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稳定热值的燃气输出系统

阅读：402发布：2020-05-08

专利汇可以提供稳定热值的燃气输出系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及燃气应用技术领域，尤其涉及一种稳定热值的燃气输出系统，包括燃气一调节阀、燃气一流量计、燃气二调节阀、燃气二流量计、热值仪和PLC，燃气一调节阀和燃气一流量计设于燃气一管路上，燃气二调节阀和燃气二流量计设于燃气二管路上，燃气一的热值高于燃气二，混合气管上设有热值仪，PLC根据测量值计算得出混合气中的燃气一与燃气二的流量比为K，与设定值比较后调节控制燃气一的流量，直到混合气热值与设定热值一致。与现有技术相比，本发明的优点是：对于天然气供应不足的地区或无天然气地区完全可以用液化气混空气做为替代能源代替天然气，可有效缓解天然气供应不足的局面，对降低工业企业的生产成本具有十分重大的意义。，下面是稳定热值的燃气输出系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.稳定热值的燃气输出系统，其特征在于，包括燃气一调节阀、燃气一流量计、燃气二调节阀、燃气二流量计、热值仪和PLC，所述燃气一调节阀和燃气一流量计设于燃气一管路上，所述燃气二调节阀和燃气二流量计设于燃气二管路上，所述燃气一的热值高于燃气二，燃气一管路和燃气二管路于A点合并成一根混合气管，所述混合气管上距A点20倍管径以外的位置处设有热值仪，所述热值仪对热值、华白指数和比重进行检测并输出给PLC，PLC根据测量值计算得出混合气中的燃气一与燃气二的流量比为K，与PLC内设定值比较后，PLC进一步调节控制燃气一的流量，直到混合气热值与设定热值一致；
其中燃气一的平均热值为Q1，流量为F1，燃气二的平均热值为Q2，流量为F2，混合气的热值为Q混，则燃气一与燃气二的流量比K=F1/F2，根据能量守恒定律得出以下（1）式：
KF2×Q1+F2×Q2=（F2+F1）×Q混（1）
把F1=KF2代入（1）式，则由（1）式计推导出：K=[Q混一Q2]/[Q1一Q混]，该比例K先在PLC中设定，则混合气输出热值就会稳定在该K值比例差范围内，热值仪的检测值可用来校核该比例值设定是否合理。
2.根据权利要求1所述的稳定热值的燃气输出系统，其特征在于，所述燃气一调节阀为气动调节阀或电动调节阀的任一种。
3.根据权利要求1所述的稳定热值的燃气输出系统，其特征在于，所述燃气二调节阀为电动调节阀。
4.根据权利要求1所述的稳定热值的燃气输出系统，其特征在于，所述燃气一为焦炉煤气、液化气或天然气中的任一种。
5.根据权利要求1所述的稳定热值的燃气输出系统，其特征在于，所述燃气二为高炉煤气、煤层气、水煤气或空气中的任一种。
6.根据权利要求1所述的稳定热值的燃气输出系统，其特征在于，所述混合气与民用燃气灶、钢厂加热炉、玻璃炉窑或陶瓷炉窑需求匹配。
7.根据权利要求6所述的稳定热值的燃气输出系统，其特征在于，所述玻璃炉窑或陶瓷炉窑的尾气烟囱中设有烟气分析仪，所述烟气分析仪将烟气中氧含量值向PLC传送，PLC根据烟气中氧含量值微调气态液化气流量，以使混合气热值达到工艺要求。

说明书全文

稳定热值的燃气输出系统

技术领域

[0001] 本发明涉及燃气应用技术领域，尤其涉及一种稳定热值的燃气输出系统。

背景技术

[0002] 现代工业炉窑中（如：冶金加热炉、玻璃工业加热炉、陶瓷工业加热炉）大多用燃气做为加热燃料，一个炉窑可能会使用许多燃烧器，每一个燃烧器出口都有燃气喷嘴，一般一种结构类型的燃气喷嘴需对应某一固定热值的燃气才能获得一种最佳燃烧比，达到控制燃烧效率，提高产品加热质量的目的。

