CN103629693B - Lng浸没燃烧气化器的控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及气化器的控制系统及控制方法，特别是液化天然气(LNG)浸没燃烧气化器的控制系统及控制方法。其中LNG浸没燃烧气化器包括空气入口(1)，燃气入口(2)，燃烧器(3)，气泡出口(5)，换热盘管(6)，水槽(7)，盘管水槽(8)，烟气出口(10)，燃气和空气在燃烧器(3)内燃烧，高温烟气通过水槽(7)下方布烟管上的气泡出口(5)将高温烟气均匀排至盘管水槽(8)，LNG通过设在水中的换热盘管(6)吸取水中的热量而气化成NG输送到管网，换热后的低温烟气通过烟气出口(10)排出；该方法包括对LNG浸没燃烧气化器进行启动、运行调节与监控、停机操作。其克服了现有技术的不足，提供一种安全可靠、能够自动运行并可接受远程控制的LNG浸没燃烧气化器控制系统及控制方法。
Description
技术领域
本发明涉及气化器的控制系统及控制方法，特别是液化天然气(LNG)浸没燃烧气化器的控制系统及控制方法。
技术背景
液化天然气(LNG)在城市燃气供应系统中的份额越来越大，作为管道天然气的气源，需要将LNG气化后送到城市管网。目前，国内大多LNG气化站规模较小，多采用空气气化器，如果气化量增大，则需采用燃气燃烧加热的气化方式。LNG浸没燃烧气化器是利用燃气燃烧的热烟气加热水，再利用热水加热LNG盘管，使管内LNG气化，随后送入输气管道。一般对气化器的控制由于结构和原理的限制，往往使得气化器的气相压力的控制精度较差，且对负荷波动的适应性也很差，且多数不能实现对气化器的远程控制。如何实现城市燃气管网调峰的LNG浸没燃烧气化器的安全、自动运行，是当前LNG浸没燃烧气化器控制急需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种安全可靠、能够自动运行并可接受远程控制的LNG浸没燃烧气化器控制系统及控制方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种LNG浸没燃烧气化器控制系统，其中LNG浸没燃烧气化器包括空气入口(1)，燃气入口(2)，燃烧器(3)，气泡出口(5)，换热盘管(6)，水槽(7)，盘管水槽(8)，烟气出口(10)，燃气和空气在燃烧器(3)内燃烧，高温烟气通过水槽(7)下方布烟管上的气泡出口(5)将高温烟气均匀排至盘管水槽(8)，LNG通过设在水中的换热盘管(6)吸取水中的热量而气化成NG输送到管网，换热后的低温烟气通过烟气出口(10)排出；该系统包括启动模块、运行调节与监控模块、停机模块；所述启动模块，用于在对LNG浸没燃烧气化器点火之前，先进行自动安全检查，包括燃气泄漏检查、液位检查；确认设备安全后，点火前空气吹扫燃烧器(3)，防止其中滞留爆炸性气体，吹扫时间不小于5秒；吹扫完成后，启动电火花点火装置，同时开启小火焰燃烧器的小火燃气阀，点燃小火焰，感知小火焰存在后开启主火焰燃烧器的主火燃气阀，点燃主火焰，且火焰逐渐增大直到设计负荷，感知主火焰存在后，关闭小火焰；所述运行调节与监控模块进行负荷调节，根据对LNG换热盘管(6)的出口温度和出口压力的监测，通过调节主火燃气阀来调节燃烧器(3)的燃气量；还可根据负荷指令调节燃气量；所述运行调节与监控模块进行风压监测，分别监测燃烧空气通道与非燃烧空气通道的风压，当偏离设计值超过一定范围，发出报警，并停止运行；所述运行调节与监控模块进行烟气排放监测，对CO，NOx监测，超标后报警；所述运行调节与监控模块进行热效率监测，通过监测烟气出口(10)的温度，计算并显示锅炉效率，进行热效率评价；所述运行调节与监控模块进行水PH值控制，当PH值小于7时开启碱液罐阀向水箱(7)内投放碱液，大于9时停止投放。
该系统的所述停机模块，用于通过调节主火燃气阀，逐档减小主火燃烧器的负荷，最后完全切断主火燃气阀；切断主火燃气阀5秒后，逐渐减小鼓风机风量，直到完全停止，持续时间为烟道内热气流排尽，可根据烟气出口(10)的温度设定；LNG系统关闭，当水槽(7)温度下降到设定值时，关闭换热盘管(6)的LNG入口阀，当换热盘管出口温度下降到设定值时，关闭换热盘管的NG出口阀，LNG换热盘管(6)内压力超过设定值时，放散阀自动开启，余气排入大气；安全检查，并显示记录。
