燃氣摻混裝置及其應用

摘 要

摘要：介紹了4種燃氣摻混裝置(文丘里引射式混合器、隨動流量混合器、高壓比例式混合器、配比式混合器)的混合機理及工藝流程，探討了每種燃氣摻混裝置的特性及適用工況。關鍵詞：
摘要：介紹了4種燃氣摻混裝置(文丘里引射式混合器、隨動流量混合器、高壓比例式混合器、配比式混合器)的混合機理及工藝流程，探討了每種燃氣摻混裝置的特性及適用工況。
關鍵詞：摻混裝置；文丘里引射式混合器；隨動流量混合器；高壓比例式混合器；配比式混合器
Gas Mixing Device and Its Application
HUANG Songli，GUO Quanwen，CHEN Shaoxin，JIA Yandong
Abstract：The mixing mechanism and process of four kinds of gas mixing devices including Venturi injection mixer，servo flow mixer，high-ressure proportion mixer and proportional mixer are introuced.The characteristics and application conditions of each gas mixing device are discussed.
Key words：mixing device；Venturi injection mixer；servo flow mixer；high-ressure proportion mixer；proportional mixer
1 概述
   燃氣摻混裝置可以通過不同的摻混方式滿足調峰、應急、熱值調節等市場需求，例如：液化石油氣摻混一定比例的空氣可以替代天然氣；天然氣摻混一定比例的空氣可以替代人工煤氣；液化石油氣摻混空氣可以大幅度降低露點，滿足較寒冷地區長距離中壓輸送的要求；在低熱值燃氣中摻入高熱值燃氣可以增加熱值；在高熱值燃氣中摻入空氣也可以適當降低熱值。總之，燃氣摻混在實際工程中已得到越來越廣泛的應用。
   本文結合天津華邁燃氣裝備股份有限公司多年的工程經驗，對4種常見燃氣摻混裝置的特性及適用工況進行探討。
2 4種燃氣摻混裝置的特性
   ① 文丘里引射式混合器
   文丘里引射式混合器是利用液化石油氣自身的壓力，通過超聲速噴嘴高速噴出，吸氣室內形成負壓，引入外界空氣，兩種氣體流經引射段、混合段、擴壓段后形成均勻的混合氣輸出。文丘里引射式混合器依據輸出壓力信號自動啟停。引射氣體噴射壓力不能過低(正常情況下不能小于0.25MPa)，否則無法形成負壓，混合比和輸出壓力也不穩定。文丘里引射式混合器的工藝流程見圖1。
 

    文丘里引射式混合器技術成熟、工況穩定、運行成本低，混合比例可在一定范圍內調節，但輸出的混合氣壓力較低(通常小于50kPa)。要提高混合氣的輸出壓力，需要在吸氣室外部設置空氣增壓設備，形成助推式文丘里混合器，可以將輸出壓力提高到0.10～0.15MPa，但附屬裝置和控制系統均變得較為復雜，穩定性也不如常壓空氣引射，此種裝置國內應用較少。
    文丘里引射式混合器是一種本安型裝置(以燃氣為引射氣源)，無論如何摻混也不會達到爆炸極限。
   ② 隨動流量混合器
   隨動流量混合器以一種氣源為主動氣源，另一種(或幾種)氣源按預先設定的體積比例跟隨主動氣源的變化而變化。通常將流量較大的氣源設定為主動氣源，流量較小的氣源設定為隨動氣源，通過控制隨動氣源管道上的調節閥開度來實時響應主動氣源的變化。電動調節閥控制信號分為前饋、后饋和前后饋3種。前饋通常將主動氣源和隨動氣源的流量信號加以比較輸出控制信號；后饋通常取混合氣的熱值、氧含量、甲烷含量等信號；前后饋是以前饋信號為主調信號，后饋信號為修正信號。隨動流量混合器的核心是信號反饋的及時性、準確性和調節閥的控制精度。
為保證氣體摻混的均勻性，可通過機械擾流使混合氣體達到混合均勻，大大提高混合器的安全性。隨動流量混合器設置靜態混合器，以提高兩種摻混氣體的混合均勻度，從而提高信號采集的準確性。隨動流量混合器的輸出壓力可高可低，取決于摻混前氣源的壓力。隨動流量混合器的工藝流程見圖2。
 

