一种调峰燃气轮机机组燃烧模拟试验装置的制作方法

1.本发明属于调峰燃气轮机机组技术领域，具体涉及一种调峰燃气轮机机组燃烧模拟试验装置。


背景技术：

2.与传统煤炭发电相比，燃气发电具有效率高、反应快速的优点。燃气轮机是燃气发电系统中的核心设备，以天然气为主要燃料带动燃气轮机发电设备运行，产生的电力供应用户的电力需求。燃气轮机机组，可以根据市场用电需求来调节生产情况，当市场用电需求大时，及时启动补充电力。
3.燃气轮机的燃烧效果直接影响发电效率。随着国家碳中和目标的提出，对燃烧要求越来越高。
4.现有关于燃气轮机的燃烧研究以调整燃烧天然气为主，针对氢混合燃料燃烧的试验系统较少，氢混合燃料燃烧研究存在空缺。同时，对于需要进行单独天然气燃烧试验、单独氢气燃烧试验和氢气天然气混合燃烧试验的试验装置，为保证试验结果可靠，需要在各类试验间对装置进行清洁，而现有技术中对如何清洁未见公开。此外，现有研究侧重于降低碳氧化物排放，而对于是否满足碳中和的排放要求，则很少涉及。


技术实现要素：

5.本发明针对当前燃气轮机机组燃烧模拟试验以燃烧天然气为主，而没有对氢气天然气混合燃烧进行试验的不足，提供一种调峰燃气轮机机组燃烧模拟试验装置，对氢和天然气燃料的燃烧进行全面的试验研究，以提高燃烧效率，降低nox排放，有利于碳中和目标的实现。
6.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种调峰燃气轮机机组燃烧模拟试验装置，所述调峰燃气轮机机组燃烧模拟试验装置包括：
7.空气系统，所述空气系统为试验提供空气；
8.燃气系统，所述燃气系统为试验提供天然气和氢气；
9.燃烧系统，所述燃烧系统用于天然气或氢气的单独燃烧以及天然气氢气混合燃烧，所述燃烧系统包括相连通的稳压罐和燃烧器；
10.烟气回收系统，所述烟气回收系统用于回收所述试验装置产生的烟气；
11.冲洗系统，所述冲洗系统用于冲洗所述燃烧器和所述烟气回收系统；
12.在进行单独天然气或氢气燃烧试验时，所述空气系统向所述燃烧器送入空气，所述燃气系统向所述稳压罐送入天然气或氢气；
13.在进行天然气和氢气混合燃烧试验时，所述空气系统向所述稳压罐送入空气，所述燃气系统向所述稳压罐送入混合的天然气和氢气。
14.本发明的调峰燃气轮机机组燃烧模拟试验装置，可以进行单独进行氢气燃烧试验、天然气燃烧试验，可以进行氢气、天然气不同比例混合燃烧试验，可以对烟气进行回收
处理，可以对系统进行清洗。
15.作为改进，所述空气系统包括：
16.压缩空气罐；
17.第一电加热器，用于加热所述压缩空气罐中的空气；
18.第一压缩机，与所述压缩空气罐连通；
19.第一空气电动阀，与所述第一压缩机连通，用于控制空气流量；以及空气管道，连通所述空气系统中各部件，包括
20.空气助燃管，连通所述第一空气电动阀和所述燃烧器；和
21.空气燃烧管，与所述空气助燃管并联，连通所述第一空气电动阀和所述燃烧器。
22.作为改进，所述空气系统还包括：
23.第一联通阀，设于所述空气助燃管上；
24.第一温度表，设于所述空气助燃管上；
25.第一空气流量控制阀，设于所述空气助燃管上；
26.第二联通阀，设于所述空气燃烧管上；
27.第二电加热器，用于继续加热所述空气燃烧管中的空气；
28.第二温度表，设于所述空气助燃管上；
29.旁通阀，连通所述空气助燃管和所述空气燃烧管；
30.第二空气流量控制阀，设于所述空气燃烧管上；
31.空气雾化喷嘴，设于所述空气燃烧管上。
32.作为改进，所述空气系统还包括辅气系统，所述辅气系统包括：
33.辅助空气管；以及通过所述辅助空气管相连的
34.过滤网；
35.第二压缩机；
36.第一电动阀；
37.流量控制器；
38.第三温度表；
39.第一减压阀；
40.第三电加热器；
41.第三空气流量控制阀；
42.第四空气流量控制阀；
43.其中，所述辅助空气管通过并联的两根辅气管分别与所述稳压罐和所述燃烧器相连通；所述第三空气流量控制阀和第四空气流量控制阀分别设于两根所述辅气管上。
