一种海上发电主机烟气量的测量和计算方法技术

本发明专利技术公开了一种海上发电主机烟气量的测量和计算方法，包括以下步骤：确定海上采油设施主机燃用的燃料种类，给出燃料的各组分及含量；对海上发电主机进行烟气分析测试，获取烟气参数及其含量；利用O2、RO2的含量得到过量空气系数αg；利用燃料各组分的体积分数计算理论空气量V0；利用RO2、NO2、H2O的烟气含量计算三者的理论容积，从而得到理论上的理论烟气量利用过量空气系数αg、理论空气量V0、理论烟气量计算实际烟气量Vy。本发明专利技术引入锅炉燃烧过程中的烟气计算方法，并采用实验测量烟气中的含氧量来确定运行中的过量空气系数，同时对过量空气系数的取值范围进行拓展，解决了海上采油设施主机余热回收的技术难点。

Method for measuring and calculating flue gas quantity of marine generating set

The invention discloses a method of measurement and calculation of a marine power generation host flue gas, which comprises the following steps: determining the type of fuel offshore oil production facilities with host components and content, given fuel; flue gas analysis test on sea power machine, get gas parameters and content; the content of O2, using RO2 to get the excess air coefficient alpha g; calculation of theoretical air volume fraction using V0 fuel components; the theory of volume using flue gas content of RO2, NO2, H2O calculation of the three, in order to get the theoretical flue gas volume theory using the excess air coefficient g, theoretical air volume V0, theoretical flue gas volume calculation of actual flue gas volume Vy. The calculation method of flue gas combustion process of the invention into the boiler, and the experimental measurement of oxygen content in flue gas to determine the coefficient of excess air in the operation at the same time, the range of the excess air coefficient is extended to solve the technical difficulties of offshore oil production facilities for waste heat recovery of the host.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及节能环保领域，特别涉及一种海上发电主机烟气量的测量和计算方法。
技术介绍
不论是燃气轮机还是柴油主机，在进行余热回收时，都需要确定两个关键的参数：烟气量和烟气温度。对于烟气温度，较为容易测得，可以通过打孔测试(如9-3平台)，但对于海上采油设施的主机尾气的烟气量的测试则较为困难。目前，对于烟气量或烟气流速的测量包括以下几种方法：1、差压式流量测量方法。此方法根据伯努利方程提供的基本原理，通过测量流体的差压信号反映流体的流速，流量计包括孔板、文丘里管、V形内锥式流量计等。使用这些压差式流量计来测量流量非常常见，并且测量结果也较为准确。但一般来说，海上采油设施的主机尾气的烟道没有安装任何流量计，因此测量管路的流量还需考虑其他的方式。2、超声波流量计和电磁流量计测试流量。对于超声波测量流速，可以追溯到20世纪30年代；而电磁流量计由电磁流量传感器和转换器组成，原理是将流体作为导体，当导体切割磁力线时会产生电动势，电动势的大小与流速有关。