CN113883518A - 一种燃料混合配比可调整的天然气掺氢燃烧系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料混合配比可调整的天然气掺氢燃烧系统及方法，天然气主管路系统与氢气主管路系统的结构相同，均包括通过管路依次连接的空压机、止回阀和流量调节阀，流量调节阀的出口设有流量计，空压机、流量调节阀和流量计均与PLC控制系统连接；天然气主管路系统与氢气主管路系统的出口与混流燃烧系统的入口连接；烟气污染物浓度检测单元与PLC控制系统连接。该系统可进行天然气、氢气两种燃料指定配比的混合，同时可根据反馈至PLC控制系统的烟气中氮氧化物及二氧化碳浓度的数据，动态调整两种燃料的混合配比，使混合燃料送往气体燃烧器进行充分燃烧后，污染气体生成量满足或优于环保排放要求。

Description

一种燃料混合配比可调整的天然气掺氢燃烧系统及方法
技术领域
本发明属于天然气掺氢燃烧系统技术领域，具体涉及一种燃料混合配比可调整的天然气掺氢燃烧系统及方法。
背景技术
天然气、氢气作为清洁能源在能源消耗中不断增加，在发电、供暖等领域都出现了替代煤炭的现象。增加氢能在能源消耗中的应用比率能有效应对全球气候变化、降低碳排放。但由于纯氢的大规模利用还存在诸多技术难题，目前还处于将氢气应用在掺混燃烧中的阶段。天然气掺氢气的清洁能源的应用是化石能源向纯氢能源过渡的有效方案。
相较于全部燃用天然气，燃气燃烧器在燃用天然气掺氢气的清洁能源时，氮氧化物及二氧化碳排放量均有所降低。燃气锅炉在实际运行过程中，随着负荷变化，污染气体生成浓度发生变化，在低负荷时运行时容易发生污染气体排放超标的情况，该问题亟需解决。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种燃料混合配比可调整的天然气掺氢燃烧系统及方法，本发明能够在燃气锅炉变负荷运行时，对天然气和氢气两种燃料的配比进行动态跟踪控制，使锅炉在低负荷时运行时污染气体排放达标，进而实现燃气锅炉全负荷环保排放。
本发明采用的技术方案如下：
一种燃料混合配比可调整的天然气掺氢燃烧系统，包括天然气主管路系统、氢气主管路系统、混流燃烧系统、PLC控制系统以及烟气污染物浓度检测单元；
天然气主管路系统与氢气主管路系统的结构相同，均包括通过管路依次连接的空压机、止回阀和流量调节阀，流量调节阀的出口设有流量计，空压机、流量调节阀和流量计均与PLC控制系统连接；
天然气主管路系统与氢气主管路系统的出口与混流燃烧系统的入口连接；
烟气污染物浓度检测单元与PLC控制系统连接。
优选的，天然气主管路系统与氢气主管路系统中，在天然气主管路系统与氢气主管路系统入口的管路上设有关型电磁阀，关型电磁阀与PLC控制系统连接。
优选的，天然气主管路系统与氢气主管路系统中，空压机的入口和出口均设有压力表，所述压力表与PLC控制系统连接。
优选的，天然气主管路系统与氢气主管路系统中，流量调节阀的出口设有压力表，该压力表位于流量计的上游，该压力表与PLC控制系统连接。
优选的，混流燃烧系统包括混流罐和燃气燃烧器，天然气主管路系统与氢气主管路系统的出口与混流罐的入口连接，混流罐的出口与燃气燃烧器的入口连接。
优选的，烟气污染物浓度检测单元包括二氧化碳浓度检测单元和氮氧化物浓度检测单元，二氧化碳浓度检测单元和氮氧化物浓度检测单元与PLC控制系统连接。
本发明还提供了一种燃气锅炉系统，包括燃气锅炉和本发明如上所述的燃料混合配比可调整的天然气掺氢燃烧系统，混流燃烧系统的燃烧部设置于燃气锅炉内，烟气污染物浓度检测单元设置于燃气锅炉的尾部烟道内。
本发明还提供了一种燃料混合配比可调整的天然气掺氢燃烧方法，燃料混合配比可调整的天然气掺氢燃烧方法采用本发明如上所述燃料混合配比可调整的天然气掺氢燃烧系统进行，包括如下过程：
天然气和氢气分别经天然气主管路系统和氢气主管路系统进行输送；
PLC控制系统控制天然气主管路系统和氢气主管路系统的流量调节阀的开度，使天然气和氢气按照预设的比例进行混合；