44.作为改进，所述燃气系统包括天然气送气管路和氢气送气管路，所述天然气送气管路和所述氢气送气管路至少部分重合，所述燃气系统分别连通至所述稳压罐和所述燃烧器。
45.作为改进，所述燃气系统包括：
46.燃气管道；
47.氢气手动阀，设于所述燃气管道上；
48.氢气罐，与所述氢气手动阀相连；
49.天然气手动阀，设于所述燃气管道上；
50.天然气罐，与所述天然气手动阀相连；以及依次设于所述所述燃气管道上的
51.第二电动阀；
52.燃气流量控制阀；
53.燃气止回阀；
54.第二减压阀；
55.压力表；
56.热交换器；
57.泄压阀；
58.其中，所述热交换器与所述空气系统相接，所述泄压阀设于所述燃气系统的端部。
59.作为改进，所述燃气管道包括共用管路、与所述稳压罐相连通的第一燃气管、与所述燃烧器相连通的第二燃气管，所述第一燃气管上设有第一燃气蝶阀，所述第二燃气管上设有第二燃气蝶阀。
60.作为改进，所述燃气系统还包括：
61.汽液分离器，设于所述天然气送气管路和氢气送气管路上；
62.液体电磁阀，与所述汽液分离器相连；
63.燃气回收罐，与所述液体电磁阀相连。
64.作为改进，所述燃烧系统还包括：
65.混合气体管，连通所述稳压罐和所述燃烧器；
66.混合气体流量控制阀，设于所述混合气体管上；
67.燃气雾化喷嘴，设于所述混合气体管上。
68.作为改进，所述烟气回收系统包括：
69.烟气回收罐；
70.烟气回收管，连通所述烟气回收罐和所述燃烧器；
71.球阀，设于所述烟气回收管上；
72.烟气流量阀；
73.混合罐；
74.烟气分析仪；
75.烟气处理箱；
76.消音器；
77.回收管道，连通所述燃烧器和所述混合罐；
78.疏水阀，设于所述回收管道上。
79.作为改进，所述冲洗系统包括：
80.水箱；
81.第一水管，连通所述水箱和所述燃烧器；
82.第一水量调节阀，设于所述第一水管上；
83.第二水管，连通所述水箱和所述烟气回收罐；
84.第二水量调节阀，设于所述第二水管上。
85.本发明的调峰燃气轮机机组燃烧模拟试验装置的有益效果是：可以进行单独进行
氢气燃烧试验、天然气燃烧试验，可以进行氢气、天然气不同比例混合燃烧试验，可以对烟气进行回收处理，可以对系统进行清洗；该试验系统针对现有的燃气轮机进行燃烧模拟试验，弥补了氢燃烧以及氢混合燃烧方向的空缺，可以对燃烧效率，燃烧温度进行分析；该试验系统还可以对燃烧过程中加入空气进行研究，弥补了燃烧方面的空白；该系统可以对烟气进行回收处理，保证环境整洁；可以对系统进行清洗，保证系统重复使用；该系统针对现有碳中和背景下燃气轮机燃氢进行研究，具有创新性，可降低碳排放，实现碳中和。
附图说明
86.图1是本发明实施例一的调峰燃气轮机机组燃烧模拟试验装置的结构框图。
87.图中，0、氢气罐；0-1、氢气手动阀；1、天然气罐；2、天然气手动阀；3、泄压阀；4、燃气管道；5、第二电动阀；6、气液分离器；7、液体电磁阀；8、燃气回收罐；9、热交换器；10、燃气流量控制阀；11、燃气止回阀；12、第二减压阀；13、压力表；14、第一燃气管；15、第一燃气蝶阀；16第二燃气管；17、第二燃气蝶阀；18、水箱；19、烟气分析仪；20、烟气处理箱；21、消音器；22、第二水管；23、第二水量调节阀；24、烟气流量阀；25、第一水管；26、疏水阀；27、第一水量调节阀；28、压缩空气罐；29、第一电加热器；30、空气管道；31、第一压缩机；32、第一空气电动阀；33、第一联通阀；34、第二联通阀；35、第三电加热器；36、第三空气流量控制阀；37、第四空气流量控制阀；38、第二温度表；39、第一温度表；40、空气助燃管；41、第二电加热器；42、空气燃烧管；43稳压罐；44、混合气体流量控制阀；45、燃气雾化喷嘴；46、烟气回收罐；47、回收管道；48、第二空气流量控制阀、49、空气雾化喷嘴；50、第一空气流量控制阀；51、燃烧器；52、烟气球阀；53、过滤网；54、辅助空气管；55、压缩机；56、混合罐；57、第一电动阀；58、流量控制器；59、第三温度表；60、第一减压阀。