该系统进一步包括根据负荷指令调节燃气量时，可设计高、中、低三档负荷。
该系统进一步包括该LNG浸没燃烧气化器还可接收调度中心的设备运行指令来进行远程控制操作。
一种LNG浸没燃烧气化器控制方法，其中LNG浸没燃烧气化器包括空气入口(1)，燃气入口(2)，燃烧器(3)，气泡出口(5)，换热盘管(6)，水槽(7)，盘管水槽(8)，烟气出口(10)，燃气和空气在燃烧器(3)内燃烧，高温烟气通过水槽(7)下方布烟管上的气泡出口(5)将高温烟气均匀排至盘管水槽(8)，LNG通过设在水中的换热盘管(6)吸取水中的热量而气化成NG输送到管网，换热后的低温烟气通过烟气出口(10)排出；该方法包括对LNG浸没燃烧气化器进行启动、运行调节与监控、停机操作，所述启动操作包括如下步骤：在对LNG浸没燃烧气化器点火之前，先进行自动安全检查，包括燃气泄漏检查、液位检查；确认设备安全后，点火前空气吹扫燃烧器(3)，防止其中滞留爆炸性气体，吹扫时间不小于5秒；吹扫完成后，启动电火花点火装置，同时开启小火焰燃烧器的小火燃气阀，点燃小火焰，感知小火焰存在后开启主火焰燃烧器的主火燃气阀，点燃主火焰，且火焰逐渐增大直到设计负荷，感知主火焰存在后，关闭小火焰；所述运行调节与监控包括如下步骤：负荷调节，根据对LNG换热盘管(6)的出口温度和出口压力的监测，通过调节主火燃气阀来调节燃烧器(3)的燃气量；还可根据负荷指令调节燃气量；风压监测，分别监测燃烧空气通道与非燃烧空气通道的风压，当偏离设计值超过一定范围，发出报警，并停止运行；烟气排放监测，对CO，NOx监测，超标后报警；热效率监测，通过监测烟气出口(10)的温度，计算并显示锅炉效率，进行热效率评价；水PH值控制，当PH值小于7时开启碱液罐阀向水箱(7)内投放碱液，大于9时停止投放。
该方法进一步包括停机步骤具体操作为：通过调节主火燃气阀，逐档减小主火燃烧器的负荷，最后完全切断主火燃气阀；切断主火燃气阀5秒后，逐渐减小鼓风机风量，直到完全停止，持续时间为烟道内热气流排尽，可根据烟气出口(10)的温度设定；LNG系统关闭，当水槽(7)温度下降到设定值时，关闭换热盘管(6)的LNG入口阀，当换热盘管出口温度下降到设定值时，关闭换热盘管的NG出口阀，LNG换热盘管(6)内压力超过设定值时，放散阀自动开启，余气排入大气；安全检查，并显示记录。
该方法进一步包括根据负荷指令调节燃气量时，可设计高、中、低三档负荷。
该方法进一步包括该LNG浸没燃烧气化器还可接收调度中心的设备运行指令来进行远程控制操作。
附图说明
图1是本发明一优选实施例的LNG浸没燃烧气化器示意图；
图2是对图1实施例进行控制的示意图；
图3是对图1实施例进行远程控制的示意图。
1-空气入口；2-天然气入口；3-燃烧器；4-燃烧器水套；5-气泡出口；6-换热盘管；7-水槽；8-盘管水槽；10-烟气出口。
具体实施方式
图1是本发明一优选实施例的LNG浸没燃烧气化器示意图。如图1所示，来自管道的燃气进入燃气入口2，来自鼓风机的空气进入空气入口1，来自管道的燃气和来自鼓风机的空气在燃烧器3内燃烧，高温烟气通过水槽7下方的布烟管(管上分布很多气泡出口5)将高温烟气均匀排至盘管水槽8，高温烟气将热传给水，LNG通过设在水中的换热盘管6吸取水中的热量而气化成NG输送到管网。换热后的低温烟气通过烟气出口10排出。
图2是对图1实施例进行控制的控制示意图。首先执行启动步骤，其包括自动安全检查、燃烧系统吹扫及点火，具体操作为：
(1)在对LNG浸没燃烧气化器点火之前，先进行自动安全检查，包括燃气泄漏检查(燃气阀，LNG系统)、液位检查(水箱水位、碱液箱液位)。
(2)确认设备安全后，点火前空气吹扫燃烧器3，防止其中滞留爆炸性气体，吹扫时间不小于5秒。
(3)吹扫完成后，启动电火花点火装置，同时开启小火焰燃烧器的小火燃气阀，点燃小火焰，感知小火焰存在后开启主火焰燃烧器的主火燃气阀，点燃主火焰，且火焰逐渐增大直到设计负荷，感知主火焰存在后，关闭小火焰。
