燃气热值仪.pdf

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1、 1 燃气热值仪燃气热值仪 目录目录 目录目录 1 历史历史 2 1.气体特性气体特性 3 2.燃气热值仪燃气热值仪(RBM2000 型型)5 2.1 概况概况 5 2.2 测量原理测量原理 6 2.3 安装图安装图 9 3.燃气热值仪燃气热值仪(WI 型型)10 3.1 测量原理测量原理 10 3.2 华白指数型华白指数型 12 3.3 热值型热值型 12 3.4 安装图安装图 13 4.应用应用 14 4.1 应用举例应用举例 测量高炉煤气和焦炉煤气测量高炉煤气和焦炉煤气 15 4.2 应用举例应用举例 优化燃烧控制优化燃烧控制 15 4.3 应用举例应用举例 测量污水处理厂的沼气（甲烷）

2、测量污水处理厂的沼气（甲烷）15 4.4 应用举例应用举例 测量尾气测量尾气 15 5.热值仪选型表热值仪选型表 17 2 燃气热值仪燃气热值仪 历史历史 德国莱纳克测量控制技术有限公司（Reineke Mess-und Regeltechnik GmbH），从 1912年成立起就开始生产燃气测量仪，用于测量高低热值、华白指数、密度和最少空气需求量。环保条例和节能高效的原则，要求为广大工业用户提供更为先进和可靠的测量仪器。Reineke 燃气热值仪具有响应快，精度高，易于标定，操作方便，维护费用低等特点，是燃气行业中广泛应用的最可信赖的热值仪之一。产品经德国技术监督协会（TV）和其他国际检验机

3、构审核，并且通过 DIN EN ISO 9001 认证。3 燃气热值仪燃气热值仪 1 气体特性气体特性 以下为这些测量仪所用到的参数的解释，描述部分取自相应的技术标准。净热值净热值 nivH,燃气的净热值就是燃气完全燃烧后冷却到初始状态（环境温度：+273.15K,1.01325bar）时所释放出来的热量，其中燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在。（nivH,=低位热值=净热值）总热值总热值 nsvH,燃气的总热值就是燃气完全燃烧后冷却到初始状态（环境温度：+273.15K,1.01325bar）时所释放出来的热量，其中燃烧产物中的水蒸气凝结成水。（nsvH,=高位热值=总热值）相对密度相对密度 d

4、（比重）（比重）比重是指在相同的大气压力和温度条件下，燃气的密度除以空气的密度的商。nairngasd,=（系数 n代表正常情况，即 T=273.15 K，P=1.01325 bar）4 燃气热值仪燃气热值仪 华白指数华白指数 nivW,或或nsvW,华白指数是用于热量输入的特性，具有相同华白指数的不同成分的燃气，在相对于燃烧管压力的相同孔板下，能释放出相等的热量。低华白指数是被测燃气的净热值除以比重的平方根 低华白指数低华白指数=比重净热值,dHWnivniv,=高华白指数是被测燃气的总热值除以比重的平方根 高华白指数高华白指数=比重总热值,dHWnsvnsv,=最少空气需求量，最少空气需求

5、量，minL 最少空气需求量是指完全燃烧所需的空气量。完全燃烧意味着供给燃烧炉的燃气全部被燃烧。此参数用于所控制的燃烧设备，其燃气/空气比例不受华白指数控制，而主要由dLmin直接控制。（注：净热值取决于最少空气需求量minL和密度）5 燃气热值仪燃气热值仪 2 燃气热值仪燃气热值仪(RBM2000 型型)2.1 概况概况 燃气热值仪 RBM2000 型是 Reineke 公司与 BFI（企业研究所，德国杜塞尔多夫）共同开发的。该仪器能够对燃气的燃烧特性进行快速和非常精确的测量。所测量的燃烧特性包括燃气的标准密度，最少空气需求量，热值和华白指数。此燃气测量仪的测量方法属于非卡路里的测量步骤，它

