CN111830192A - 一种混空燃气燃烧性能测试系统及其测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及多种烃混空燃气燃烧性能测试技术领域，具体涉及一种混空燃气燃烧性能测试系统及其测试方法。本测试系统包括混合烃回路、空气回路、热循环回路及测试管路，所述混合烃回路、空气回路、热循环回路及测试管路上均布置有用于实现流量测量、温度测量及压力测量的测试单元。本测试系统能为混空燃气制气工艺过程中各影响因素单一作用或多元作用下对混合燃气燃烧性能影响提供完善的硬件测试平台，最终为多种烃混空燃气装置的研制提供精准数据支持；本发明的另一个目的在于提供一种基于上述混空燃气燃烧性能测试系统的测试方法，以确保测试效率。

Description

一种混空燃气燃烧性能测试系统及其测试方法
技术领域
本发明涉及多种烃混空燃气燃烧性能测试技术领域，具体涉及一种混空燃气燃烧性能测试系统及其测试方法。
背景技术
混空燃气是以C5为主的多种混合烃液体燃料，其气态热值约在37495.9kcal/m3，使用中需混入一定比例空气，以使其热值控制在5500～9500kcal/m3的范围内。混空燃气来源丰富，具有安全系数高、投资少、周期短、价格适中等优势，符合综合利用，节能、环保的要求，作为替代能源可与液化石油气、人工煤气、天然气三项常规能源相媲美，因此合理开发和综合利用混合烃原料可有效降低大气环境污染、提高社会能源利用效率，对于缓解我国当前能源紧缺的现状，具有极其重要的促进作用。
实践证明，向装有液态烃燃料储罐内鼓入空气，液态烃蒸发附着在空气泡表面形成混空燃气，经过管道输送至燃烧设备，这一制气工艺具有广阔应用前景。然而，由于制气过程中各影响因素如空气流量温度、混合烃流量温度、混合烃组分、空气分布器结构等，在单一作用或多元作用下对制气过程的影响尚不明确，无法根据现场条件实时精准控制混空燃气中的烃含量，因此混空燃气制气工艺过程中各影响因素单一作用或多元作用下对混合燃气燃烧性能影响的研究工作亟待开展。
发明内容
本发明的其中一个目的是克服上述现有技术的不足，提供一种结构合理而实用的混空燃气燃烧性能测试系统，从而能为混空燃气制气工艺过程中各影响因素单一作用或多元作用下对混合燃气燃烧性能影响提供完善的硬件测试平台，最终为多种烃混空燃气装置的研制提供精准数据支持；本发明的另一个目的在于提供一种基于上述混空燃气燃烧性能测试系统的测试方法，从而确保测试效率。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种混空燃气燃烧性能测试系统，其特征在于：本测试系统包括混合烃回路、空气回路及热循环回路，其中：
混合烃回路：包括烃物料罐，烃物料罐的出料口处沿轻烃行进方向依序布置手动阀门V1、烃循环泵，手动阀门V2及止回阀CV1，止回阀CV1的出口连通混空燃气储罐；混合烃回路还包括调节阀FV1，所述调节阀FV1桥接于手动阀门V2出口与手动阀门V1出口之间；
空气回路：包括风机，所述风机的出口经由手动阀门V21连通至空气缓冲罐的气路入口，空气缓冲罐的其中一个气路出口经由调节阀FV21连通至风机进口，空气缓冲罐的另一个气路出口依序经气动开关阀XV21、手动阀门V22及止回阀CV21后连通至混空燃气储罐处；
热循环回路，用于实现混空燃气储罐内混空燃气及空气缓冲罐内空气的在线加热功能；
本测试系统还包括测试管路，所述测试管路包括对混合烃回路及混空燃气储罐抽真空的真空泵、用于混空燃气中烃含量进行检测的氧含量分析仪、用于对混空燃气中烃组分含量进行检测的气相色谱仪以及燃烧器；所述混空燃气储罐的出口经由止回阀CV22、手动阀门V23及手动阀门V24而连通燃烧器进气口，所述混空燃气储罐的出口经由止回阀CV22、手动阀门V23及手动阀门V25而分别连通所述真空泵、氧含量分析仪及气相色谱仪；