接着进入运行调节与监控，其包括负荷调节、风压监测、烟气排放监测、热效率监测以及水PH值控制。
负荷调节是根据对LNG换热盘管出口温度(不小于2℃)和LNG换热管出口压力的监测，通过调节主火燃气阀来调节燃烧器3的燃气量；还可根据负荷指令调节燃气量，可设计高、中、低三档负荷。
风压监测是分别监测燃烧空气通道与非燃烧空气通道的风压，当偏离设计值超过一定范围，发出报警，并停止运行。
烟气排放监测是对CO，NOx(燃气锅炉的1级标准170mg／kWh)超标监测报警。
热效率监测是通过监测烟气出口10的温度，计算并显示锅炉效率，进行热效率评价：
η----气化器热效率，％；
QJS----结构散热，可忽略(水温与环境温度接近)；
Hh----燃气高热值，kJ／m3；
H1----燃气低热值，kJ／m3；
qv，g----燃气耗量，h／m3；
cP----烟气的定压容积比热，kJ／m3.℃；
Vp----排气量，Vp=理论烟气量+过剩空气量，m3／m3天然气；
tp----排气温度，℃。
水PH值控制是当PH值小于7时开启碱液罐阀向水箱7内投放碱液，大于9时停止投放。
最后进入停机流程，其具体步骤为：
(1)通过调节主火燃气阀，逐档减小主火燃烧器的负荷(每档之间停留10秒)，最后完全切断主火燃气阀；
(2)5秒后逐渐减小鼓风机风量，直到完全停止，持续时间为烟道内热气流排尽，可根据烟气出口10的温度设定(例如下降到30℃时完全停止)。
(3)LNG系统关闭
当水槽7温度下降到9℃时，关闭换热盘管的LNG入口阀，当换热盘管出口温度下降到-20℃时，关闭换热盘管的NG出口阀。LNG换热盘管6内压力超过5MPa，放散阀自动开启，余气排入大气。
(4)安全检查，并显示记录。
本发明的LNG浸没燃烧气化器控制系统及控制方法还可以完成以下监测内容：
对设备内天然气浓度监测，超过一定值(<2％，约14g／m3)，检查是否泄漏，如有泄漏则不能启动设备，运行时应停机检查，并启动备用气化器；对火焰监测保护，运行时如燃烧中断，需执行停机操作切断燃气。水温监测保护：水温>55℃，需执行停机操作切断燃气。水位监测保护：水位超过传感器位置，需执行停机操作切断燃气。风道压力监测保护：风压低于一定值，需执行停机操作切断燃气。
该LNG浸没燃烧气化器还可接收调度中心的设备运行指令来进行远程控制，信号传输通过有线专网传输，并采用单独线路以防止病毒感染，其具体控制方式参见图3。
可以理解的是，前述实施例中介绍的既定条件的数值是仅作为示例，本发明不限于这些数值。并且前述实施例中，LNG浸没燃烧气化器的远程控制的信号传送通过有线专网来完成，但也可采用其他方式实现信号传送。
Claims (8)
1.一种LNG浸没燃烧气化器控制系统，其中LNG浸没燃烧气化器包括空气入口(1)，燃气入口(2)，燃烧器(3)，气泡出口(5)，换热盘管(6)，水槽(7)，盘管水槽(8)，烟气出口(10)，燃气和空气在燃烧器(3)内燃烧，高温烟气通过水槽(7)下方布烟管上的气泡出口(5)将高温烟气均匀排至盘管水槽(8)，LNG通过设在水中的换热盘管(6)吸取水中的热量而气化成NG输送到管网，换热后的低温烟气通过烟气出口(10)排出；其特征在于：
该系统包括启动模块、运行调节与监控模块、停机模块；
所述启动模块，用于在对LNG浸没燃烧气化器点火之前，先进行自动安全检查，包括燃气泄漏检查、液位检查；确认设备安全后，点火前空气吹扫燃烧器(3)，防止其中滞留爆炸性气体，吹扫时间不小于5秒；吹扫完成后，启动电火花点火装置，同时开启小火焰燃烧器的小火燃气阀，点燃小火焰，感知小火焰存在后开启主火焰燃烧器的主火燃气阀，点燃主火焰，且火焰逐渐增大直到设计负荷，感知主火焰存在后，关闭小火焰；
所述运行调节与监控模块进行负荷调节，根据对LNG换热盘管(6)的出口温度和出口压力的监测，通过调节主火燃气阀来调节燃烧器(3)的燃气量；还能根据负荷指令调节燃气量；
所述运行调节与监控模块进行风压监测，分别监测燃烧空气通道与非燃烧空气通道的风压，当偏离设计值超过一定范围，发出报警，并停止运行；
所述运行调节与监控模块进行烟气排放监测，对CO，NOx监测，超标后报警；
