CN108387602A - 测量生物质气化热燃气实际热值的仪器及其测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种测量生物质气化热燃气实际热值的仪器，包括电动阀门、计时器、水洗瓶、两个分子筛吸附瓶、称重装置、累计流量计、干气热值仪、处理器、显示器、热电偶和抽气泵；经过脱水的可燃气经过温度热电偶后，在抽气泵的作用下被送入流量计、热值测试仪，采集温度信号、流量信号以及干气热值信号送至控制器，控制器将数据处理后送入显示器。其测量方法包括步骤：1）生物质热燃气流入；2）生物质热燃气脱水；3）温度、质量、流量、热值信息采集；4）数据处理。优点：1）首次实现生物质高湿热燃气实际热值的快速测量并快速在线显示。2）同时测量干气的理论热值。3）测量装置结构简单，操作方便。

Description

测量生物质气化热燃气实际热值的仪器及其测量方法
技术领域
本发明是一种用于测量生物质气化热燃气实际热值的仪器及其测量方法，属于生物质能源领域。
背景技术
我国的生物质资源丰富，其种类多、分布广、可再生、硫、氮和灰分含量少等优点。因地制宜地开展生物质能源利用技术是我国生物质资源化利用研究重点。生物质能源开发利用技术主要包括直接燃烧技术、热化学转化技术、生物化学转化技术等。在这些开发利用技术中，热化学转化技术中的气化技术由于自身特点在全世界各地引起研究和应用热潮，并取得一定成果。
目前，气化可燃气利用中有两种工艺方法，一是对生物质燃气进行深度净化，净化后的可燃气用来供内燃机、锅炉、民用气来利用，二是对生物质燃气进行简单的旋风除尘后直接用于烧锅炉推动汽轮机发电或者耦合燃煤发电等。由于生物质燃气深度净化是世界性的难题，第一种工艺方案逐渐被淘汰。目前，国家比较推崇的第二种工艺方法，但是第二种工艺方法在利用过程中检测技术出现了问题，导致工程设计选型出现了偏差。
目前，国内生物质可燃气检测设备大部分来自武汉四方和青岛劳应。比如武汉四方针对样气含尘、含湿、含焦油的特定工况设计，由预处理单元、控制单元、气体分析单元三部分构成，它的仪器在测试过程中，采用预处理单元进行了去湿、去焦油、降温的处理，使得测试的可燃气为干气，而生物质热燃气温度都在100℃以上，水分以气体形式存在在可燃气中，可燃气中含湿量很大，有的可能达到100%，因此，武汉四方测试仪测出气体热值只是理论热值，非气体实际的热值，误导燃烧器的选型，出现设计误差，导致工程产生很大损失。青岛劳应的仪器也是如此，国外进口的德图的仪器也是如此，因此迫切需要开发一种在线、快速测量出生物质热燃气（含水蒸气）的实际热值的方法与仪器。
发明内容
本发明提出的是一种测量生物质气化热燃气实际热值的仪器及其测量方法，其目的在于针对传统生物质燃气测试仪存在的只能测干气的理论热值、没有考虑热燃气湿度导致测试误差大的问题，以及无法快速测试出含湿高的生物质可燃气热值的问题，提出了一种可以在线、快速、准确测量出生物质热燃气（含水蒸气）的实际热值的方法与仪器。
本发明的技术解决方案：测量生物质气化热燃气实际热值的仪器，包括电动阀门1、计时器2、水洗瓶3、A分子筛吸附瓶4、B分子筛吸附瓶5、称重装置8、累计流量计9、干气热值仪10、处理器11、显示器12、热电偶13和抽气泵14；其中，计时器2信号输出端与电动阀1的A信号输入端连接，电动阀1通过A软管与水洗瓶3连接，水洗瓶3通过管道与A分子筛吸附瓶4连接，A分子筛吸附瓶4通过管道与B分子筛吸附瓶5连接，水洗瓶3、A分子筛吸附瓶4和B分子筛吸附瓶5设于称重装置8上，B分子筛吸附瓶5通过B软管与累计流量计9连接，B软管上设有热电偶