CN111503628B - 燃气锅炉烟气再循环率的测量方法 - Google Patents

燃气锅炉烟气再循环率的测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于质量流量比的燃气锅炉烟气再循环率的测量方法，测量燃气锅炉排出的烟气的氧气体积分数、二氧化碳体积分数和进入燃气锅炉的空气与烟气混合气中的氧气体积分数、二氧化碳体积分数；根据氧气体积分数和二氧化碳体积分数，分别计算烟气的氧气质量分数以及空气与烟气混合气中的氧气质量分数；根据空气与烟气混合气中氧质量浓度守恒和烟气中氧浓度进一步计算烟气再循环率。本发明通过测量结合公式推导，得到质量流量比值定义的燃气锅炉烟气再循环率，解决了大功率燃气锅炉烟气管道管径大，测量难度高且测量精度低的问题。本测量方法减小了测量对管道内流场的影响，减小了测量结果的误差，提高了再循环率测量的准确性。

Description

燃气锅炉烟气再循环率的测量方法
技术领域
本发明涉及燃气锅炉烟气再循环燃烧技术领域，是一种基于质量流量比的烟气再循环率的精准测量方法。
背景技术
烟气再循环燃烧技术在燃气锅炉、燃煤锅炉和汽车发动机系统中均有应用。烟气再循环技术通过降低火焰温度，使燃烧室内不易出现局部高温，能够有效降低NOx生成，但烟气再循环量的精准测量仍是亟待解决的问题。
锅炉的烟气状况较为复杂，大多数流量计无法适应腐蚀、高温、高湿等复杂烟气条件的变化，尤其是安装在烟气管道内的流量计，不仅影响仪器使用寿命，而且在管道内造成较大压降，影响锅炉正常运行。对于大功率工业燃气锅炉，烟气流量大、烟道管径大，且烟道断面流速分布不均匀，因此烟气再循环率测量方法有待提高。
发明内容
为了克服上述现有测量方法的不足，本发明提供了一种燃气锅炉质量流量比值定义的烟气再循环率间接测量方法，该方法避免了在烟气管道内安装流量计，降低了对测量仪器的要求，而且能够适应锅炉运行过程中压力波动较大的情况，提高测量稳定性。
为了实现本发明的目的，本发明的技术方案如下：
一种燃气锅炉烟气再循环率的测量方法，
测量燃气锅炉排出的烟气的氧气体积分数
Figure GDA0002804465500000011
二氧化碳体积分数
Figure GDA0002804465500000012
和进入燃气锅炉的空气与烟气混合气中的氧气体积分数
Figure GDA0002804465500000013
二氧化碳体积分数
Figure GDA0002804465500000014
根据氧气体积分数和二氧化碳体积分数，按公式(1)和公式(2)分别计算烟气的氧气质量分数
Figure GDA0002804465500000015
以及空气与烟气混合气中的氧气质量分数
Figure GDA0002804465500000016
Figure GDA0002804465500000017
Figure GDA0002804465500000018
对通入燃气锅炉的燃气进行组分分析，按照公式(3)计算每立方米干燃气需要的理论空气量
Figure GDA0002804465500000021
按公式(4)计算每立方米干燃气在过量空气系数α时燃烧产生的干烟气质量
Figure GDA0002804465500000022
按公式(5)计算每立方米干燃气完全燃烧所需理论干空气质量
Figure GDA0002804465500000023
式中
Figure GDA0002804465500000024
为燃气中组分i的体积分数；
Figure GDA0002804465500000025
Figure GDA0002804465500000026
Figure GDA0002804465500000027
式中，p、q均为正整数；
根据空气与烟气混合气中氧质量浓度守恒得到式(6)，根据整个测试系统氧气质量流量守恒得到式(7)，式(8)为在干燃气流量为Vg m3时的干烟气质量mf.dry
Figure GDA0002804465500000028
Figure GDA0002804465500000029
Figure GDA00028044655000000210
式中mf.dry为干燃气流量为Vg时的干烟气质量；ma.dry为干燃气流量为Vg时的干空气质量；结合式(6)、式(7)、式(8)计算得到燃气锅炉烟气再循环率r表达式(9)：
Figure GDA00028044655000000211
进一步地，按照公式(10)计算过量空气系数α：
Figure GDA00028044655000000212
进一步地，利用烟气分析仪测量空气与烟气混合气中的氧气体积分数
Figure GDA00028044655000000213
二氧化碳体积分数
Figure GDA00028044655000000214
进一步地，利用烟气分析仪测量烟气的氧气体积分数
Figure GDA00028044655000000215
二氧化碳体积分数
Figure GDA00028044655000000216