③ 高壓比例式混合器
    高壓比例式混合器將兩種氣源調節成相同的壓力，進入混氣室。混氣室采用旋轉內筒+浮動閥口的結構形式，內筒左右轉動改變混合比例，閥口上下浮動改變流量[1]。高壓比例式混合器有手動調節和自動調節兩種調節方式。手動調節是一旦需要改變混合比例就要進行人工操作，調節后的比例通常不變；自動調節是依據熱值信號或組成信號自動調節混氣室內的伺服電機，自動修正混合比例。由于信號傳輸的滯后和伺服電機的變量轉換，自動調節方式采用得越來越少。高壓比例式混合器的工藝流程見圖3。

    高壓比例式混合器的混氣室內設置限位器，使混合氣體的極限摻混比例達不到摻混氣體爆炸上限的2倍，滿足GB 50028—2006《城鎮燃氣設計規范》的要求。高壓比例式混合器的輸出壓力可高可低，取決于摻混前氣源的壓力。
   ④ 配比式混合器
   配比式混合器是把多種氣源按照預先設定的比例進行同時摻混的裝置。幾種氣源首先調整到相同的壓力，進入玻璃轉子流量計，通過調整每種氣源的流量來確定該氣源在混合氣體中的體積分數[2]，玻璃轉子流量計前設置壓力變送器。這種摻混裝置通常用于30kPa以下的低壓摻混，通常采用靜態混合器，提高混合器安全性和信號采集的穩定性。配比式混合器的工藝流程見圖4。
 

   ⑤ 混氣安全控制
   混合器是一種安全、精度要求很高的特殊燃氣設備，每種混合器都設置相應的安全設施，如切斷閥、單向閥、壓力控制儀、差壓控制儀、熱值儀、比例檢測儀等，通過安全連鎖信號實現多級安全保護。熱值儀是最直觀的混氣檢測裝置，可顯示輸出熱值信號，但存在反應滯后現象，反應時間通常在30s以上，價格較高，檢測結果作為檢測信號較合適。組分分析儀需要換算才能得出混合比例，不能顯示熱值，但反應速度較快，反應時間通常在5s以內，價格較低，檢測結果作為檢測和安全信號均可。
3 4種燃氣摻混裝置的適用工況
   ① 文丘里引射式混合器適用于液化石油氣混空氣低壓輸送，天然氣混空氣替代人工煤氣，低壓儲氣罐抽空等工況。因為這些工況均具有較高壓力的引射氣源，且輸出壓力允許一定程度的降低，選擇文丘里引射式混合器這種簡單、運行成本低、節能的燃氣摻混裝置較為合適。
   ② 隨動流量混合器適用于LNG、CNG及液化石油氣的熱值平衡系統，礦井氣摻混利用等工況。因為通常這些工況流量較大，摻混后的壓力不能發生較大變化，需要選擇壓縮方式使待摻混的氣源壓力相近，便于控制比例、流量等參數。
    ③ 高壓比例式混合器適用于液化石油氣摻混空氣作為天然氣的調峰或備用氣源等工況。因為這種工況待摻混氣源的壓力和流量較為接近，用比例式混氣方式比較穩定。
    ④ 配比式混合器適用于燃氣鍋爐、空調、熱水器廠家試驗配氣等工況。因為此類工況通常流量較小且間斷性使用混合氣，調節比例和流量非常方便，可以同時將多種氣源進行摻混。
參考文獻：
[1] 陳德興，尹祥，趙先勤，等.高精度低壓差混氣裝置的原理及其應用[J].煤氣與熱力，2004，24(2)：16-19.
[2] 徐鵬.液化石油氣混空氣燃燒裝置的控制與調節[J].煤氣與熱力，2000，20(5)：352-354.
 
(本文作者：黃頌麗1 郭全文2 陳紹新1 賈艷東1 1.天津華邁燃氣裝備股份有限公司 天津 300384；2.淄博綠博燃氣有限公司 山東淄博 255000)