掺混，燃机启动和关闭期间，需用100％天然气；

7、掺混比例限制：允许最大50％体积比例掺混(即合成气与天然气的最大掺混比例为1：1体积比)；混气燃料为(合成气vol.：天然气vol.≤1：1)；

8、已确定边界条件：天然气入口供气压力36-37barg，入口温度0-5℃,流量60000nm³/h，合成气入口供气压力：41-60barg，入口温度30-40℃,流量40000nm³/h。混合气出口压力31barg，出口温度24-29℃,流量77450nm³/h；

9.1天然气参考成分：

9.2合成气参考成分：

针对单台西门子sgt5-2000e燃气轮机的输气要求，对燃气掺混系统的工作过程进行说明：

(一)混合气气质除杂：

来自上游的天然气和合成气分别通过天然气过滤器102和合成气过滤器202除去气质中的颗粒和液滴，满足最终用户燃机轮机对混合气气质洁净程度的要求。

(二)混合气温度控制：

天然气经过分离过滤通过天然气加热器103加热天然气，使得天然气和合成气温度在掺混前尽量接近并维持在28-40℃之间，天然气入口温度30℃，合成气入口温度28℃。

(三)混合气压力控制：

合成气压力通过合成气稳压阀203稳压，使得合成气目标操作压力高于天然气压力，天然气压力34.5-36barg,合成气压力37.5barg。

理论上，天然气和合成气的压力越接近，热值控制越容易；天然气和合成气的压力相差越大，热值控制越困难。目前在天然气和合成气进入混合气静态混合器301和混合气缓冲罐302前，两种气体的操作压力已尽量接近，若混合气站设备调试阶段，需合成气压力更加接近天然气压力，可适当调低合成气稳压阀203的设定值。同时，混合气稳压阀304采用自力式机械结构，调压精度高、可靠性好、稳定性高,反应时间≤1秒,进一步将混合气调压、稳压，满足燃气轮机对混合气压力的波动要求。

(四)混合气低热值控制：

燃机启动和关闭期间，需用100％天然气，可在规定负荷范围内完成天然气与混合气切换。在天然气和合成气的配比组分保持长期稳定运行的前提下，通过天然气流量控制阀106维持通过天然气流量不变，缓慢调节合成气流量控制阀206。

1.结合天然气在线色谱仪104，合成气在线色谱仪204,天然气流量计105，混合气快速热值仪303等输入控制系统的数据，设定混合后的目标热值，并可以计算出理论所需合成气流量；

2.通过天然气流量计105和合成气流量计205的流量计信号，体积百分比，规定合成气流量控制阀206的开启速率，进入静态混合系统，混合气静态混合器301将使两种气体均匀混合，缓慢达到混合气目标热值；合成气流量控制阀206的开启速率可根据混合气系统的容积及合成气流量控制阀206的开度与通流流量的特性曲线理论计算出控制阀所需行程范围内的最小时间间隔。混合气缓冲罐302除了促进气体均匀混合的功能外，还可以适当扩充混合气系统的容积。

3.同时混合气快速热值仪303实测混合气出口热值，作为反馈信号，保护和限制合成气流量控制阀206的开度及速率，即根据理论合成气流量值与实测合成气流量值进行微调，进而满足燃机对热值速率及掺混比例的要求。混合气快速热值仪303可检测修正天然气流量控制阀106和合成气流量控制阀206开度的控制功能在控制系统中实现。

4.混合气快速热值仪303的反应速度将直接影响到热值的控制，反应速度越快，越及时对热值控制就越容易，混合气的热值精确度就越高，混合气快速热值仪303需具有优良的测量特性，如极短的响应时间和极高的测量精度。

同时，混合气快速热值仪303对混合气的安全范围进行监控报警，合成气流量控制阀206需具备快速关闭功能。结合燃气轮机负荷的变化情况，控制系统将开大、关小相应的调节阀，从而确保燃机的安全运行；

(五)掺混系统的自动隔断：

设置自动天然气紧急关断阀101，合成气紧急关断阀201，混合气紧急关断阀305用于系统安全可靠运行及燃气轮机运行模式需求。

上述对于天然气过滤加热计量流量控制支路1、合成气过滤计量流量控制支路2、混合气掺混稳压路3中的各模块设置数值范围均能够按照不同燃气轮机的输气要求设置。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。