所述混合烃回路、空气回路、热循环回路及测试管路上均布置有用于实现流量测量、温度测量及压力测量的测试单元。
优选的，热循环回路由混空燃气加热回路与空气加热回路组成；混空燃气加热回路中，热水由电加热水箱处起，依序经由手动阀门V31、热水循环泵、手动阀门V33、混空燃气储燃气储罐、手动阀门V34及手动阀门V37后再回流至电加热水箱；空气加热回路中，热水经由电加热水箱处起，依序经由手动阀门V31、热水循环泵、调节阀FV31、手动阀门V35、空气缓冲罐、手动阀门V36、手动阀门V37后回流至电加热水箱；手动阀门V37进口与热水循环泵出口之间桥接有手动阀门V32。
优选的，所述测试单元包括流量测试组件、压力测试组件及温度测试组件，其中：
流量测试组件包括布置于止回阀CV1与混空燃气储罐之间的流量计F1、布置于气动开关阀XV21与手动阀门V22之间的流量计F2、布置于手动阀门V23出口处的用于计算混空燃气储罐出口的混空燃气总流量的流量计F3以及分置于调节阀FV31的进口及出口处的用于计算热水总流量的流量计F4及用于计算单独进入空气缓冲罐内热水流量的流量计F5；
所述压力测试组件包括用于测试烃物料罐内烃压力的压力计P1、布置于风机与手动阀门V21之间的压力计P2、用于测试空气缓冲罐内气路压力的压力计P3、位于气动开关阀XV21与流量计F2之间的压力计P4、位于手动阀门V23与流量计F3之间的压力计P5、布置于手动阀门V33与混空燃气储罐之间的压力计P6、布置于手动阀门V34与混空燃气储罐之间的压力计P7、布置于手动阀门V35与空气缓冲罐之间的压力计P8、布置于手动阀门V36与空气缓冲罐之间的压力计P9以及用于测试混空燃气储罐内压力的压力计P10；
所述温度测试组件包括用于测试烃物料罐内烃温度的温度计T1、布置于手动阀门V21与空气缓冲罐之间的温度计T2、用于测试空气缓冲罐内气路温度的温度计T3、位于气动开关阀XV21与流量计F2之间的温度计T4、位于手动阀门V23与流量计F3之间的温度计T5、布置于手动阀门V33与混空燃气储罐之间的温度计T6、布置于手动阀门V34与混空燃气储罐之间的温度计T7、布置于手动阀门V35与空气缓冲罐之间的温度计T8、布置于手动阀门V36与空气缓冲罐之间的温度计T9以及用于测试混空燃气储罐内温度的温度计T10和温度计T11；在所述温度计T10和温度计T11之间桥接有混合烃液位计LG。
优选的，所述烃循环泵为隔膜泵。
优选的，混空燃气储罐内布置有用于保证空气均匀通过烃介质液相空间的气体分布器。
优选的，一种应用所述混空燃气燃烧性能测试系统的测试方法，其特征在于包括以下步骤：
1)、测试开始前，对混合烃回路及混空燃气储罐进行抽真空至10Pa左右，并开启烃循环泵对混空燃气储罐进行充装介质至指定试验工况；
2)、开启气动开关阀XV21、手动阀门V21、手动阀门V22、手动阀门V23及手动阀门V24，设定风机的工作频率，调整空气加热回路处热水流量，空气缓冲罐内空气被预热至试验工况，并经管路进入混空燃气储罐底部进行鼓泡；
3)、由于烃介质在气泡内和液面上向气相蒸发，形成混空燃气，烃混空燃气经管路导出至燃烧器，之后开启手动阀门V25，对混空燃气进行取样，通过氧含量分析仪对混空燃气氧含量进行检测，根据检测结果计算混空燃气内烃含量；待混空燃气内烃含量满足要求后，通过气相色谱仪对混空燃气中各烃组分含量进行检测，计算混空燃气的燃烧热值、华白数，并通过分布于系统内的各测试单元记录在稳定工况下的各测试点的压力、温度及流量值。