[0003] 到目前为止，我国的天然气还远远不够居民日常生活使用。在冬季的晚饭用气高峰，过节时段等，天然气供气量远远不足，特别是在远离城市的边区以及有几百、几千住户的村庄，天然气根本供应不到，对于这种情况大部分城市煤气企业用液化气混空气（简称空混气），即把液化气气化后和空气按比例混合成接近天然气华白指数的空混气代替天然气。但由于不同来源或批次的液化气成分不同造成按固定比例混合的空混气热值不同，这些影响居的民用气质量及安全性。还有部分城市煤气企业用煤层气（如辽宁抚顺煤气公司产）混空气（也简称空混气）供居民使用，但煤层气的热值因甲烷含量不同波动较大，如按一个固定比值和空气混合成的空混气也影响居民用气质量及安全性。

[0004] 与民用不同，燃气的工业应用对经济性和安全性要求更高，某轧钢加热炉工艺中，要求用到2300kCal/Nm3热值的高炉煤气、焦炉煤气混合煤气（简称高、焦混合气），炼铁厂来的高炉煤气热值在718 837kCal/Nm3波动，而焦化厂出来的焦炉煤气热值波动在4000~ ~4500kCal/Nm3。目前的加热炉都是以固定比例混合的焦炉煤气和高炉煤气，然后再加固定量的空气助燃。当焦炉煤气波动大时，可能引起炉内高炉煤气和焦炉煤气混合气燃烧的实际空气过剩系数的波动，造成空燃比不合理。当空燃比小时，炉温低，当空燃比大时，会造成烟气带走热量，浪费能源，提高了成本，过燃烧和欠燃烧都会影响燃烧质量。由于燃气种类的多样性以及燃气热值的不稳定，目前还没有十分另人满意的解决方案，实现各种燃气的稳定热值输出。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种稳定热值的燃气输出系统，克服现有技术的不足，采用热值仪或华白仪与PLC构成闭环控制回路，避免因燃气热值的变化而带来的对燃烧器（或灶具）的改变，稳定燃气的使用，使北方冬季天然气供应不足或天然气供应不到的地区实现安全稳定地利用液化气混空气的方法代替天然气，或者解决炼钢厂、玻璃炉窑或陶瓷炉窑中燃气经济型替代和生产准确控制的问题，缓解当前社会经济中工业和民用燃气的供应紧张局面。

[0006] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案实现：稳定热值的燃气输出系统，其特征在于，包括燃气一调节阀、燃气一流量计、燃气二调节阀、燃气二流量计、热值仪和PLC，所述燃气一调节阀和燃气一流量计设于燃气一管路上，所述燃气二调节阀和燃气二流量计设于燃气二管路上，所述燃气一的热值高于燃气二，燃气一管路和燃气二管路于A点合并成一根混合气管，所述混合气管上距A点20倍管径以外的位置处设有热值仪，所述热值仪对热值、华白指数和比重进行检测并输出给PLC，PLC根据测量值计算得出混合气中的燃气一与燃气二的流量比为K，与PLC内设定值比较后，PLC进一步调节控制燃气一的流量，直到混合气热值与设定热值一致；
其中燃气一的平均热值为Q1，流量为F1，燃气二的平均热值为Q2，流量为F2，混合气的热值为Q混，则燃气一与燃气二的流量比K=F1/F2，根据能量守恒定律得出以下（1）式：
KF2×Q1+F2×Q2=（F2+F1）×Q混（1）
把F1=KF2代入（1）式，则由（1）式计推导出：K=[Q混一Q2]/[Q1一Q混]，该比例K先在PLC中设定，则混合气输出热值就会稳定在该K值比例差范围内，热值仪的检测值可用来校核该比例值设定是否合理。