13，累计流量计9通过管道与抽气泵14连接，抽气泵14通过管道与干气热值仪10连接，电动阀门1的流入时间和阀门控制信号输出端与处理器11的A信号输入端连接，称重装置8的质量增重信号输出端与处理器11的B信号输入端连接，热电偶13的温度信号输出端与处理器11的C信号输入端连接，累计流量计9的流量信号输出端与处理器11的D信号输入端连接，抽气泵14的控制信号输出端与处理器11的E信号输入端连接，干气热值仪10的干气热值信号输出端与处理器11的F信号输入端连接，处理器11的A信号输出端与显示器的信号输入端连接。
其测量方法包括以下步骤：
（1）生物质热燃气流入；
（2）生物质热燃气脱水；
（3）温度、质量、流量、热值信息采集；
（4）数据处理。
本发明的有益效果：
1）首次实现了生物高湿热燃气热值的快速测量并快速在线显示，有效解决了高湿热燃气实际热值的测量问题。
2）同时考虑干气的理论热值和热燃气的湿度，测试误差较小，结果准确可靠。
2）测量装置结构简单，操作方便，人工和时间成本较低。
附图说明
附图1是测量生物质气化热燃气实际热值的仪器的结构示意图。
附图2是测量生物质气化热燃气实际热值的仪器的方法的测量流程示意图。
图中1是电动阀门，2是计时器，3是水洗瓶，4、5是分子筛吸附瓶，6、7是软管，8是称重装置，9是累计流量计，10是干气热值仪，11是处理器，12是显示器，13是热电偶，14是抽气泵。
具体实施方式
测量生物质气化热燃气实际热值的仪器，包括电动阀门1、计时器2、水洗瓶3、A分子筛吸附瓶4、B分子筛吸附瓶5、称重装置8、累计流量计9、干气热值仪10、处理器11、显示器12、热电偶13和抽气泵14；其中，计时器2信号输出端与电动阀1的A信号输入端连接，电动阀1通过A软管与水洗瓶3连接，水洗瓶3通过管道与A分子筛吸附瓶4连接，A分子筛吸附瓶4通过管道与B分子筛吸附瓶5连接，水洗瓶3、A分子筛吸附瓶4和B分子筛吸附瓶5设于称重装置8上，B分子筛吸附瓶5通过B软管与累计流量计9连接，B软管上设有热电偶13，累计流量计9通过管道与抽气泵14连接，抽气泵14通过管道与干气热值仪10连接，电动阀门1的流入时间和阀门控制信号输出端与处理器11的A信号输入端连接，称重装置8的质量增重信号输出端与处理器11的B信号输入端连接，热电偶13的温度信号输出端与处理器11的C信号输入端连接，累计流量计9的流量信号输出端与处理器11的D信号输入端连接，抽气泵14的控制信号输出端与处理器11的E信号输入端连接，干气热值仪10的干气热值信号输出端与处理器11的F信号输入端连接，处理器11的A信号输出端与显示器的信号输入端连接。
所述的处理器11的B信号输出端与电动阀门1的B信号输入端连接，处理器11的C信号输出端与抽气泵14的信号输入端连接，通过设定抽气时间来控制电动阀门1与抽气泵14的启停并处理数据。
使用所述测量生物质气化热燃气实际热值的仪器测量生物质气化热燃气实际热值的方法，包括以下步骤：
（1）生物质热燃气流入；
（2）生物质热燃气脱水；
（3）温度、质量、流量、热值信息采集；
（4）数据信号处理。
所述步骤（1）生物质热燃气流入：生物质热燃气经过带记时器2的电动阀门1，采集流入时间和阀门控制信号传送至处理器11。
所述步骤（2）生物质热燃气脱水：生物质热燃气经过水洗瓶3、A分子筛吸附瓶4和B分子筛吸附瓶5，通过水洗和2级吸附脱除燃气中的水分，通过称量装置8将采集到的质量增量信号传送至处理器11。
所述步骤（3）温度、流量、热值信息采集：经过脱水的可燃气在抽气泵14的作用下，被送入累计流量计9和干气热值仪10，通过软管上的热电偶13、累计流量计9和干气热值仪10测出温度、累计流量与干气热值，信号传送至处理器11。