天然气和氢气的混合气进入混流燃烧系统进行混合、燃烧；
烟气污染物浓度检测单元检测混流燃烧系统燃产生的烧烟气中的污染物浓度；
若污染物浓度超标时，PLC控制系统调节天然气主管路系统与氢气主管路系统的流量调节阀的开度，以对天然气和氢气的混合比例进行调节，使污染物浓度达标。
优选的，若污染物浓度超标时，PLC控制系统调节天然气主管路系统与氢气主管路系统的流量调节阀的开度，以对天然气和氢气的混合比例进行调节，使污染物浓度达标时：
通过污染物浓度与污染物浓度的预设值进行对比，判断污染物浓度是否超标：
当污染物浓度小于预设值时，表示污染物浓度未超标，则PLC控制系统控制流量调节阀保持流量调节阀的开度；
当污染物浓度在预设值以上时，表示污染物超标，则PLC控制系统控制氢气主管路系统的流量调节阀开度增大、控制天然气主管路系统的流量调节阀开度减小，直至污染物浓度小于预设值。
优选的，烧烟气中的污染物包括二氧化和氮氧化物。
本发明具有如下有益的技术效果：
本发明燃料混合配比可调整的天然气掺氢燃烧系统通过烟气污染物浓度检测单元能够检测氢气与天然气燃烧形成烟气中的污染物浓度，PLC控制系统能够根据烟气污染物浓度检测单元检测的烟气中的污染物浓度以及污染物浓度预设值之间的大小关系动态调整天然气主管路系统与氢气主管路系统中流量调节阀的开度，以控制氢气与天然气之间的混合比例，使得烟气中的污染物浓度降到预设值以下，满足排放标准。本发明能够动态的根据污染物的排放浓度变化进行调节，既能够适应锅炉在低负荷时运行时污染气体排放达标，还能够适应锅炉在低负荷时运行时污染气体排放达标，因此具有能够实现燃气锅炉全负荷环保排放的特点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1-第一开关型电磁阀、11-第二开关型电磁阀，2-第一压力测点、4-第二压力测点、12-第三压力测点、14-第四压力测点，3-第一空压机、13-第二空压机，5第一止回阀、15-第二止回阀，6第一流量调节阀、16-第二流量调节阀，7-第一压力表、17-第二压力表，8-第一流量测点、18-第二流量测点，9-二氧化碳浓度测单元，10-氮氧化物浓度测单元，19-PLC控制系统，20-混流罐，21-燃气燃烧器，22-燃气锅炉。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
本发明通过在燃气锅炉变负荷运行时，可进行天然气、氢气两种燃料指定配比的混合，同时可根据反馈至PLC控制系统的烟气中氮氧化物及二氧化碳浓度的数据，进行动态跟踪控制，动态调整两种燃料的混合配比，使混合燃料送往气体燃烧器进行充分燃烧后，污染气体生成量满足或优于环保排放要求，本发明通过优化运行等手段实现燃气锅炉全负荷环保排放。
如图1所示，本发明燃料混合配比可调整的天然气掺氢燃烧系统，包括天然气主管路系统、氢气主管路系统、混流燃烧系统及PLC控制系统。
天然气主管路系统包括第一开关型电磁阀1、第一空压机3、第一止回阀、第一流量调节阀6和第一压力表7。第一开关型电磁阀1、第一空压机3、第一止回阀5和第一流量调节阀6通过管路依次连接，第一开关型电磁阀1与第一空压机3入口之间的管路上设有第一压力测点2，第一空压机3出口与第一止回阀5之间的管路上设有第二压力测点4，第一压力表7设置于第一流量调节阀6出口管路上，第一流量调节阀6出口管路上在第一压力表7的下游设有第一流量测点8，第一压力测点2、第二压力测点4处分别设有第一压力计和第二压力计，第一流量测点8处设有第一流量计，所述第一压力计、第二压力计和第一流量计均与PLC控制系统19连接。天然气主管路系统投入使用时，PLC控制系统19控制第一开关型电磁阀1开启，停止使用时，控制第一开关型电磁阀1关闭。第一空压机3用于对天然气进行压缩升压，第一压力测点2、第二压力测点4处的分别位于第一空压机3前后管路(即进出口管路)上，用于测量天然气在压缩前后的气体压力。第一压力测点2、第二压力测电4处测得的数据均输入PLC控制系统19，由PLC控制系统19控制第一空压机3动作，调整天然气的压力，天然气主管路系统与氢气主管路系统的能够使这两种气体燃料混合前压力相等。第一止回阀5用于防止主管路中天然气气体回流。当天然气流量需要调整时，PLC控制系统19自动控制第一流量调节阀6开度，使得流量测点8处传回PLC控制系统19的数据满足设定值。第一压力表7用于就地显示第一流量调节阀6后天然气燃料压力，也可与阀前(即第二压力测点)所测压力数据对比，进行管路检漏。