6、通过测量燃气密度，燃气分子量和剩余氧气含量等燃气的物理性质来进行计算得出所需的测量值。RBM2000 型燃气热值仪具有极快的响应时间（T90=10秒），测密度时为 T90=5秒；很高的测量精度（+/-1%），测天然气时可达到+/-0.8%。长周期的测量稳定性是它的又一个优点。它不受环境条件的影响（温度与压力），但应提供正常电气元件所要求的工作条件。此热值仪曾在一家大型的石化工厂经过 2年的测试，现已发展成一个非常成熟的产品了。电子和测量技术的改进使得该测量仪使用起来使用非常简单和方便。输出信号为：华白指数 Wu（或 Wo），热值 Hu（或 Ho），最少空气需求量 Lmin和比重 d（或标准密度

7、 n）的 4-20mA信号，可由用户进行处理。该热值仪特别适用于因燃气质量波动，要求在极短时间内必须调控的燃烧过程控制。因为该仪器对气体质量波动的检测，具有极高的灵敏度和极快的响应时间，它可有效地检测天然气输送中的燃气质量。由于仪器具有长周期的稳定性和配制自动校正功能，使它能够进行连续地检测。6 燃气热值仪燃气热值仪 它还能够很好地检测石化工厂里的燃气特性。在那里，大多数时间根本不知道被测气体的成份。由于仪器可设置各种测量量程，它还特别适用于检测像高炉煤气这类低热值的瘦气。测量焦炉煤气也是该热值仪的典型用途之一。在此情况下，推荐使用由 BFI/Reineke 为焦炉煤气开发的气体过滤装置。此外

8、，燃气轮机发电机常采用生产过程中产生的高炉、焦炉煤气同天然气混合后的混合气来发电。但是生产过程中产生的高炉、焦炉煤气的质量波动很大，这些波动必须被精确、快速和连续地检测以使控制系统进行调节。2.2 测量原理测量原理 使用两种测量原理来分析燃烧特性。一方面测量排出废气中的剩余氧气含量，另一方面测量流经风笛管的燃气频率。在分析时，约 100 l/h的燃气流过分析仪。在此过程中，气体流过风笛引起震动，此频率取决于燃气的声音速度。频率由一麦克风记录下并被转换成一个模拟的电压信号。结合所测的燃气温度，密度可由以下公式算出：.n=2gasgasfTk 常数 K（比例系数）由标定决定。燃气与空气混合后在燃烧

9、室内充分地燃烧。在燃烧室的顶端有一个氧化锆（ZrO2）传感器，用来测量排放气里的剩余氧气浓度。7 燃气热值仪燃气热值仪 燃气的最少空气需求量由燃烧室周围的氧气平衡及所测得的密度得出，因为空气和燃气的体积量是恒定的。被测燃气的热值和华白指数可从密度和最少空气需求量的关系式计算出（dLmin）。有多种不同的比例关系选择，如天然气，焦炉气和瘦气（高炉气）等。这个比例关系是经深入研究的结果，是非常精确的（精度达 0.1 0.5%，取决于被测气体）。输出信号被传送到可编程控制单元作进一步处理，燃烧特性被计算和转换成各自的一个模拟输出信号（4-20mA）。测量装置由电子设备控制。若缺少空气或燃气，燃气供给

10、将被立即切断以确保安全。燃气/空气混合物在燃烧室内由自动点火装置自动点火。可以在前面板上容易地进行调节，设定各种参数。整个程序被集成在一个 EPROM内，使之能够经常更新程序或优化对任何待测燃气的测量。8 燃气热值仪燃气热值仪 冷却空气冷却空气待测气入口待测气入口30 mbar标定气入口标定气入口30 mbar 空气空气 燃气燃气f T液晶显示控制单元液晶显示控制单元 XO2 T 频率变换器频率变换器输出:输出:-热值-华白指数-密度，比重-空气需求-热值-华白指数-密度，比重-空气需求 火焰控制火焰控制 氧化锆（氧化锆（ZrO2）探头）探头燃烧器燃烧器 声音声音 传感器传感器 环境空气入口环