所述步骤（4）信号处理：
体积V为：V=m*1.677 (1)
根据P*V/T=P1*V1/T1 (2)
将累计流量Q转化为100℃的累计流量Q1：Q1=(273+100)*Q/T(3)
则实际热值Q实为：Q实=(Q1+V)*q/Q1(4)
其中，m是质量增量，Q是累计流量，q是干气热值，T是温度，1.677为水蒸气比容，Q1是100℃的累计流量；
处理完成后处理器11将所有信号处理后传送至显示器12显示。
下面结合附图对本发明技术方案进一步说明
如附图1所示，测量生物质气化热燃气实际热值的仪器，包括带记时的阀门、软管、水洗瓶、分子筛吸附瓶（2个）、称重仪、热电偶、累计流量计、气泵、气体热值仪、软接头、传输管线、控制器、显示器；计时器2与电动阀1连接在一起，并带有输出线信号，阀门1通过管道固定在质量测量箱上，并经软管6与水洗瓶连接在一起，水洗瓶3出口与1#分子筛吸附瓶4连接在一起，1#分子筛吸附瓶4与2#分子筛吸附瓶5通过管道依次连接在一起，水洗瓶3、1#分子筛吸附瓶4、2#分子筛吸附瓶5三者置于带信号输出称量装置8上，2#分子筛吸附瓶5通过软管7与累计流量计9相连，其中间管道设置有热电偶13，累计流量计9与抽气泵14相连，抽气泵14与干气热值仪10相连，称量装置8、热电偶13、干气热值仪10、累计流量计9数据输出端与控制器11输入端相连，电动阀门1、计时器2、抽气泵14由控制器11同步控制启停，最终控制器11与显示器12相连，
外观尺寸为0.6m*0.5m*0.4m。
流入时间信号、阀门控制信号、质量增量信号、泵控制信号、温度信号、累计流量信号以及热值信号传输至控制器数据处理并控制，控制器将结果传输到显示器显示。
如附图2所示，测量方法如下：生物质热燃气经过带记时器的阀门，采集流入时间信号传送至控制器；然后通过水洗、2级吸附脱除燃气中的水分，通过称量装置将采集到质量增量（水分的质量）信号传送至控制器；经过脱水的可燃气在抽气泵的作用下，被送入累计流量计、热值测试仪测出累计流量与干气热值，采集温度信号、流量信号以及干气热值信号送至控制器，控制器将数据处理后送入显示器。
处理数据采用的方法是：质量增量m（g）、累计流量Q（L）、干气热值q（kcal/m3）、温度T（K）以模拟信号转换成数字信号传输至芯片（芯片被写入测量所需的计算程序），芯片根据程序对数据进行计算，再将计算结果输送至显示器显示。所述芯片为西门子S7-200系列PLC，相类似PLC也可。
计算原理如下：
质量增量m转化为体积V=m*1.677（L）（1.677L/g为水蒸气比容），
根据P*V/T=P1*V1/T1累计流量转化为100℃的累计流量Q1=(273+100)*Q/T（L），
实际热值：Q实=(Q1+V)*q/Q1，即可得到实际热值。
实施例1
安徽颍上3MW的稻壳气化热燃气烧锅炉联产生物质炭的项目，上吸式固定床气化炉出口热燃气经过简单旋风除尘后直接送入锅炉燃烧器燃烧，除尘器出口可燃气温度120℃，其现场采用的是武汉四方热值仪，燃气经过几级水洗净化、降温后测得热值为1250kcal/m3，后燃气送入燃烧器无法燃烧，经研究分析，热值仪测试的只是理论热值，非燃气的实际热值。
采用本发明的仪器进行2次，抽气时间不一样。
第一次5分钟测试测得实际热值：680kcal/m3，第二次10分钟测试测得实际热值655kcal/m3。测试结果证明，热燃气湿度过高，导致燃烧器选型错误，无法燃烧。

Claims (7)