氢气主管路系统包括第二开关型电磁阀11、第二空压机13、第二止回阀15和第二流量调节阀16。第而开关型电磁阀11、第二空压机13、第二止回阀15和第二流量调节阀16通过管路依次连接，第二开关型电磁阀11与第二空压机13入口之间的管路上设有第三压力测点12，第二空压机13出口与第二止回阀15之间的管路上设有第四压力测点14，第二压力表17设置于第二流量调节阀16出口管路上，第二流量调节阀16出口管路上在第二压力表17的下游设有第二流量测点18，第三压力测点12、第四压力测点14处分别设有第三压力计和第四压力计，第二流量测点18处设有第二流量计，所述第三压力计、第四压力计和第二流量计均与PLC控制系统19连接。氢气主管路系统投入使用时，PLC控制系统19控制第二开关型电磁阀11开启，停止使用时，控制第二开关型电磁阀11关闭。第二空压机13用于对氢气进行压缩升压，第三压力测点12、第四压力测点14分别处于第二空压机13前后管路(即进出口管路)上，用于测量氢气在压缩前后的气体压力。第三压力测点12、第四压力测点14处测得的数据均输入PLC控制系统19，由PLC控制系统19控制第二空压机13动作，调整氢气压力，使氢气的压力与天然气在燃料混合前压力相等。第二止回阀15用于防止主管路中天然气气体回流。当天然气流量需要调整时，PLC控制系统19自动控制第二流量调节阀16开度，使得第二流量测点18处传回PLC控制系统19的数据满足设定值。第二压力表17用于就地显示第二流量调节阀16后氢气燃料压力，也可与阀前(即第四压力测点)所测压力数据对比，进行管路检漏。
混流燃烧系统包括混流罐20和燃气燃烧器21，第一流量调节阀6和第二流量调节阀16出口的管路连接至混流罐20的入口，混流罐20的出口与燃气燃烧器21的燃料入口连接，天然气及氢气通过混流罐20充分混合后送至燃气燃烧器21并在燃气锅炉22内燃烧。烟气污染物浓度检测单元包括二氧化碳浓度测单元9及氮氧化物浓度测单元10。天然气及氢气通过混流罐20充分混合后送至燃气燃烧器21，随后在燃气锅炉22内燃烧后，通过燃气锅炉22的尾部烟道排放。二氧化碳浓度测单元9和氮氧化物浓度测原10设置在尾部烟道上，二氧化碳浓度测单元9和氮氧化物浓度测原10测得的数据均输入PLC控制系统19。
实现动态跟踪控制功能时，PLC控制系统19采集燃气锅炉22尾部烟道上二氧化碳浓度测点以及氮氧化物浓度测点的数据Ct，将数值与现有污染物排放标准Co对比。若Ct≤Co，则PLC控制系统19不动作，若Ct＞Co，则PLC控制系统19输出信号，增大第二流量调节阀16开度，减小第一流量调节阀6开度，直至使Ct≤Co。亦可在PLC控制系统19中手动设置可燃气体配比，由PLC控制系统19输出信号调整第一流量调节阀6、第二流量调节阀16开度实现指定配比。
综上，本发明能够克服现有技术的缺点，可进行天然气、氢气两种燃料指定配比的混合，同时可根据反馈至PLC控制系统的烟气中氮氧化物及二氧化碳浓度的数据，动态调整两种燃料的混合配比，使混合燃料送往气体燃烧器进行充分燃烧后，污染气体生成量满足或优于环保排放要求。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明，由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (10)

1.一种燃料混合配比可调整的天然气掺氢燃烧系统，其特征在于，包括天然气主管路系统、氢气主管路系统、混流燃烧系统、PLC控制系统以及烟气污染物浓度检测单元；