[0007] 所述燃气一调节阀为气动调节阀或电动调节阀的任一种。

[0008] 所述燃气二调节阀为电动调节阀。

[0009] 所述燃气一为焦炉煤气、液化气或天然气中的任一种。

[0010] 所述燃气二为高炉煤气、煤层气、水煤气或空气中的任一种。

[0011] 所述混合气与民用燃气灶、钢厂加热炉、玻璃炉窑或陶瓷炉窑需求匹配。

[0012] 所述玻璃炉窑或陶瓷炉窑的尾气烟囱中设有烟气分析仪，所述烟气分析仪将烟气中氧含量值向PLC传送，PLC根据烟气中氧含量值微调气态液化气流量，以使混合气热值达到工艺要求。

[0013] 本发明的工作原理是：在离两种气体混合点A点20倍混合气管道直径远处实时测量燃气的华白指数，只要使燃气混合气具有相同华白指数，同时在燃气喷嘴（或燃气具）前燃气压力相同，就能释放出相同的热负荷，就可以实现燃气能源相互替代。华白指数属于一种燃气互换性参数，也叫热负荷，其值是由被测燃气的热值除以相对密度（即燃气密度与空气密度1.293kg/Nm3相比）的平方根计算得出。

[0014] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：1）空混气对于天然气供应不足的地区或天然气供应不到的地区完全可以用液化气混空气做为替代能源代替天然气，可有效缓解天然气供应不足的紧张局面，空混气也可作为城市燃气管网在用气高峰时的补充气源使用，起到调峰作用，如以空混气替代天然气，可方便工业用户在天然气供气不足时不影响生产水平及产品质量，也能使城市用气高峰或节假日用气高峰时有备用气源。2）由于空混气的华白指数和天然气华白指数接近，所以用户在使用空混气时可避免对原天然气燃烧器（或煤气灶）做任何改动，方便用户使用。3）对于广大工业燃气的应用场合，可根据燃气价格灵活调整其配比，且能保证生产正常运行，燃气流量控制更精确，对降低工业企业的生产成本具有十分重大的意义。附图说明

[0015] 图1是本发明实施例一民用燃气应用状态结构示意框图。

[0016] 图2是本发明实施例二炼钢厂加热炉燃气应用状态结构示意框图。

[0017] 图3是本发明实施例三玻璃炉窑或陶瓷炉窑燃气应用状态结构示意框图。

具体实施方式

[0018] 下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明：见图1，是本发明实施例一民用燃气应用状态结构示意框图，在对居民用户天然气灶具供气过程中，气态液化气（即燃气一）和空气（即燃气二）相混合，空气管路上设有空气调节阀和空气流量计，气态液化气管路上设有液化气调节阀和液化气流量计，空气和气态液化气混合后（即为空混气）给天然气灶具供气，混合气管路上设有热值仪，空气管路上设有的空气调节阀和空气流量计、液化气管路上设有的液化气调节阀和液化气流量计均与PLC相连接，然后PLC以闭环的控制方式根据用户使用量的大小调整液化气调节阀，使空混气输出的华白指数达到用户灶具要求值。加测量点A用以保证热值仪测出的是充分混合后的混合气准确热值。由于每批购买的液化气来源不一样，其中丙烷、丁烷含量不同，热值就会不同，用热值仪实时监控空混气的热值，并控制空气调节阀，PLC能实时修正空气和气态液化气的混合比例，使输出空混气华白指数接近天然气华白指数值，以满足居民用户的使用要求。

[0019] 以常用的60%丙烷和40%丁烷液化气为例，已知气态情况下密度约为2.29kg/Nm3，已知每立方米天然气燃烧后平均热值8300kCal/Nm3，天然气平均比重是0.6，则每立方米天然气燃烧后平均华白指数为，已知每立方米液化气燃烧后3 3
热值为25172kCal/Nm ，空气密度1.293kg/Nm ，则每立方米液化气燃烧后平均华白指数为，按50%空气体积，50%体积气化后的气态液化
气混合计算出混合后空混气比重为，空
混气华白指数为。

[0020] 从以上计算可得出结论，用50%空气混50%气态液化气得到的空混气华白指数接近天然气的华白指数，也就是说用天然气的炉器具在不改变任何操作条件下，完全可以用此空混气获得同样的燃烧热效率，所以用空混气完全可替代天然气。

