燃?xì)鈸交煅b置及其應(yīng)用

摘 要

摘要：介紹了4種燃?xì)鈸交煅b置(文丘里引射式混合器、隨動(dòng)流量混合器、高壓比例式混合器、配比式混合器)的混合機(jī)理及工藝流程，探討了每種燃?xì)鈸交煅b置的特性及適用工況。關(guān)鍵詞：
摘要：介紹了4種燃?xì)鈸交煅b置(文丘里引射式混合器、隨動(dòng)流量混合器、高壓比例式混合器、配比式混合器)的混合機(jī)理及工藝流程，探討了每種燃?xì)鈸交煅b置的特性及適用工況。
關(guān)鍵詞：摻混裝置；文丘里引射式混合器；隨動(dòng)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?xì)鈸交煅b置可以通過不同的摻混方式滿足調(diào)峰、應(yīng)急、熱值調(diào)節(jié)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(diǎn)，滿足較寒冷地區(qū)長距離中壓輸送的要求；在低熱值燃?xì)庵袚饺敫邿嶂等細(xì)饪梢栽黾訜嶂?；在高熱值燃?xì)庵袚饺肟諝庖部梢赃m當(dāng)降低熱值。總之，燃?xì)鈸交煸趯?shí)際工程中已得到越來越廣泛的應(yīng)用。
   本文結(jié)合天津華邁燃?xì)庋b備股份有限公司多年的工程經(jīng)驗(yàn)，對4種常見燃?xì)鈸交煅b置的特性及適用工況進(jìn)行探討。
2 4種燃?xì)鈸交煅b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(nèi)形成負(fù)壓，引入外界空氣，兩種氣體流經(jīng)引射段、混合段、擴(kuò)壓段后形成均勻的混合氣輸出。文丘里引射式混合器依據(jù)輸出壓力信號(hào)自動(dòng)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(fù)壓，混合比和輸出壓力也不穩(wěn)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(shù)成熟、工況穩(wěn)定、運(yùn)行成本低，混合比例可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，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(shè)置空氣增壓設(shè)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(tǒng)均變得較為復(fù)雜，穩(wěn)定性也不如常壓空氣引射，此種裝置國內(nèi)應(yīng)用較少。
    文丘里引射式混合器是一種本安型裝置(以燃?xì)鉃橐錃庠?，無論如何摻混也不會(huì)達(dá)到爆炸極限。
   ② 隨動(dòng)流量混合器
   隨動(dòng)流量混合器以一種氣源為主動(dòng)氣源，另一種(或幾種)氣源按預(yù)先設(shè)定的體積比例跟隨主動(dòng)氣源的變化而變化。通常將流量較大的氣源設(shè)定為主動(dòng)氣源，流量較小的氣源設(shè)定為隨動(dòng)氣源，通過控制隨動(dòng)氣源管道上的調(diào)節(jié)閥開度來實(shí)時(shí)響應(yīng)主動(dòng)氣源的變化。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制信號(hào)分為前饋、后饋和前后饋3種。前饋通常將主動(dòng)氣源和隨動(dòng)氣源的流量信號(hào)加以比較輸出控制信號(hào)；后饋通常取混合氣的熱值、氧含量、甲烷含量等信號(hào)；前后饋是以前饋信號(hào)為主調(diào)信號(hào)，后饋信號(hào)為修正信號(hào)。隨動(dòng)流量混合器的核心是信號(hào)反饋的及時(shí)性、準(zhǔn)確性和調(diào)節(jié)閥的控制精度。
為保證氣體摻混的均勻性，可通過機(jī)械擾流使混合氣體達(dá)到混合均勻，大大提高混合器的安全性。隨動(dòng)流量混合器設(shè)置靜態(tài)混合器，以提高兩種摻混氣體的混合均勻度，從而提高信號(hào)采集的準(zhǔn)確性。隨動(dòng)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(dòng)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(diào)節(jié)成相同的壓力，進(jìn)入混氣室?；鞖馐也捎眯D(zhuǎn)內(nèi)筒+浮動(dòng)閥口的結(jié)構(gòu)形式，內(nèi)筒左右轉(zhuǎn)動(dòng)改變混合比例，閥口上下浮動(dòng)改變流量[1]。高壓比例式混合器有手動(dòng)調(diào)節(jié)和自動(dòng)調(diào)節(jié)兩種調(diào)節(jié)方式。手動(dòng)調(diào)節(jié)是一旦需要改變混合比例就要進(jìn)行人工操作，調(diào)節(jié)后的比例通常不變；自動(dòng)調(diào)節(jié)是依據(jù)熱值信號(hào)或組成信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)混氣室內(nèi)的伺服電機(jī)，自動(dòng)修正混合比例。由于信號(hào)傳輸?shù)臏蠛退欧姍C(jī)的變量轉(zhuǎn)換，自動(dòng)調(diào)節(jié)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(nèi)設(shè)置限位器，使混合氣體的極限摻混比例達(dá)不到摻混氣體爆炸上限的2倍，滿足GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)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(yù)先設(shè)定的比例進(jìn)行同時(shí)摻混的裝置。幾種氣源首先調(diào)整到相同的壓力，進(jìn)入玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)，通過調(diào)整每種氣源的流量來確定該氣源在混合氣體中的體積分?jǐn)?shù)[2]，玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)前設(shè)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(tài)混合器，提高混合器安全性和信號(hào)采集的穩(wěn)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?xì)庠O(shè)備，每種混合器都設(shè)置相應(yīng)的安全設(shè)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(hào)實(shí)現(xiàn)多級(jí)安全保護(hù)。熱值儀是最直觀的混氣檢測裝置，可顯示輸出熱值信號(hào)，但存在反應(yīng)滯后現(xiàn)象，反應(yīng)時(shí)間通常在30s以上，價(jià)格較高，檢測結(jié)果作為檢測信號(hào)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(yīng)速度較快，反應(yīng)時(shí)間通常在5s以內(nèi)，價(jià)格較低，檢測結(jié)果作為檢測和安全信號(hào)均可。
3 4種燃?xì)鈸交煅b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(chǔ)氣罐抽空等工況。因?yàn)檫@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(yùn)行成本低、節(jié)能的燃?xì)鈸交煅b置較為合適。
   ② 隨動(dòng)流量混合器適用于LNG、CNG及液化石油氣的熱值平衡系統(tǒng)，礦井氣摻混利用等工況。因?yàn)橥ǔ＿@些工況流量較大，摻混后的壓力不能發(fā)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(shù)。
    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(diào)峰或備用氣源等工況。因?yàn)檫@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(wěn)定。
    ④ 配比式混合器適用于燃?xì)忮仩t、空調(diào)、熱水器廠家試驗(yàn)配氣等工況。因?yàn)榇祟惞r通常流量較小且間斷性使用混合氣，調(diào)節(jié)比例和流量非常方便，可以同時(shí)將多種氣源進(jìn)行摻混。
參考文獻(xiàn)：
[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(yīng)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(diào)節(jié)[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?xì)庋b備股份有限公司 天津 300384；2.淄博綠博燃?xì)庥邢薰?山東淄博 255000)