优选的，测试过程中，可通过烃循环泵的变频调节及混合烃回路处测试单元与调节阀FV1的协同控制，来调节混空燃气储罐内烃介质液位至指定工况值；调节风机的工作频率，同时通过调节阀FV21及空气回路处测试单元来连锁控制空气流量至指定工况值；调节热水循环泵的工作频率，同时通过调节阀FV31及热循环回路处测试单元的连锁控制，使混空燃气储罐内的液态烃温度及空气缓冲罐出口的空气温度稳定至指定工况值；待上述各项工况值稳定后，方才记录整个系统的各测试点的压力、温度及流量值。
本发明的有益效果在于：
1)、本系统可以模拟空气鼓泡制多种烃混空燃气的工艺过程。
2)、测试开始前，通过真空泵对系统进行抽真空，可保证介质的纯度及系统的安全性；同时具有流量调节单元，可以满足不同空气流量、不同轻烃流量条件下的试验工况；并具有温度调节单元，可以实现不同空气温度、不同轻烃温度条件下的试验工况。
3)、由于混空燃气储罐内置空气分布器，因此可开展不同空气分布器结构对制气过程的影响性研究。
4)、设置氧含量分析仪，保证试验系统的安全性；设置了气相色谱仪，可以对混空燃气中烃组分进行检测，可计算混空燃气的燃烧热值、华白数。
显然的，通过上述结构，本发明能够自成独立的立体试验平台，从而能多次的重复性再现空气鼓泡制烃混空燃气过程，进而在线的开展包括混合烃温度、混合烃流量、混合烃组分、空气温度、空气流量、空气分布器结构等在内的多种因素单一作用或多元作用下对鼓泡制烃混空燃气工艺过程的影响性研究，以便形成混空燃气燃烧性能与各影响因素间的关联式，并可根据现场条件对混空燃气的制气过程进行实时精准调控，最终为多种烃混空燃气装置的研制提供精准数据支持。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图。
本发明各标号与部件名称的实际对应关系如下：
1-烃物料罐 2-烃循环泵 3-风机 4-空气缓冲罐
5-混空燃气储罐 6-真空泵 7-氧含量分析仪 8-气相色谱仪
9-燃烧器 10-电加热水箱 11-热水循环泵
具体实施方式
为便于理解，此处对本发明的具体结构及工作流程作以下进一步描述：
本发明的具体实施结构可参照图1所示，整个系统由混合烃回路、空气回路、热循环回路及测试管路组成，其中：
所述混合烃回路包括通过管路依次连接的烃物料罐1、手动阀门V1、烃循环泵2、手动阀门V2、止回阀CV1、流量计F1，流量计F1的出口连接混空燃气储罐5；同时，调节阀FV1则桥接于手动阀门V2出口与手动阀门V1出口之间，以形成回路。烃物料罐1处布置有用于测量内部温度及压力的温度计T1及压力计P1。
所述空气回路包括通过管路依次连接的风机3、压力计P2、手动阀门V21、温度计T2，温度计T2的出口连接空气缓冲罐4；空气缓冲罐4的其中一个气路出口经由调节阀FV21连接至风机3处，以形成回路。空气缓冲罐4的另一个气路出口通过管路依次连接气动开关阀XV21、温度计T4、压力计P4、流量计F2、手动阀门V22及止回阀CV21，最终连通至混空燃气储罐5处。空气缓冲罐5上则布置用于检测罐内压力及温度的压力计P3和温度计T3。
所述热循环回路由混空燃气加热回路与空气加热回路组成.混空燃气加热回路中，热水由电加热水箱10处起，依序经由手动阀门V31、热水循环泵11、流量计F4、手动阀门V33、压力计P6、温度计T6、混空燃气储燃气储罐5、压力计P7、温度计T7、手动阀门V34及手动阀门V37后再回流至电加热水箱10。空气加热回路中，热水经由电加热水箱10处起，依序经由手动阀门V31、热水循环泵11、流量计F4、调节阀FV31、流量计F5、手动阀门V35、压力计P8、温度计T8、空气缓冲罐4、压力计P9、温度计P9、手动阀门V36、手动阀门V37后回流至电加热水箱10；手动阀门V37进口与热水循环泵11出口之间桥接有手动阀门V32。