11、境空气入口 或或 压缩空气入口压缩空气入口 风机增压风机增压 压力调节器压力调节器4.5 mbar压力调节器压力调节器10.5 mbar温度频率温度频率 燃气热值仪 RBM2000 型测量原理图 9 燃气热值仪燃气热值仪 2.3 安装图安装图 燃气热值仪 RBM2000 型带风机 10 燃气热值仪燃气热值仪 3 燃气热值仪燃气热值仪(WI 型型)（测华白指数）型号：WI/W 手动标定 型号：WI/WA 带微处理器控制自动标定 （也可手动标定）（测热值）型号：WI/H 手动标定 型号：WI/HA 带微处理器控制自动标定 （也可手动标定）3.1 测量原理测量原理 净热值的测量原理是当燃气与空气混合

12、燃烧，排气温度在 5C范围内的稳定性进行测量的。当燃烧温度随着燃气的质量变化时，相应地调节冷空气的量被加进来。冷空气的量与测量值成比例关系，由此可计算出净热值。燃气流过孔板(58)进入燃烧管(57)并在燃烧管的顶部燃烧。一次和二次助燃空气由风机通过空气控制阀(3)和孔板(59)输送入烟道(33)。热的废气与冷空气在混合室(56)内混合并加热膨胀管(29)（起温度传感器的作用），通过排气管(27)的出口排向大气中。通过改变膨胀管(29)的长度来带动连杆(37)移动，可以调节空气入口喷嘴(38/39)的大小，进而控制空气进入得多一些或少一些。空气喷嘴(38/39)和节流阀(60)是一个联动机构，其

13、压力变化用来控制空气控制阀(3)的开度和所需的冷空气量。由此在空气孔板(59)前形成一个压力变化，它与测量值（即输出信号）的平方成比例。指示计(5)显示这个压力，还可通过切换三通阀(6)来测试燃气的压力。11 燃气热值仪燃气热值仪 燃气热值仪 WI型测量流程图 12 燃气热值仪燃气热值仪 3.2 华白指数型华白指数型(WI/W)被测燃气通过精密压力调节阀(42)，在恒定的压力下（3.5mbar+0.03 mbar 相应于 0.05 psi+0.0004 psi）被送到燃烧室(57)。燃烧室的热量随净（低）热值，相对密度 d和华白指数的变化而变化。输出信号是空气孔板(59)前的压力，它与华白指数

14、的平方成比例。3.3 净热值型净热值型(WI/H)待测燃气通过精密压力调节阀(42)被输送到燃气泵(24)，燃气泵提供恒定的燃气量（与燃气密度无关）到燃烧管。燃烧管的容量只随净热值而变化。如果燃气的流量是恒定的，则燃烧管的热效率与净热值成比例关系：燃烧管的热效率燃烧管的热效率=流量流量 x 净热值净热值 输出信号是空气孔板(59)前的压力，它与净热值的平方成比例。13 燃气热值仪燃气热值仪 3.4 安装图安装图 燃气热值仪 WI型带风机 14 燃气热值仪燃气热值仪 4 应用应用 Reineke 测量控制技术有限公司生产的燃气热值仪在世界各地，广泛地应用于下述各种工业装置：联合循环电站的燃气轮机

15、 天然气工业 LPG液化石油气/空气混合站 石化厂 冶炼厂-尾气混合 钢铁厂 焦化厂 城市煤气供给系统 沼气和垃圾填埋气 玻璃和陶瓷工厂(温度控制)多种成份燃气的混合和/或燃烧 燃烧室和工业窑炉的燃料气体控制 15 燃气热值仪燃气热值仪 4.1 应用举例应用举例 测量高炉煤气和焦炉煤气测量高炉煤气和焦炉煤气 高炉煤气来自于钢铁生产的工程中，它的热值很低，难以点燃。焦炉煤气来自于炼焦炉，它的热值高得多。在很多钢铁厂中，高炉煤气和焦炉煤气是混合在一起作为一个固定热值使用的（混合煤气）。此混合煤气还可用于发电厂的蒸汽锅炉或燃气轮机的燃烧。RBM2000 是一种很可靠的热值仪，能够容易地处理包含很多焦