所述运行调节与监控模块进行热效率监测，通过监测烟气出口(10)的温度，计算并显示锅炉效率，进行热效率评价；
所述运行调节与监控模块进行水PH值控制，当PH值小于7时开启碱液罐阀向水槽(7)内投放碱液，大于9时停止投放。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述停机模块，用于通过调节主火燃气阀，逐档减小主火燃烧器的负荷，最后完全切断主火燃气阀；切断主火燃气阀5秒后，逐渐减小鼓风机风量，直到完全停止，持续时间为烟道内热气流排尽，根据烟气出口(10)的温度设定；LNG系统关闭，当水槽(7)温度下降到设定值时，关闭换热盘管(6)的LNG入口阀，当换热盘管出口温度下降到设定值时，关闭换热盘管的NG出口阀，LNG换热盘管(6)内压力超过设定值时，放散阀自动开启，余气排入大气；安全检查，并显示记录。
3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于：根据负荷指令调节燃气量时，设计高、中、低三档负荷。
4.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于：该LNG浸没燃烧气化器还接收调度中心的设备运行指令来进行远程控制操作。
5.一种LNG浸没燃烧气化器控制方法，其中LNG浸没燃烧气化器包括空气入口(1)，燃气入口(2)，燃烧器(3)，气泡出口(5)，换热盘管(6)，水槽(7)，盘管水槽(8)，烟气出口(10)，燃气和空气在燃烧器(3)内燃烧，高温烟气通过水槽(7)下方布烟管上的气泡出口(5)将高温烟气均匀排至盘管水槽(8)，LNG通过设在水中的换热盘管(6)吸取水中的热量而气化成NG输送到管网，换热后的低温烟气通过烟气出口(10)排出；
该方法包括对LNG浸没燃烧气化器进行启动、运行调节与监控、停机操作，所述启动操作包括如下步骤：
在对LNG浸没燃烧气化器点火之前，先进行自动安全检查，包括燃气泄漏检查、液位检查；
确认设备安全后，点火前空气吹扫燃烧器(3)，防止其中滞留爆炸性气体，吹扫时间不小于5秒；
吹扫完成后，启动电火花点火装置，同时开启小火焰燃烧器的小火燃气阀，点燃小火焰，感知小火焰存在后开启主火焰燃烧器的主火燃气阀，点燃主火焰，且火焰逐渐增大直到设计负荷，感知主火焰存在后，关闭小火焰；
所述运行调节与监控包括如下步骤：
负荷调节，根据对LNG换热盘管(6)的出口温度和出口压力的监测，通过调节主火燃气阀来调节燃烧器(3)的燃气量；还能根据负荷指令调节燃气量；
风压监测，分别监测燃烧空气通道与非燃烧空气通道的风压，当偏离设计值超过一定范围，发出报警，并停止运行；
烟气排放监测，对CO，NOx监测，超标后报警；
热效率监测，通过监测烟气出口(10)的温度，计算并显示锅炉效率，进行热效率评价；
水PH值控制，当PH值小于7时开启碱液罐阀向水槽(7)内投放碱液，大于9时停止投放。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述停机步骤包括：
通过调节主火燃气阀，逐档减小主火燃烧器的负荷，最后完全切断主火燃气阀；
切断主火燃气阀5秒后，逐渐减小鼓风机风量，直到完全停止，持续时间为烟道内热气流排尽，根据烟气出口(10)的温度设定；
LNG系统关闭，当水槽(7)温度下降到设定值时，关闭换热盘管(6)的LNG入口阀，当换热盘管出口温度下降到设定值时，关闭换热盘管的NG出口阀，LNG换热盘管(6)内压力超过设定值时，放散阀自动开启，余气排入大气；
安全检查，并显示记录。
7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于：根据负荷指令调节燃气量时，设计高、中、低三档负荷。
8.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于：该LNG浸没燃烧气化器还接收调度中心的设备运行指令来进行远程控制操作。
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