所述测试管路包括对混合烃回路及混空燃气储罐5抽真空的真空泵6、用于混空燃气中烃含量进行检测的氧含量分析仪7、用于对混空燃气中烃组分含量进行检测的气相色谱仪8以及燃烧器9。混空燃气储罐5的出口经由止回阀CV22、手动阀门V23、压力计P5、温度计T5、流量计F3、手动阀门V24而连通燃烧器9进气口。所述混空燃气储罐5的出口还经由止回阀CV22、手动阀门V23、压力计P5、温度计T5、流量计F3及手动阀门V25而分别连通所述真空泵6、氧含量分析仪7及气相色谱仪8。混空燃气储罐5处则布置用于检测罐内压力及温度的压力计P10及温度计T11和温度计T12，温度计T11和温度计T12之间桥接有混合烃液位计LG。
本测试系统的实际测试流程包括以下步骤：
1)、测试开始前，对混合烃回路及混空燃气储罐进行抽真空至10Pa左右，并开启烃循环泵对混空燃气储罐进行充装介质至指定试验工况；
2)、开启气动开关阀XV21、手动阀门V21、手动阀门V22、手动阀门V23及手动阀门V24，设定风机的工作频率，调整空气加热回路处热水流量，空气缓冲罐内空气被预热至试验工况，并经管路进入混空燃气储罐底部进行鼓泡；
3)、由于烃介质在气泡内和液面上向气相蒸发，形成混空燃气，烃混空燃气经管路导出至燃烧器，之后开启手动阀门V25，对混空燃气进行取样，通过氧含量分析仪对混空燃气氧含量进行检测，根据检测结果计算混空燃气内烃含量；待混空燃气内烃含量满足要求后，通过气相色谱仪对混空燃气中各烃组分含量进行检测，计算混空燃气的燃烧热值、华白数，并通过分布于系统内的各测试单元记录在稳定工况下的各测试点的压力、温度及流量值。
在以上的测试过程中，可通过热循环回路中相应阀路的启闭调整及相应测试单元的联动控制，来实现对混空燃气储罐5内混空燃气及空气缓冲罐4内空气的温度调整功能。可通过烃循环泵的变频调节及混合烃回路处测试单元与调节阀FV1的协同控制，来调节混空燃气储罐5内烃介质液位至指定工况值。调节风机3的工作频率，同时通过调节阀FV21及空气回路处测试单元来连锁控制空气流量至指定工况值；调节热水循环泵11的工作频率，同时通过调节阀FV31及热循环回路处测试单元的连锁控制，使混空燃气储罐5内的液态烃温度及空气缓冲罐4出口的空气温度稳定至指定工况值。待上述各项工况值稳定后，记录整个系统的各测试点的压力、温度及流量值。
当然，实际操作时，烃物料罐1及混空燃气储罐5处均应当布置安全阀SV及相应的排放口，以实现安全使用目的。
在上述测试流程中，本测试系统通过设置真空泵6来对混合烃回路及混空燃气储罐5抽真空，以保证介质的纯度及系统的安全性。而风机3出口设置了空气缓冲罐4，实现测试系统内压力的稳定控制。空气缓冲罐4可采用内置盘管的结构，通过改变盘管内热水流量，来实现空气温度的稳定控制。
烃循环泵6可采用隔膜泵，隔膜泵不需要润滑，密封性能好，输送介质不与任何润滑剂接触，不会产生任何污染，保证轻烃介质的纯度。烃循环泵6出口设置了调节阀FV1，通过调节阀FV1及流量计F1的连锁控制，可实现烃介质流量的精确控制。
混空燃气储罐5内可布置气体分布器，以保证空气均匀通过烃介质液相空间。混空燃气储罐5采用内置U型管的结构，通过调整进出U型管内热水的流量，实现混空燃气储罐5内烃介质温度的稳定控制。
