本发明专利技术公开了一种向天然气中掺混醇基燃料的预热混合装置和方法。装置包括燃料管道和加热单元；燃料管道按天然气流向依次包括天然气管道段、收缩段、高速混合段、扩张段、低速混合段和喷嘴，高速混合段近收缩段一端分支设有醇基燃料管道段；加热单元包括设于天然气管道段的第一加热器，设于醇基燃料管道段的第二加热器和设于低速混合段的第三加热器。应用该装置以及建立在该装置基础上的预热混合方法可以将醇基燃料气化后与天然气均匀混合，且能保证在混合过程中不发生凝结，对研究掺混不同比例醇基燃料的混合燃料的燃烧性质具有重要意义。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及能源燃料领域，具体涉及一种向天然气中掺混醇基燃料的预热混合装 置和方法。
技术介绍
现有的燃机电厂中一般使用单一燃料进行燃烧，如天然气或者燃油。与天然气及 油相比，甲醇等醇基燃料在某些方面似乎更是燃气轮机理想的燃料：其可以实现更高的效 率，更大的功率输出；在同样的透平进口温度下，醇基燃料的燃烧温度低（由于火焰温度较 低)，所以其燃烧具有较低的N0X排放。由于醇基燃料中硫含量非常低，因此基本没有502的 排放问题。此外，醇基燃料燃烧干净，使得透平部件的清洗次数大大减少，有助于降低维护 费用。在天然气中掺混醇基燃料可改善天然气的燃烧效果，可以提高燃烧效率，降低废气污 染排放，降低仪器部件维护成本。 常温常压下，天然气为气态，醇基燃料为液态，如何用一种简单易行的装置和方法 将两种物理性质差异明显的燃料均匀混合是首先要解决的问题。目前尚未见相关报道。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种向天然气中掺混醇基燃料的预热混合装 置，该装置可以将醇基燃料气化后与天然气均匀混合，且能保证在混合过程中不发生凝结。 本专利技术的另一目的在于提供一种向天然气中掺混醇基燃料的预热混合方法，该方 法能保证天然气和醇基燃料在掺混前后均为气体状态，掺混后的燃气组分连续、均匀。 上述目的是通过如下技术方案实现的： 一种向天然气中掺混醇基燃料的预热混合装置，包括燃料管道和加热单元；燃料管道 按天然气流向依次包括天然气管道段、收缩段、高速混合段、扩张段、低速混合段和喷嘴，高 速混合段近收缩段一端分支设有醇基燃料管道段；加热单元包括设于天然气管道段的第一 加热器，设于醇基燃料管道段的第二加热器和设于低速混合段的第三加热器。其中，天然气 管道段进口端连接天然气供气系统，醇基燃料管道段进口端连接醇基燃料供气系统。 进一步地，该装置还包括控制单元、温度测定单元和压力测定单元，温度测定单元 包括设于天然气管道段上位于第一加热器与收缩段之间的第一温度计，设于醇基燃料管道 段上位于第二加热器与高速混合段之间的第二温度计，设于低速混合段近扩张段一端的第 三温度计和设于低速混合段末端的第四温度计；压力测定单元包括设于低速混合段近扩张 段一端的压力计，所述加热单元、温度测定单元及压力测定单元分别与控制单元连接。 进一步地，天然气管道段与高速混合段的内径之比为（3~4):1。天然气管道段与高 速混合段的内径比例关系到高速混合段的气体流速，决定了天然气与气态的醇基燃料在高 速混合段的混合效果。这一比例过大（即天然气管道段内径一定时，高速混合段内径过小） 会导致高速混合段气体流速过高，天然气与气态的醇基燃料不能在此段充分混合就进入扩 张段；这一比例过小（即天然气管道段内径一定时，高速混合段内径过大）又不能明显提高 天然气进入高速混合段后的流速，不能起到使天然气和气态醇基燃料高速混合的作用。 进一步地，高速混合段的长度与内径之比为（150~180):1。在高速混合段内径一定 的前提下，该参数关系到高速混合段的长度，过短会降低高速混合的时间，影响掺混效果； 过长会增加气态醇基燃料凝结的风险。 进一步地，高速混合段与低速混合段的长度之比为（3~5) :1。在高速混合段长度 一定的前提下，该参数关系到低速混合段的长度。低速混合段过短会降低低速混合的时间， 影响掺混效果；过长浪费管道，还会增加气态醇基燃料凝结的风险。 