燃气掺混装置及其应用

摘 要

摘要：介绍了4种燃气掺混装置(文丘里引射式混合器、随动流量混合器、高压比例式混合器、配比式混合器)的混合机理及工艺流程，探讨了每种燃气掺混装置的特性及适用工况。关键词：
摘要：介绍了4种燃气掺混装置(文丘里引射式混合器、随动流量混合器、高压比例式混合器、配比式混合器)的混合机理及工艺流程，探讨了每种燃气掺混装置的特性及适用工况。
关键词：掺混装置；文丘里引射式混合器；随动流量混合器；高压比例式混合器；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
   燃气掺混装置可以通过不同的掺混方式满足调峰、应急、热值调节等市场需求，例如：液化石油气掺混一定比例的空气可以替代天然气；天然气掺混一定比例的空气可以替代人工煤气；液化石油气掺混空气可以大幅度降低露点，满足较寒冷地区长距离中压输送的要求；在低热值燃气中掺入高热值燃气可以增加热值；在高热值燃气中掺入空气也可以适当降低热值。总之，燃气掺混在实际工程中已得到越来越广泛的应用。
   本文结合天津华迈燃气装备股份有限公司多年的工程经验，对4种常见燃气掺混装置的特性及适用工况进行探讨。
2 4种燃气掺混装置的特性
   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气自身的压力，通过超声速喷嘴高速喷出，吸气室内形成负压，引入外界空气，两种气体流经引射段、混合段、扩压段后形成均匀的混合气输出。文丘里引射式混合器依据输出压力信号自动启停。引射气体喷射压力不能过低(正常情况下不能小于0.25MPa)，否则无法形成负压，混合比和输出压力也不稳定。文丘里引射式混合器的工艺流程见图1。
 

    文丘里引射式混合器技术成熟、工况稳定、运行成本低，混合比例可在一定范围内调节，但输出的混合气压力较低(通常小于50kPa)。要提高混合气的输出压力，需要在吸气室外部设置空气增压设备，形成助推式文丘里混合器，可以将输出压力提高到0.10～0.15MPa，但附属装置和控制系统均变得较为复杂，稳定性也不如常压空气引射，此种装置国内应用较少。
    文丘里引射式混合器是一种本安型装置(以燃气为引射气源)，无论如何掺混也不会达到爆炸极限。
   ② 随动流量混合器
   随动流量混合器以一种气源为主动气源，另一种(或几种)气源按预先设定的体积比例跟随主动气源的变化而变化。通常将流量较大的气源设定为主动气源，流量较小的气源设定为随动气源，通过控制随动气源管道上的调节阀开度来实时响应主动气源的变化。电动调节阀控制信号分为前馈、后馈和前后馈3种。前馈通常将主动气源和随动气源的流量信号加以比较输出控制信号；后馈通常取混合气的热值、氧含量、甲烷含量等信号；前后馈是以前馈信号为主调信号，后馈信号为修正信号。随动流量混合器的核心是信号反馈的及时性、准确性和调节阀的控制精度。
为保证气体掺混的均匀性，可通过机械扰流使混合气体达到混合均匀，大大提高混合器的安全性。随动流量混合器设置静态混合器，以提高两种掺混气体的混合均匀度，从而提高信号采集的准确性。随动流量混合器的输出压力可高可低，取决于掺混前气源的压力。随动流量混合器的工艺流程见图2。
 

③ 高压比例式混合器
    高压比例式混合器将两种气源调节成相同的压力，进入混气室。混气室采用旋转内筒+浮动阀口的结构形式，内筒左右转动改变混合比例，阀口上下浮动改变流量[1]。高压比例式混合器有手动调节和自动调节两种调节方式。手动调节是一旦需要改变混合比例就要进行人工操作，调节后的比例通常不变；自动调节是依据热值信号或组成信号自动调节混气室内的伺服电机，自动修正混合比例。由于信号传输的滞后和伺服电机的变量转换，自动调节方式采用得越来越少。高压比例式混合器的工艺流程见图3。

    高压比例式混合器的混气室内设置限位器，使混合气体的极限掺混比例达不到掺混气体爆炸上限的2倍，满足GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》的要求。高压比例式混合器的输出压力可高可低，取决于掺混前气源的压力。
   ④ 配比式混合器
   配比式混合器是把多种气源按照预先设定的比例进行同时掺混的装置。几种气源首先调整到相同的压力，进入玻璃转子流量计，通过调整每种气源的流量来确定该气源在混合气体中的体积分数[2]，玻璃转子流量计前设置压力变送器。这种掺混装置通常用于30kPa以下的低压掺混，通常采用静态混合器，提高混合器安全性和信号采集的稳定性。配比式混合器的工艺流程见图4。
 

   ⑤ 混气安全控制
   混合器是一种安全、精度要求很高的特殊燃气设备，每种混合器都设置相应的安全设施，如切断阀、单向阀、压力控制仪、差压控制仪、热值仪、比例检测仪等，通过安全连锁信号实现多级安全保护。热值仪是最直观的混气检测装置，可显示输出热值信号，但存在反应滞后现象，反应时间通常在30s以上，价格较高，检测结果作为检测信号较合适。组分分析仪需要换算才能得出混合比例，不能显示热值，但反应速度较快，反应时间通常在5s以内，价格较低，检测结果作为检测和安全信号均可。
3 4种燃气掺混装置的适用工况
   ① 文丘里引射式混合器适用于液化石油气混空气低压输送，天然气混空气替代人工煤气，低压储气罐抽空等工况。因为这些工况均具有较高压力的引射气源，且输出压力允许一定程度的降低，选择文丘里引射式混合器这种简单、运行成本低、节能的燃气掺混装置较为合适。
   ② 随动流量混合器适用于LNG、CNG及液化石油气的热值平衡系统，矿井气掺混利用等工况。因为通常这些工况流量较大，掺混后的压力不能发生较大变化，需要选择压缩方式使待掺混的气源压力相近，便于控制比例、流量等参数。
    ③ 高压比例式混合器适用于液化石油气掺混空气作为天然气的调峰或备用气源等工况。因为这种工况待掺混气源的压力和流量较为接近，用比例式混气方式比较稳定。
    ④ 配比式混合器适用于燃气锅炉、空调、热水器厂家试验配气等工况。因为此类工况通常流量较小且间断性使用混合气，调节比例和流量非常方便，可以同时将多种气源进行掺混。
参考文献：
[1] 陈德兴，尹祥，赵先勤，等.高精度低压差混气装置的原理及其应用[J].煤气与热力，2004，24(2)：16-19.
[2] 徐鹏.液化石油气混空气燃烧装置的控制与调节[J].煤气与热力，2000，20(5)：352-354.
 
(本文作者：黄颂丽1 郭全文2 陈绍新1 贾艳东1 1.天津华迈燃气装备股份有限公司 天津 300384；2.淄博绿博燃气有限公司 山东淄博 255000)