此外的，本测试系统还设置了氧含量分析仪7对混空燃气进行检测，待混空燃气中烃含量高于其爆炸极限两倍以上，再将混空燃气送至燃烧器燃烧，保证系统的安全。设置了气相色谱仪8对混空燃气烃组分含量进行检测，根据检测结果计算混空燃气的燃烧热值、华白数。
热循环回路的设计，可通过一套热循环回路即可同时满足混空燃气储罐5内轻介质温度及空气缓冲罐4内空气温度的调节，减少设备投资。调节热水循环泵11的工作频率，同时通过调节阀FV31及各温度计的连锁控制，可使混空燃气储罐5内的液态烃温度及空气缓冲罐4出口的空气温度稳定至所需工况值。
当然，以上为本发明的其中一种具体的实施例。实际操作时，对作为开关件的各手动阀门的类型的等同替换，如转而采用电动阀门结构来替代手动阀门等，又或增删氧含量分析仪7等功能件而起到本测试系统功能的扩充或删减，甚至本测试系统所针对的可以为多种烃混空燃气而并不仅仅是混空轻烃燃气等等，这类在已知本测试系统结构功能基础上的常规结构改变或应用，均应当作为等同或相似设计而落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种混空燃气燃烧性能测试系统，其特征在于：本测试系统包括混合烃回路、空气回路及热循环回路，其中：
混合烃回路：包括烃物料罐(1)，烃物料罐(1)的出料口处沿轻烃行进方向依序布置手动阀门V1、烃循环泵(2)，手动阀门V2及止回阀CV1，止回阀CV1的出口连通混空燃气储罐(5)；混合烃回路还包括调节阀FV1，所述调节阀FV1桥接于手动阀门V2出口与手动阀门V1出口之间；
空气回路：包括风机(3)，所述风机(3)的出口经由手动阀门V21连通至空气缓冲罐(4)的气路入口，空气缓冲罐(4)的其中一个气路出口经由调节阀FV21连通至风机(3)进口，空气缓冲罐(4)的另一个气路出口依序经气动开关阀XV21、手动阀门V22及止回阀CV21后连通至混空燃气储罐(5)处；
热循环回路，用于实现混空燃气储罐(5)内混空燃气及空气缓冲罐(4)内空气的在线加热功能；
本测试系统还包括测试管路，所述测试管路包括对混合烃回路及混空燃气储罐(5)抽真空的真空泵(6)、用于混空燃气中烃含量进行检测的氧含量分析仪(7)、用于对混空燃气中烃组分含量进行检测的气相色谱仪(8)以及燃烧器(9)；所述混空燃气储罐(5)的出口经由止回阀CV22、手动阀门V23及手动阀门V24而连通燃烧器(9)进气口，所述混空燃气储罐(5)的出口经由止回阀CV22、手动阀门V23及手动阀门V25而分别连通所述真空泵(6)、氧含量分析仪(7)及气相色谱仪(8)；
所述混合烃回路、空气回路、热循环回路及测试管路上均布置有用于实现流量测量、温度测量及压力测量的测试单元。
2.根据权利要求1所述的一种混空燃气燃烧性能测试系统，其特征在于：热循环回路由混空燃气加热回路与空气加热回路组成；混空燃气加热回路中，热水由电加热水箱(10)处起，依序经由手动阀门V31、热水循环泵(11)、手动阀门V33、混空燃气储燃气储罐(5)、手动阀门V34及手动阀门V37后再回流至电加热水箱(10)；空气加热回路中，热水经由电加热水箱(10)处起，依序经由手动阀门V31、热水循环泵、调节阀FV31、手动阀门V35、空气缓冲罐(4)、手动阀门V36、手动阀门V37后回流至电加热水箱(10)；手动阀门V37进口与热水循环泵(11)出口之间桥接有手动阀门V32。
3.根据权利要求1或2所述的一种混空燃气燃烧性能测试系统，其特征在于：所述测试单元包括流量测试组件、压力测试组件及温度测试组件，其中：
流量测试组件包括布置于止回阀CV1与混空燃气储罐(5)之间的流量计F1、布置于气动开关阀XV21与手动阀门V22之间的流量计F2、布置于手动阀门V23出口处的用于计算混空燃气储罐(5)出口的混空燃气总流量的流量计F3以及分置于调节阀FV31的进口及出口处的用于计算热水总流量的流量计F4及用于计算单独进入空气缓冲罐(4)内热水流量的流量计F5；