具体实施方式
88.下面结合本发明创造实施例的附图，对本发明创造实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明创造的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，都属于本发明创造的保护范围。
89.参见图1，本发明的一种调峰燃气轮机机组燃烧模拟试验装置，所述调峰燃气轮机机组燃烧模拟试验装置包括：
90.空气系统，所述空气系统为试验提供空气；
91.燃气系统，所述燃气系统为试验提供天然气和氢气；
92.燃烧系统，所述燃烧系统用于天然气或氢气的单独燃烧以及天然气氢气混合燃烧，所述燃烧系统包括相连通的稳压罐和燃烧器；
93.烟气回收系统，所述烟气回收系统用于回收所述试验装置产生的烟气；
94.冲洗系统，所述冲洗系统用于冲洗所述燃烧器和所述烟气回收系统；
95.在进行单独天然气或氢气燃烧试验时，所述空气系统向所述燃烧器送入空气，所述燃气系统向所述稳压罐送入天然气或氢气；
96.在进行天然气和氢气混合燃烧试验时，所述空气系统向所述稳压罐送入空气，所述燃气系统向所述稳压罐送入混合的天然气和氢气。
97.本发明的调峰燃气轮机机组燃烧模拟试验装置，可以进行单独进行氢气燃烧试验、天然气燃烧试验，可以进行氢气、天然气不同比例混合燃烧试验，可以对烟气进行回收处理，可以对系统进行清洗。
98.实施例一
99.参见图1，本发明实施例一的一种调峰燃气轮机机组燃烧模拟试验装置，所述调峰燃气轮机机组燃烧模拟试验装置包括：
100.空气系统，所述空气系统为试验提供空气；
101.燃气系统，所述燃气系统为试验提供天然气和氢气；
102.燃烧系统，所述燃烧系统用于天然气或氢气的单独燃烧以及天然气氢气混合燃烧，所述燃烧系统包括相连通的稳压罐43和燃烧器51；
103.烟气回收系统，所述烟气回收系统用于回收所述试验装置产生的烟气；
104.冲洗系统，所述冲洗系统用于冲洗所述燃烧器51和所述烟气回收系统；
105.在进行单独天然气或氢气燃烧试验时，所述空气系统向所述燃烧器51送入空气，所述燃气系统向所述稳压罐43送入天然气或氢气；
106.在进行天然气和氢气混合燃烧试验时，所述空气系统向所述稳压罐43送入空气，所述燃气系统向所述稳压罐43送入混合的天然气和氢气。
107.本实施例中，所述空气系统包括：
108.压缩空气罐28；
109.第一电加热器29，用于加热所述压缩空气罐28中的空气；
110.第一压缩机5531，与所述压缩空气罐28连通；
111.第一空气电动阀32，与所述第一压缩机5531连通，用于控制空气流量；以及空气管道30，连通所述空气系统中各部件，包括
112.空气助燃管40，连通所述第一空气电动阀32和所述燃烧器51；和
113.空气燃烧管42，与所述空气助燃管40并联，连通所述第一空气电动阀32和所述燃烧器51。
114.本实施例中，所述空气系统还包括：
115.第一联通阀33，设于所述空气助燃管40上；
116.第一温度表39，设于所述空气助燃管40上；
117.第一空气流量控制阀50，设于所述空气助燃管40上；
118.第二联通阀34，设于所述空气燃烧管42上；
119.第二电加热器41，用于继续加热所述空气燃烧管42中的空气；
120.第二温度表38，设于所述空气助燃管40上；
121.旁通阀，连通所述空气助燃管40和所述空气燃烧管42；
122.第二空气流量控制阀48，设于所述空气燃烧管42上；
123.空气雾化喷嘴49，设于所述空气燃烧管42上。
124.本实施例中，所述空气系统还包括辅气系统，所述辅气系统包括：
125.辅助空气管54；以及通过所述辅助空气管54相连的
126.过滤网53；
127.第二压缩机55；
128.第一电动阀57；
129.流量控制器58；