1.测量生物质气化热燃气实际热值的仪器，其特征是包括电动阀门(1)、计时器(2)、水洗瓶(3)、A分子筛吸附瓶(4)、B分子筛吸附瓶(5)、称重装置(8)、累计流量计(9)、干气热值仪(10)、处理器(11)、显示器(12)、热电偶(13)和抽气泵(14)；其中，计时器(2)信号输出端与电动阀(1)的A信号输入端连接，电动阀(1)通过A软管与水洗瓶(3)连接，水洗瓶(3)通过管道与A分子筛吸附瓶(4)连接，A分子筛吸附瓶(4)通过管道与B分子筛吸附瓶(5)连接，水洗瓶(3)、A分子筛吸附瓶(4)和B分子筛吸附瓶(5)设于称重装置(8)上，B分子筛吸附瓶(5)通过B软管与累计流量计(9)连接，B软管上设有热电偶(13)，累计流量计(9)通过管道与抽气泵(14)连接，抽气泵(14)通过管道与干气热值仪(10)连接，电动阀门(1)的流入时间和阀门控制信号输出端与处理器(11)的A信号输入端连接，称重装置(8)的质量增重信号输出端与处理器(11)的B信号输入端连接，热电偶(13)的温度信号输出端与处理器(11)的C信号输入端连接，累计流量计(9)的流量信号输出端与处理器(11)的D信号输入端连接，抽气泵(14)的控制信号输出端与处理器(11)的E信号输入端连接，干气热值仪(10)的干气热值信号输出端与处理器(11)的F信号输入端连接，处理器(11)的A信号输出端与显示器的信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的测量生物质气化热燃气实际热值的仪器，其特征在于所述的处理器(11)的B信号输出端与电动阀门(1)的B信号输入端连接，处理器(11)的C信号输出端与抽气泵(14)的信号输入端连接，通过设定抽气时间来控制电动阀门(1)与抽气泵(14)的启停并处理数据。
3.使用权利要求1所述的测量生物质气化热燃气实际热值的仪器测量生物质气化热燃气实际热值的方法，其特征是包括以下步骤：
（1）生物质热燃气流入；
（2）生物质热燃气脱水；
（3）温度、质量、流量、热值信息采集；
（4）数据处理。
4.如权利要求3所述的测量生物质气化热燃气实际热值的方法，其特征是所述步骤（1）生物质热燃气流入：生物质热燃气经过带记时器(2)的电动阀门(1)，采集流入时间和阀门控制信号传送至处理器(11)。
5.如权利要求3所述的测量生物质气化热燃气实际热值的方法，其特征是所述步骤（2）生物质热燃气脱水：生物质热燃气经过水洗瓶(3)、A分子筛吸附瓶(4)和B分子筛吸附瓶(5)，通过水洗和2级吸附脱除燃气中的水分，通过称量装置(8)将采集到的质量增量信号传送至处理器(11)。
6.如权利要求3所述的测量生物质气化热燃气实际热值的方法，其特征是所述步骤（3）温度、流量、热值信息采集：经过脱水的可燃气在抽气泵(14)的作用下，被送入累计流量计(9)和干气热值仪(10)，通过软管上的热电偶(13)、累计流量计(9)和干气热值仪(10)测出温度、累计流量与干气热值，信号传送至处理器(11)。
7.如权利要求3所述的测量生物质气化热燃气实际热值的方法，其特征是所述步骤（4）数据处理：
体积V为：V=m*1.677 (1)
根据P*V/T=P1*V1/T1 (2)
将累计流量Q转化为100℃的累计流量Q1：Q1=(273+100)*Q/T(3)
则实际热值Q实为：Q实=(Q1+V)*q/Q1(4)
其中，m是质量增量，Q是累计流量，q是干气热值，T是温度，1.677为水蒸气比容，Q1是100℃的累计流量；
处理完成后处理器(11)将所有信号处理后传送至显示器(12)显示。
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