[0021] 见图2，是本发明实施例二炼钢厂加热炉燃气应用状态结构示意框图，炼钢厂加热炉经常用焦炉煤气（燃气一）和高炉煤气（燃气二）的混合气，一般炼铁厂来的高炉煤气热值波动较小，但焦化厂生产出来的焦炉煤气一般在3800-4300kCal/Nm3范围波动较大，通过PLC、热值仪和流量计等以闭环的控制方式来控制各调节阀结构和元器件，可得到某任一符合加热炉工艺要求设定热值Q的高炉-焦炉煤气混合气。

[0022] 比如某轧钢加热炉工艺中要求用热值在718 837kCal/Nm3波动的高炉煤气和热值~在4000 4500kCal/Nm3波动的焦炉煤气混合得到热值在2300kCal/Nm3的混合煤气（简称高-~
焦混合气），焦炉煤气热值波动大可能引起炉内高、焦混合气燃烧的实际空气过剩系数的波动，造成空燃比不合理。当空燃比小时，炉温低，当空燃比大时，会造成烟气带走热量，浪费能源，提高了成本，因此对高-焦混合气的热值进行精确调节，对降低工业企业的生产成本具有十分重大的意义，可以达到最佳空燃比，既节约能源又提高了加热质量。

[0023] 见图3，是本发明实施例三玻璃炉窑或陶瓷炉窑燃气应用状态结构示意框图，玻璃炉窑或陶瓷炉窑对燃气热值精度要求很高，为了实现当空混气（其中：燃气一为气态液化气，燃气二为空气）热值波动超过生产工艺所要求的热值范围时，PLC能快速响应，自动调整回设定的热值，在放散烟囱处增加烟气分析仪在线分析氧含量，PLC用氧含量信号来补偿因热值仪内管路及热值仪取出口A点到热值仪之间取样管长度影响热值仪信号反应时间慢的问题。根据经验，PLC中设定此氧含量值为10.5%，如果氧含量大于10.5%时，说明所混空气大于50%，PLC将自动调大液化气调节阀开度，以保证空混气输出热值达到工艺要求值。

[0024] 本发明上述实施例中的稳定热值的燃气输出系统，均包括燃气一调节阀、燃气一流量计、燃气二调节阀、燃气二流量计、热值仪和PLC，燃气一调节阀和燃气一流量计设于燃气一管路上，燃气二调节阀和燃气二流量计设于燃气二管路上，燃气一的热值高于燃气二，燃气一管路和燃气二管路于A点合并成一根混合气管，混合气管上距A点20倍混合气管直径距离的位置处设有测量点，以保证热值仪测出的是充分混合后的混合气准确热值，热值仪对热值、华白指数和比重进行检测并输出给PLC，PLC根据测量值计算得出混合气中的燃气一与燃气二的流量比为K，与PLC内设定值比较后，PLC进一步调节控制燃气一的流量，直到混合气热值与设定热值一致；其中燃气一的平均热值为Q1，流量为F1，燃气二的平均热值为Q2，流量为F2，混合气的热值为Q混，则燃气一与燃气二的流量比K=F1/F2，根据能量守恒定律得出以下（1）式：KF2×Q1+F2×Q2=（F2+F1）×Q混（1）
把F1=KF2代入（1）式，则由（1）式计推导出：K=[Q混一Q2]/[Q1一Q混]，该比例K先在PLC中设定，则混合气输出热值就会无限趋于稳定在该K值比例范围内，热值仪的检测值可用来校核该比例值设定是否可理。K值中如加入燃气一和燃气二的温度和压力参数修正，可实现更高的控制精度。

[0025] 为了方便控制，燃气一调节阀为气动调节阀或电动调节阀的任一种。实施例中的燃气一的流量可调，如焦炉煤气、气态液化气或天然气等；燃气二一般无需做流量调整，如高炉煤气、煤层气、水煤气或空气等。

[0026] 以上所述实施例仅是为详细说明本发明的目的、技术方案和有益效果而选取的具体实例，但不应该限制本发明的保护范围，凡在不违背本发明的精神和原则的前提下，所作的种种修改、等同替换以及改进，均应落入本发明的保护范围之内。

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