130.第三温度表59；
131.第一减压阀60；
132.第三电加热器35；
133.第三空气流量控制阀36；
134.第四空气流量控制阀37；
135.其中，所述辅助空气管54通过并联的两根辅气管分别与所述稳压罐43和所述燃烧器51相连通；所述第三空气流量控制阀36和第四空气流量控制阀37分别设于两根所述辅气管上。
136.本实施例中，所述燃气系统包括天然气送气管路和氢气送气管路，所述天然气送气管路和所述氢气送气管路至少部分重合，所述燃气系统分别连通至所述稳压罐43和所述燃烧器51。
137.本实施例中，所述燃气系统包括：
138.燃气管道4；
139.氢气手动阀0-1，设于所述燃气管道4上；
140.氢气罐0，与所述氢气手动阀0-1相连；
141.天然气手动阀2，设于所述燃气管道4上；
142.天然气罐1，与所述天然气手动阀2相连；以及依次设于所述所述燃气管道4上的第二电动阀5；
143.燃气流量控制阀10；
144.燃气止回阀11；
145.第二减压阀12；
146.压力表13；
147.热交换器9；
148.泄压阀3；
149.其中，所述热交换器9与所述空气系统相接，所述泄压阀3设于所述燃气系统的端部。
150.本实施例中，所述燃气管道4包括共用管路、与所述稳压罐43相连通的第一燃气管14、与所述燃烧器51相连通的第二燃气管16，所述第一燃气管14上设有第一燃气蝶阀15，所述第二燃气管16上设有第二燃气蝶阀17。
151.本实施例中，所述燃气系统还包括：
152.汽液分离器，设于所述天然气送气管路和氢气送气管路上；
153.液体电磁阀7，与所述汽液分离器相连；
154.燃气回收罐8，与所述液体电磁阀7相连。
155.本实施例中，所述燃烧系统还包括：
156.混合气体管，连通所述稳压罐43和所述燃烧器51；
157.混合气体流量控制阀44，设于所述混合气体管上；
158.燃气雾化喷嘴45，设于所述混合气体管上。
159.本实施例中，所述烟气回收系统包括：
160.烟气回收罐46；
161.烟气回收管，连通所述烟气回收罐46和所述燃烧器51；
162.球阀，设于所述烟气回收管上；
163.烟气流量阀24；
164.混合罐56；
165.烟气分析仪19；
166.烟气处理箱20；
167.消音器21；
168.回收管道47，连通所述燃烧器51和所述混合罐56；
169.疏水阀26，设于所述回收管道47上。
170.本实施例中，所述冲洗系统包括：
171.水箱18；
172.第一水管25，连通所述水箱18和所述燃烧器51；
173.第一水量调节阀27，设于所述第一水管25上；
174.第二水管22，连通所述水箱18和所述烟气回收罐46；
175.第二水量调节阀23，设于所述第二水管22上。
176.进行扩散燃烧试验，即空气与燃料边混合边燃烧的试验，主要分为氢气扩散燃烧试验和天然气扩散燃烧试验。
177.本发明实施例一进行氢气燃烧试验的工作过程是：打开氢气手动阀0-1，打开第二电动阀5，氢气罐0中的氢气流经管道，经过气液分离器6后，液体流经液体电磁阀7进入燃气回收罐8进行回收，氢气进入热交换器9进行换热，通过燃气流量控制阀10控制流量，燃气止回阀11可以控制流量单方向流出，第二减压阀12可以进行减压，打开第一燃气蝶阀15进入燃气稳压罐43进行稳压，当压力稳定后，打开混合气体流量控制阀44、燃气雾化喷嘴45进行雾化，雾化后的氢气进入燃烧器51中，同时，第一电加热器29加热后的空气经空气管道30、第一压缩机31、第一空气电动阀32、第二联通阀34、空气燃烧管、第二温度表38、第二空气流量控制阀48、空气雾化喷嘴49后进入燃烧器51中，就可进行氢气燃烧试验。在试验过程中，可以打开第二燃气蝶阀17进行燃气补充试验。在试验过程中，可以打开第一空气流量控制阀50，进行空气补充试验。