这两种非接触式测试方式均局限于温度较低、流体的品质要较为干净，且温度不能太高。显然，海上采油设施的透平主机和内燃机都不适合这两种非接触式测温方式。3、锅炉计算烟气量。这种方式最早由西安交通大学提出来，有很多学者采用，后来又被清华大学进一步研究，将检测锅炉燃烧后的不完全燃烧损失也考虑进去。但这种方法建立在锅炉燃烧的角度上，并不是直接针对燃气透平和柴油机发电后的主机尾气的烟气量进行的研究，测量效果还有待商榷。从9-3平台(Solar)、111FPSO(Caterpillar)、涠洲岛(Siemens)三个主机厂家不同型号的主机情况来看，海上的发电主机厂家一般会给出主机出厂的运行数据，但是运行一段时间后的数据有所波动。如果想对这些主机进行余热回收，还需对主机厂家提供的数据进行试验和理论验证。过量空气系数燃烧1kg燃料实际所供给的空气质量/完全燃烧1kg燃料所需的理论空气质量。一般来说，燃烧时的过量空气系数大于1，当过量空气系数越大，烟气的流量大为增加。有文献指出，这些主机的过量空气系数在4左右，然而，根据上述几个厂家的烟气量的情况来说，过量空气系数是变化的，柴油主机的过量空气系数小而燃气轮机的过量空气系数要大些，这也给发电主机的烟气量的测量和计算带来了很多困难。因此，亟需一种针对海上发电主机烟气量的测量和计算方法。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有烟气量测量方法无法对海上发电主机烟气量进行准确测量的技术问题，本专利技术提供一种海上发电主机烟气量的测量和计算方法，将锅炉燃烧过程中的烟气计算方法应用于燃气轮机和柴油机的烟气量计算中，并采用实验测量烟气中的含氧量来确定运行中的过量空气系数，同时对过量空气系数的取值范围进行拓展，解决了海上采油设施主机余热回收的技术难点。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：提供了一种海上发电主机烟气量的测量和计算方法，包括以下步骤：步骤1：确定海上采油设施主机燃用的燃料种类，给出燃料的各组分及含量；步骤2：对海上发电主机进行烟气分析测试，获取烟气参数及其含量；所述烟气参数包括：RO2、NO2；步骤3:利用O2、RO2的含量得到过量空气系数αg；步骤4:利用燃料各组分的体积分数计算理论空气量V0，公式为：上式中:H2-氧气的体积分数，％；CO-一氧化碳的体积分数，％；H2S-硫化氧的体积分数，％；m-碳原子数量，n-氢原子数量；CmHn-烃类气体的体积分数，％；步骤5:利用步骤2中RO2、NO2、H2O的烟气含量计算三者的理论容积，进一步得到理论上的理论烟气量公式为：上式中，-三原子气体的理论容积，m3/kg；-氮气的理论容积，m3/kg；-水蒸气的理论容积，m3/kg；步骤6:利用过量空气系数αg、理论空气量V0、理论烟气童计算实际烟气量Vy；公式为：进一步地，所述三原子气体RO2的理论容积采用下式得到：上式中，Cy-原油中的含碳量，％；Sy-原油中的含硫量，％。进一步地，所述N2的理论容积采用下式得到：上式中，Ny-原油中的含氮量，％。进一步地，所述H2O的理论容积采用下式得到：上式中，Hy-原油中的含氢量，％；Wy-原油中的含水量，％。进一步地，所述燃料完全燃烧时，步骤3中过量空气系数采用下式得到：上式中，O2-干烟气中的含氧量，％。进一步地，所述步骤3中的O2即干烟气中的含氧量由实验仪器测量而得。进一步地，所述步骤1中的燃料为原油且不完全燃烧时，为使计算更为准确，采用以下不完全燃烧方程式：RO2+0.605CO+O2+β(RO2+CO)＝21上式中，无量纲进一步地，所述燃料(原油)不完全燃烧时，过量空气系数αg采用下式得到：上式可变形为：进一步地，所述燃料为天然气且不完全燃烧时，采用以下不完全燃烧方程式：RO2+0.605CO+O2+β(RO2+CO)＝21式中，无量纲进一步地，所述燃料(天然气)不完全燃烧时，过量空气系数αg采用下式得到：上式可变形为：本专利技术的有益效果是：本专利技术将锅炉燃烧过程中的烟气计算方法应用于燃气轮机和柴油机的烟气量计算中，并采用实验测量烟气中的含氧量来确定运行中的过量空气系数，同时对过量空气系数的取值范围进行拓展，与现有烟气量计算方法相比，本专利技术无需在主机尾气的烟道安装任何流量计，并且考虑了不完全燃烧损失，得到的烟气量更为准确，解决了海上采油设施主机余热回收的技术难点，具有一定的实际应用价值。附图说明图1是原油过量空气系数与三原子气体含量的变化曲线图。图2是原油过量空气系数与干空气含氧量的变化曲线图。图3是天然气过量空气系数与三原子气体含量的变化曲线图。图4是天然气过量空气系数与干烟气含氧量的变化曲线图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。