16、油、水分和其他杂质的高炉焦炉混合煤气。4.2 应用举例应用举例 优化燃烧控制优化燃烧控制 RBM2000 型气热值仪测量流入窑炉或锅炉燃烧系统的燃气的质量和密度。RBM2000 可测最少空气需求量，可以最优化燃烧系统的燃烧效率。这是一个前级控制系统，在燃烧前计算最优化的条件。它可以节省燃料，降低氮氧化物、二氧化碳和一氧化碳的排放量。16 燃气热值仪燃气热值仪 4.3 应用举例应用举例 测量污水处理厂的沼气（甲烷）测量污水处理厂的沼气（甲烷）沼气（甲烷）产生于污水处理厂，在很多情况下用于驱动燃气轮机来发电。沼气的产生受季节性的环境温度变化影响波动很大，因此污水处理厂的甲烷常和天然气或丙烷混合以达

17、到一个基本的能量值。RBM2000 能够非常精确地测量和控制进入燃气轮机的能量流。4.4 应用举例应用举例 测量尾气测量尾气 尾气来自于化工厂或冶炼厂的生产过程中的废气。测量和控制这种气体的难度在于，在生产流程中的气体变化很大，使得燃气的热值波动很大。此波动介于氢气和丙烷之间。因此混合了天然气以达到一个固定的热值。此混合气供给燃气轮机的蒸汽锅炉燃烧进行发电。RBM2000 具有的优异性能，使它成为能够高速测量和控制具有强烈波动的尾气的理想的仪器。17 燃气热值仪燃气热值仪 5 热值仪选型表热值仪选型表 Project（项目名称）：Company（单位）：Address（地址）：Contact（

18、联系人）：Phone（电话）：Date（日期）：Fax（传真）：Note（注）：（请在您需要的“”内打“”）1.Type of gas（气体的种类）Coke oven gas（焦炉煤气）Blast furnace gas（高炉煤气）Coke oven gas+Blast furnace gas（焦炉高炉混合煤气）Natural gas(天然气)LPG(liquified petrochemical gas)（液化石油气）Land fill or digester gas（沼气）Refinery tall and flare（精炼尾气）Other（其它种类气体）_ 2.Gas compositi

19、on(Vol.%or Mol.%)（请详细写明各种气体百分比含量）3.Gas contamination(Vol.%or Mol.%)(mg/m)（请详细写明各种杂质百分比含量，如：硫化氢，水，焦油，灰尘等单位立方含量）18 燃气热值仪燃气热值仪 4.Application（应用）Direct control（直接控制）Monitoring only（仅监测）Fast speed response（快速反应时间）：T 90%：_秒；T 50%：_秒；5.Temperature of gas（燃气温度）：6.Pressure of gas（燃气压力）：7.Kind of measurement（

20、测量种类）Net calorific value(净热值)Gross calorific value(总热值)Wobbe-index(华白指数)Density/Specific gravity(密度/比重)Energy heat flow(能量流)Minimum air requirement(最少空气要求)8.Measuring range（测量范围）Net/Gross calorific value(净/总热值)Minimum(最小)：Maximum(最大)：Wobbe-Index（华白指数）Minimum(最小)：Maximum(最大)：Density（密度）(kg/m)/Specifi

21、c gravity（比重）Minimum(最小)：Maximum(最大)：9.Measuring accuracy（测量精度）：10.Power supply（供电的种类）220VAC 50HZ 110VAC 60HZ 220/380V 11.Output signal（输出信号）0-20mADC 4-20mADC Other output（其它输出要求）19 燃气热值仪燃气热值仪 12.Installation place（安装地点）Air pressure(大气压力)：mbar Ambient temperature(环境温度)：C Surroundings(环境状况)：Normal(正常

22、)/Corrosive(腐蚀性)/Dusty(灰尘)/Moist(潮湿)13.Distance between sample point and calorimeter（气体取出口到热值距离）：14.Degree of protection（防护等级）Wall-mounting case(箱体)：Fan(风机)：15.Explosion proof（防爆等级）Normal（普通）Explosion（防爆）：16.Special requirement(If need sample conditioning system)（特殊要求，如：是否需要气体净化处理装置？）17.Other specifications（其它要求）_ Reineke Mess-und Regeltechnik GmbH 德国莱纳克测量控制技术有限公司中国代表处德国莱纳克测量控制技术有限公司中国代表处 上海市虹口区曲阳路 440 号东渡名人大厦 1211 室，邮编：200092 电话：021-55156608，传真：021-65215439 Email:，http:/