178.本发明实施例一进行天然气燃烧试验的工作过程是：打开天然气手动阀2，打开第二电动阀5，天然气罐1中的天然气流经管道，经过气液分离器6后，液体流经液体电磁阀7进入燃气回收罐8进行回收，天然气进入热交换器9进行换热，通过燃气流量控制阀10控制流量，燃气止回阀11可以控制流量单方向流出，第二减压阀12可以进行减压，打开第一燃气蝶阀15进入燃气稳压罐43进行稳压，当压力稳定后，打开混合气体流量控制阀44、燃气雾化喷嘴进行雾化，雾化后的氢气进入燃烧器51中，同时，第一电加热器29加热后的空气经空气管道30、第一压缩机31、第一空气电动阀32、第二联通阀34、空气燃烧管、第二温度表38、第二空气流量控制阀48、空气雾化喷嘴49后进入燃烧器51中，就可进行天然气燃烧试验。在试验过程中，可以打开第二燃气蝶阀17进行燃气补充试验。在试验过程中，可以打开第一空气流量控制阀50，进行空气补充试验。
179.进行预混燃烧试验，即空气与燃料边混合边燃烧的混合燃烧试验。
180.本发明实施例一进行混合燃烧试验的工作过程是：打开氢气手动阀0-1和天然气手动阀2，调节氢气和天然气的混合比例，打开第二电动阀5，混合后的燃气经过气液分离器6后，液体流经液体电磁阀7进入燃气回收罐8进行回收，混合燃气进入热交换器9进行换热，通过燃气流量控制阀10控制流量，燃气止回阀12可以控制流量单方向流出，第二减压阀12可以进行减压，打开第一燃气蝶阀15进入稳压罐43进行稳压，打开第二压缩机55，第二压缩机55抽取空气，空气首先经过过滤网53过滤杂质，然后流经第一电动阀57，通过流量控制器58控制流量，通过电加热器加热后经第三空气流量控制阀36进入稳压罐43，空气和混合燃气在稳压罐43中稳压后，打开混合气体流量控制阀44、燃气雾化喷嘴进行雾化，就可进行混合燃烧试验。在试验过程中，可以打开第四空气流量控制阀37，进行空气补充试验。
181.由于预混燃烧容易出现回火，且燃烧温度高。在试验过程中，可以打开第四空气流量控制阀37进行燃烧器51中部补充空气试验，可以打开第一空气流量控制阀50进行燃烧器51尾部补充空气试验。
182.在进行氢气或天然单独预混燃烧试验时，可以只供应其中一种燃气。
183.本发明实施例一进行烟气回收的工作过程是：燃烧过程中，打开烟气球阀52，烟气进入烟气回收罐46，打开烟气流量阀24，调节烟气量，烟气进入混合罐56后，再流经烟气分析仪19进行不同燃烧试验的燃烧效果分析，烟气经过烟气处理箱20处理后，经消音器21消音排出。烟气分析仪19可以对碳排放进行计算。试验结束后，关闭氢气手动阀0-1和天然气手动阀2，空气继续进行吹扫(此时不对空气进行加热)，将剩余烟气吹进烟气回收罐46，将剩余烟气排出。继续吹扫空气(此时不对空气进行加热)，对燃烧器51和烟气回收罐46进行空气冷却。
184.本发明实施例一进行冲洗的工作过程是：空气吹扫完毕后，打开第一水量调节阀27和第二水量调节阀23，水进入燃烧器51和烟气回收罐46，将燃烧产生的杂质进行冲洗，水分两路，燃烧器51中的水经疏水阀26进入混合罐56，烟气回收罐46的水流经烟气流量阀24进入混合罐56。
185.本发明实施例一的调峰燃气轮机机组燃烧模拟试验装置的有益效果是：可以进行单独进行氢气燃烧试验、天然气燃烧试验，可以进行氢气、天然气不同比例混合燃烧试验，弥补了氢燃烧以及氢混合燃烧方向的空缺，可以对燃烧效率、燃烧温度进行分析；该试验系统还可以对燃烧过程中加入空气进行研究，弥补了燃烧方面的空白；该系统可以对烟气进行回收处理，保证环境整洁；可以对系统进行清洗，保证系统重复使用；该系统针对现有碳中和背景下燃气轮机燃氢进行研究，具有创新性，可降低碳排放，实现碳中和。
186.以上所述，仅为本发明创造的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明创造包括但不限于上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明创造的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。