天然气主管路系统与氢气主管路系统的结构相同，均包括通过管路依次连接的空压机、止回阀和流量调节阀，流量调节阀的出口设有流量计，空压机、流量调节阀和流量计均与PLC控制系统连接；
天然气主管路系统与氢气主管路系统的出口与混流燃烧系统的入口连接；
烟气污染物浓度检测单元与PLC控制系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种燃料混合配比可调整的天然气掺氢燃烧系统，其特征在于，天然气主管路系统与氢气主管路系统中，在天然气主管路系统与氢气主管路系统入口的管路上设有关型电磁阀，关型电磁阀与PLC控制系统连接。
3.根据权利要求1所述的一种燃料混合配比可调整的天然气掺氢燃烧系统，其特征在于，天然气主管路系统与氢气主管路系统中，空压机的入口和出口均设有压力表，所述压力表与PLC控制系统连接。
4.根据权利要求1所述的一种燃料混合配比可调整的天然气掺氢燃烧系统，其特征在于，天然气主管路系统与氢气主管路系统中，流量调节阀的出口设有压力表，该压力表位于流量计的上游，该压力表与PLC控制系统连接。
5.根据权利要求1所述的一种燃料混合配比可调整的天然气掺氢燃烧系统，其特征在于，混流燃烧系统包括混流罐(20)和燃气燃烧器(21)，天然气主管路系统与氢气主管路系统的出口与混流罐(20)的入口连接，混流罐(20)的出口与燃气燃烧器(21)的入口连接。
6.根据权利要求1所述的一种燃料混合配比可调整的天然气掺氢燃烧系统，其特征在于，烟气污染物浓度检测单元包括二氧化碳浓度检测单元和氮氧化物浓度检测单元，二氧化碳浓度检测单元和氮氧化物浓度检测单元与PLC控制系统连接。
7.一种燃气锅炉系统，其特征在于，包括燃气锅炉(22)和权利要求1-6任意一项所述的燃料混合配比可调整的天然气掺氢燃烧系统，混流燃烧系统的燃烧部设置于燃气锅炉(22)内，烟气污染物浓度检测单元设置于燃气锅炉(22)的尾部烟道内。
8.一种燃料混合配比可调整的天然气掺氢燃烧方法，其特征在在于，燃料混合配比可调整的天然气掺氢燃烧方法采用权利要求1-7任意一项所述燃料混合配比可调整的天然气掺氢燃烧系统进行，包括如下过程：
天然气和氢气分别经天然气主管路系统和氢气主管路系统进行输送；
PLC控制系统控制天然气主管路系统和氢气主管路系统的流量调节阀的开度，使天然气和氢气按照预设的比例进行混合；
天然气和氢气的混合气进入混流燃烧系统进行混合、燃烧；
烟气污染物浓度检测单元检测混流燃烧系统燃产生的烧烟气中的污染物浓度；
若污染物浓度超标时，PLC控制系统调节天然气主管路系统与氢气主管路系统的流量调节阀的开度，以对天然气和氢气的混合比例进行调节，使污染物浓度达标。
9.根据权利要求8所述的一种燃料混合配比可调整的天然气掺氢燃烧方法，其特征在在于，若污染物浓度超标时，PLC控制系统调节天然气主管路系统与氢气主管路系统的流量调节阀的开度，以对天然气和氢气的混合比例进行调节，使污染物浓度达标时：
通过污染物浓度与污染物浓度的预设值进行对比，判断污染物浓度是否超标：
当污染物浓度小于预设值时，表示污染物浓度未超标，则PLC控制系统控制流量调节阀保持流量调节阀的开度；
当污染物浓度在预设值以上时，表示污染物超标，则PLC控制系统控制氢气主管路系统的流量调节阀开度增大、控制天然气主管路系统的流量调节阀开度减小，直至污染物浓度小于预设值。
10.根据权利要求8所述的一种燃料混合配比可调整的天然气掺氢燃烧方法，其特征在在于，烧烟气中的污染物包括二氧化和氮氧化物。
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CN115264956A (zh) * 2022-07-20 2022-11-01 广东万家乐燃气具有限公司 一种燃气热水设备的控制方法、燃气热水设备及存储介质

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