进一步地，测量空气与烟气混合气的烟气分析仪布置在靠近用于容纳空气与烟气混合气的空气-烟气混合腔的出口端。
进一步地，测量烟气的烟气分析仪布置在燃气锅炉的烟道尾部靠近再循环烟气管道的位置。
进一步地，利用气象色谱仪对通入燃气锅炉的燃气进行组分分析。
进一步地，所述气象色谱仪测量的气体取样设置在燃气锅炉的燃气入口处。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.适用于不同功率的燃气锅炉，解决了大功率燃气锅炉烟气管道管径大，测量难度高且测量精度低的问题。
2.本测量方法不需要在管道内安装阻力较大的流量计，减小测量对管道内流场的影响。
3.本测量方法考虑了天然气各组分浓度的不同，减小测量结果的误差。
4.采用再循环烟气的质量流量与总烟气质量流量的比值来定义烟气再循环率，从而消除气体体积因温度不同而造成的影响，从而提高了再循环率测量的准确性。
5.测量方法中需要测量的物理量均为工程上常见易测量的物理量，测量设备的价格在可接受范围内，减少了测量成本且提高了测量可行性。
附图说明
图1为本发明燃气锅炉烟气再循环率的测量实施示意图；
图中：1空气-烟气混合腔；2烟道尾部；3空气入口；4燃气入口；5鼓风机；6再循环烟气管道；7燃气锅炉。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，结合附图对本发明进一步说明。
如图1所示，本实施例中，燃气锅炉7的空气入口3处设置鼓风机5，由鼓风机5将从空气入口3进入的空气与从燃气入口4进入的燃气吹入空气-烟气混合腔1中进行混合，再送入燃气锅炉7中。燃气锅炉7的烟道尾部2设置一条经再循环烟气管道6与空气入口3相连通的支路，将从燃气锅炉7排出的烟气中的一部分通过再循环烟气管道6、空气入口3、空气-烟气混合腔1再次进入燃气锅炉7形成循环。
在靠近空气-烟气混合腔1的出口端布置烟气分析仪，用于测量空气-烟气混合气中的氧气体积分数、二氧化碳体积分数。
在燃气锅炉7的烟道尾部2靠近再循环烟气管道6的位置布置烟气分析仪，用于测量排烟处氧气体积分数、二氧化碳体积分数。
检测燃气入口4处燃气组分及各燃气组分浓度分别为：
Figure GDA0002804465500000031
Figure GDA0002804465500000041
Figure GDA0002804465500000042
在烟道尾部2处安装烟气分析仪，测量得到排烟处氧气体积分数
Figure GDA0002804465500000043
二氧化碳体积分数
Figure GDA0002804465500000044
在空气-烟气混合腔1处安装烟气分析仪，测量空气-烟气混合气中的氧气体积分数
Figure GDA0002804465500000045
二氧化碳体积分数
Figure GDA0002804465500000046
Figure GDA0002804465500000047
按公式(10)计算过量空气系数α；
Figure GDA0002804465500000048
按公式(1)和公式(2)计算排烟和空气-烟气混合气中的氧气质量分数
Figure GDA0002804465500000049
和
Figure GDA00028044655000000410
Figure GDA00028044655000000411
Figure GDA00028044655000000412
利用气象色谱仪对燃气入口4处通入锅炉的燃气进行组分分析，按照公式(3)计算每立方米干燃气需要的理论空气量
Figure GDA00028044655000000413
按公式(5)计算每立方米干燃气在过量空气系数α时燃烧产生的干烟气质量
Figure GDA00028044655000000414
按公式(6)计算每立方米干燃气完全燃烧所需理论干空气质量
Figure GDA00028044655000000415
式中
Figure GDA00028044655000000416
为燃气中组分i的体积分数；
Figure GDA00028044655000000417
Figure GDA00028044655000000418
Figure GDA00028044655000000419
式中，p、q均为正整数。
根据空气-烟气混合处氧质量浓度守恒得到式(6)，，根据整个测试系统氧气质量流量守恒得到式(7)，式(8)为在干燃气流量为Vg m3时的干烟气质量mf.dry(kg)
Figure GDA00028044655000000420
Figure GDA00028044655000000421
Figure GDA0002804465500000051
式中mf.dry为干燃气流量为Vg时的干烟气质量；ma.dry为干燃气流量为Vg时的干空气质量；结合式(6)、式(7)、式(8)计算得到燃气锅炉烟气再循环率r表达式(9)：
Figure GDA0002804465500000052