所述压力测试组件包括用于测试烃物料罐(1)内烃压力的压力计P1、布置于风机(3)与手动阀门V21之间的压力计P2、用于测试空气缓冲罐(4)内气路压力的压力计P3、位于气动开关阀XV21与流量计F2之间的压力计P4、位于手动阀门V23与流量计F3之间的压力计P5、布置于手动阀门V33与混空燃气储罐(5)之间的压力计P6、布置于手动阀门V34与混空燃气储罐(5)之间的压力计P7、布置于手动阀门V35与空气缓冲罐(4)之间的压力计P8、布置于手动阀门V36与空气缓冲罐(4)之间的压力计P9以及用于测试混空燃气储罐(5)内压力的压力计P10；
所述温度测试组件包括用于测试烃物料罐(1)内烃温度的温度计T1、布置于手动阀门V21与空气缓冲罐(4)之间的温度计T2、用于测试空气缓冲罐(4)内气路温度的温度计T3、位于气动开关阀XV21与流量计F2之间的温度计T4、位于手动阀门V23与流量计F3之间的温度计T5、布置于手动阀门V33与混空燃气储罐(5)之间的温度计T6、布置于手动阀门V34与混空燃气储罐(5)之间的温度计T7、布置于手动阀门V35与空气缓冲罐(4)之间的温度计T8、布置于手动阀门V36与空气缓冲罐(4)之间的温度计T9以及用于测试混空燃气储罐(5)内温度的温度计T10和温度计T11；在所述温度计T10和温度计T11之间桥接有混合烃液位计LG。
4.根据权利要求1或2所述的一种混空燃气燃烧性能测试系统，其特征在于：所述烃循环泵(2)为隔膜泵。
5.根据权利要求1或2所述的一种混空燃气燃烧性能测试系统，其特征在于：混空燃气储罐(5)内布置有用于保证空气均匀通过烃介质液相空间的气体分布器。
6.一种应用权利要求3所述混空燃气燃烧性能测试系统的测试方法，其特征在于包括以下步骤：
1)、测试开始前，对混合烃回路及混空燃气储罐(5)进行抽真空至10Pa左右，并开启烃循环泵(2)对混空燃气储罐(5)进行充装介质至指定试验工况；
2)、开启气动开关阀XV21、手动阀门V21、手动阀门V22、手动阀门V23及手动阀门V24，设定风机(3)的工作频率，调整空气加热回路处热水流量，空气缓冲罐(4)内空气被预热至试验工况，并经管路进入混空燃气储罐(5)底部进行鼓泡；
3)、由于烃介质在气泡内和液面上向气相蒸发，形成混空燃气，烃混空燃气经管路导出至燃烧器(9)，之后开启手动阀门V25，对混空燃气进行取样，通过氧含量分析仪(7)对混空燃气氧含量进行检测，根据检测结果计算混空燃气内烃含量；待混空燃气内烃含量满足要求后，通过气相色谱仪(8)对混空燃气中各烃组分含量进行检测，计算混空燃气的燃烧热值、华白数，并通过分布于系统内的各测试单元记录在稳定工况下的各测试点的压力、温度及流量值。
7.根据权利要求6所述的一种测试方法，其特征在于：测试过程中，可通过烃循环泵(2)的变频调节及混合烃回路处测试单元与调节阀FV1的协同控制，来调节混空燃气储罐(5)内烃介质液位至指定工况值；调节风机(3)的工作频率，同时通过调节阀FV21及空气回路处测试单元来连锁控制空气流量至指定工况值；调节热水循环泵(11)的工作频率，同时通过调节阀FV31及热循环回路处测试单元的连锁控制，使混空燃气储罐(5)内的液态烃温度及空气缓冲罐(4)出口的空气温度稳定至指定工况值；待上述各项工况值稳定后，方才记录整个系统的各测试点的压力、温度及流量值。
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