进一步地，第一加热器和第二加热器为油浴加热装置，经过油浴加热装置的天然 气管道和醇基燃料管道呈螺旋状。螺旋状有助于管道内燃料快速均匀的加热。 一种利用上述装置向天然气中掺混醇基燃料的预热混合方法：液态的醇基燃料 经第二加热器加热变成气态，第二温度计对气态醇基燃料的温度进行监测，控制第二温度 计的温度数值在180~190°c范围；从第一加热器吸热的天然气经收缩段射出与气态醇基燃 料在高速混合段混合，再通过扩张段进入低速混合段继续混合，在刚进入低速混合段时第 三温度计和压力计监测混合燃料的温度和压力，控制第三温度计的温度数值在95~105°C 范围，压力计的压力数值在0. 103~0.llOMpa范围；在进入喷嘴前，第四温度计监测混合燃 料的终温，控制第四温度计的温度数值在70~90°C范围。控制第二温度计的温度数值为 180~190°C，一方面保证液态的醇基燃料能够完全气化，另一方面保证气化后的醇基燃料具 有较高热量，不会凝结；控制第一温度计的温度数值为150~170°C的目的在于保证天然气 具有一定的热量，防止与气态的醇基燃料混合后致其预冷凝结。控制第四温度计的温度数 值为70~90°C可以保证混合后的燃料在进入喷嘴前不出现凝结，保证在低速混合段一直处 于完全气化状态。控制低速混合段压力计的压力数值在0. 103~0.llOMpa范围内，是为了让 低速混合段管道压力微大于低速混合段管道出口处的环境大气压（〇.IMpa)，这样混合气体 在经历一定长度的低速混合段的管道流动损失之后，既可以达到继续充分混合的目的又可 以达到克服流动阻力与空气在喷嘴处汇合的目的。由于整个装置在大气环境下运行，装置 内部的压力也没必要设置过高(否则对设备要求会很高，增加成本)。因此，0. 103~0.llOMpa 范围较为合适。第三温度计的温度数值选择在95~105°C，是因为混合后的气体燃料还将在 一定长度的低速混合段流动并且散热，虽然低速混合段设有加热装置，但由于低速混合段 的内部换热表面积较大，很容易降温到完全蒸发温度以下，为了充分保证燃料最终出口处 的温度在70~90°C不发生凝结，所以把第三温度计的温度数值选择在该范围。 本专利技术的有益效果： (1) 通过加热器将醇基燃料气化，以气体的形式掺混进天然气，从而保证混合燃气的连 续性和均匀性，实现了将物理性质差别显著的两种燃料掺混的目的； (2) 通过高速混合和低速混合两种混合方式，能保证气态的醇基燃料和天然气进行均 匀掺混，保证了混合燃气的均匀性和均一性； (3) 通过在低速混合段设置加热器，能保证气态的醇基燃料与天然气掺混进入低速混 合段时不会出现凝结，保证混合燃气在进入喷嘴前都能维持在气态，且均匀、均一； (4) 本专利技术提供的向天然气中掺混醇基燃料的方法能保证醇基燃料和天然气在气态下 进行混合，且不会在混合过程中出现凝结，掺混效果好且容易实现。【附图说明】 图1:掺混装置示意图。【具体实施方式】 下面结合具体实施例详细说明本专利技术的技术方案。 实施例1:当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种向天然气中掺混醇基燃料的预热混合装置，其特征在于：包括燃料管道和加热单元；燃料管道按天然气流向依次包括天然气管道段、收缩段、高速混合段、扩张段、低速混合段和喷嘴，高速混合段近收缩段一端分支设有醇基燃料管道段；加热单元包括设于天然气管道段的第一加热器，设于醇基燃料管道段的第二加热器和设于低速混合段的第三加热器。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘志坦，邵卫卫，郝洪亮，张哲巅，王凯，肖云汉，王文飞，李玉刚，熊燕，常连成，张涛，朱鸿飞，
申请(专利权)人：国电科学技术研究院，江苏中国科学院能源动力研究中心，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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