Claims (8)

1.燃气锅炉烟气再循环率的测量方法，其特征在于，
测量燃气锅炉排出的烟气的氧气体积分数
Figure FDA0002804465490000011
二氧化碳体积分数
Figure FDA0002804465490000012
和进入燃气锅炉的空气与烟气混合气中的氧气体积分数
Figure FDA0002804465490000013
二氧化碳体积分数
Figure FDA0002804465490000014
根据氧气体积分数和二氧化碳体积分数，按公式(1)和公式(2)分别计算烟气的氧气质量分数
Figure FDA0002804465490000015
以及空气与烟气混合气中的氧气质量分数
Figure FDA0002804465490000016
Figure FDA0002804465490000017
Figure FDA0002804465490000018
对通入燃气锅炉的燃气进行组分分析，按照公式(3)计算每立方米干燃气需要的理论空气量
Figure FDA0002804465490000019
按公式(4)计算每立方米干燃气在过量空气系数α时燃烧产生的干烟气质量
Figure FDA00028044654900000110
按公式(5)计算每立方米干燃气完全燃烧所需理论干空气质量
Figure FDA00028044654900000111
式中
Figure FDA00028044654900000112
为燃气中组分i的体积分数；
Figure FDA00028044654900000113
Figure FDA00028044654900000114
Figure FDA00028044654900000115
式中，p、q均为正整数；
根据空气与烟气混合气中氧质量浓度守恒得到式(6)，根据整个测试系统氧气质量流量守恒得到式(7)，式(8)为在燃气流量为Vg时的干烟气质量mf.dry
Figure FDA00028044654900000116
Figure FDA00028044654900000117
Figure FDA00028044654900000118
式中mf.dry为干燃气流量为Vg时的干烟气质量；ma.dry为干燃气流量为Vg时的干空气质量；结合式(6)、式(7)、式(8)计算得到燃气锅炉烟气再循环率r表达式(9)：
Figure FDA0002804465490000021
2.根据权利要求1所述的燃气锅炉烟气再循环率的测量方法，其特征在于，按照公式(10)计算过量空气系数α：
Figure FDA0002804465490000022
3.根据权利要求1所述的燃气锅炉烟气再循环率的测量方法，其特征在于，利用烟气分析仪测量空气与烟气混合气中的氧气体积分数
Figure FDA0002804465490000023
二氧化碳体积分数
Figure FDA0002804465490000024
4.根据权利要求1所述的燃气锅炉烟气再循环率的测量方法，其特征在于，利用烟气分析仪测量烟气的氧气体积分数
Figure FDA0002804465490000025
二氧化碳体积分数
Figure FDA0002804465490000026
5.根据权利要求3所述的燃气锅炉烟气再循环率的测量方法，其特征在于，测量空气与烟气混合气的烟气分析仪布置在靠近用于容纳空气与烟气混合气的空气-烟气混合腔的出口端。
6.根据权利要求4所述的燃气锅炉烟气再循环率的测量方法，其特征在于，测量烟气的烟气分析仪布置在燃气锅炉的烟道尾部靠近再循环烟气管道的位置。
7.根据权利要求1所述的燃气锅炉烟气再循环率的测量方法，其特征在于，利用气象色谱仪对通入燃气锅炉的燃气进行组分分析。
8.根据权利要求7所述的燃气锅炉烟气再循环率的测量方法，其特征在于，所述气象色谱仪设置在燃气锅炉的燃气入口处。
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