烟气量的准确测量是海上采油主机余热回收的技术难点，对于判断余热回收是否达到最优产生重要的影响。本专利将锅炉燃烧过程中的烟气计算方法应用于燃气轮机和柴油机的烟气量计算中去，并采用实验测量烟气中的含氧量来确定运行中的过量空气系数；同时，由于海上发电主机的过量空气系数远远高于锅炉的过量空气系数，故本专利还扩展了过量空气系数的取值范围。本专利技术一种海上发电主机烟气量的测量和计算方法，包括以下步骤：步骤1：确定海上采油设施主机燃用的燃料种类，给出燃料的各组分及含量；步骤2：对海上发电主机进行烟气分析测试，获取烟气参数及其含量；所述烟气参数包括：RO2、NO2；步骤3:利用O2、RO2的含量得到过量空气系数αg；步骤3.1当燃料完全燃烧时，过量空气系数αg采用下式得到：上式中，O2-干烟气中的含氧量，％，所述干烟气中的含氧量由实验仪器测量而得。步骤3.2：当燃料为原油且不完全燃烧时，为使计算更为准确，采用以下不完全燃烧方程式：RO2+0.605CO+O2+β(RO2+CO)＝21上式中，无量纲则过量空气系数αg采用下式得到：上式可变形为：制作图1制作图2由于无量纲β由燃料的可燃元素组成，而与水分和灰分无关。因此如果在计算烟气量中考虑不完全燃烧的影响，就要分别考虑燃油和燃气的不同，在锅炉的燃烧计算中文献将重油取0.36。步骤3.3：当燃料为天然气且不完全燃烧时，为使计算更为准确，采用以下不完全燃烧方程式：RO2+0.605CO+O2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海上发电主机烟气量的测量和计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：确定海上采油设施主机燃用的燃料种类，给出燃料的各组分及含量；步骤2：对海上发电主机进行烟气分析测试，获取烟气参数及其含量；所述烟气参数包括：RO2、NO2；步骤3：利用O2、RO2的含量得到过量空气系数αg；步骤4：利用燃料各组分的体积分数计算理论空气量V0，公式为：V0=121-(0.5H2+0.5CO+1.5H2S+Σ(m+n4)CmHn-O2)]]>上式中：H2—氢气的体积分数，％；CO—一氧化碳的体积分数，％；H2S—硫化氢的体积分数，％；m—碳原子数量，n—氢原子数量；CmHn—烃类气体的体积分数，％；步骤5：利用步骤2中RO2、NO2、H2O的烟气含量计算三者的理论容积，进一步得到理论上的理论烟气量公式为：Vy0=VRO20+VN20+VH2O0]]>上式中，—三原子气体的理论容积，m3/kg；—氮气的理论容积，m3/kg；—水蒸气的理论容积，m3/kg；步骤6：利用过量空气系数αg、理论空气量V0、理论烟气量计算实际烟气量Vy；公式为：Vy=Vy0+(αg-1)V0+0.0161(αg-1)V0.]]>...

【技术特征摘要】
1.一种海上发电主机烟气量的测量和计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：确定海上采油设施主机燃用的燃料种类，给出燃料的各组分及含量；步骤2：对海上发电主机进行烟气分析测试，获取烟气参数及其含量；所述烟气参数包括：RO2、NO2；步骤3：利用O2、RO2的含量得到过量空气系数αg；步骤4：利用燃料各组分的体积分数计算理论空气量V0，公式为：V0=121-(0.5H2+0.5CO+1.5H2S+Σ(m+n4)CmHn-O2)]]>上式中：H2—氢气的体积分数，％；CO—一氧化碳的体积分数，％；H2S—硫化氢的体积分数，％；m—碳原子数量，n—氢原子数量；CmHn—烃类气体的体积分数，％；步骤5：利用步骤2中RO2、NO2、H2O的烟气含量计算三者的理论容积，进一步得到理论上的理论烟气量公式为：Vy0=VRO20+VN20+VH2O0]]>上式中，—三原子气体的理论容积，m3/kg；—氮气的理论容积，m3/kg；—水蒸气的理论容积，m3/kg；步骤6：利用过量空气系数αg、理论空气量V0、理论烟气量计算实际烟气量Vy；公式为：Vy=Vy0+(αg-1)V0+0.0161(αg-1)V0.]]>2.根据权利要求1所述的海上发电主机烟气量的测量和计算方法，其特征在于，所述三原子气体RO2的理论容积采用下式得到：VRO20=1.866(Cy+0.375Sy)×10-2]]>上式中，Cy—原油中的含碳量，％；Sy—原油中的含硫量，％。3.根据权利要求1所述的海上发电主机烟气量的测量和计算方法，其特征在于，所述N2的理论容积采用下式得到：VN20=0.79V0+0.8Ny/100]]>上式中，-Ny-...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘向龙，曾丽萍，欧阳军，李小华，陈晓，
申请(专利权)人：湖南工程学院，
类型：发明
国别省市：湖南;43