江蘇LNG接收站SCV燃燒性能分析

吳小飛，王順學，丁 歡，馬 凱

（1.中石油江蘇液化天然氣有限公司，江蘇南通 226400；2.中國石化江蘇銷售南通分公司，江蘇南通 226400）

江蘇LNG接收站SCV燃燒性能分析

吳小飛1，王順學1，丁 歡2，馬 凱1

（1.中石油江蘇液化天然氣有限公司，江蘇南通 226400；2.中國石化江蘇銷售南通分公司，江蘇南通 226400）

在不同負荷下，SCV 燃燒所需的燃氣比不同，而最佳的燃氣比是保證其燃燒效率的關鍵。通過對運行的 SCV 排氣煙道的煙氣組分進行分析，發現在分別為 80t/h 和 180t/h 負荷運行時煙氣中所含的 CO 濃度較高，表明 SCV 在運行中存在一定的不完全燃燒的現象，直接影響燃燒性能和換熱效率。因此通過對SCV 不同負荷下燃料氣燃燒所需的理論空氣量進行計算，確定了保證SCV 完全燃燒的最佳過量空氣系數。而后根據此值擬合鼓風機入口導葉閥和一次風蝶閥通過的最佳空氣流量，得出保證 SCV在不同負荷下最佳燃燒效率的空氣流量曲線。

煙氣分析；不完全燃燒；過量空氣系數；流量曲線

1 SCV的燃燒原理

SCV 氣化器包括燃燒器、燃燒室、水浴、換熱管、冷卻水泵和鼓風機等輔助系統。其中，燃燒室通過噴氣管與水浴連通。SCV 啟動之后，鼓風機和冷卻水泵作為第一時間啟動的輔助設備，將保證燃燒室內充足的空氣環境和燃燒室蝸殼外壁的水循環。燃燒室中原有的水被從鼓風機出口切向進入其頂部的二次風通過噴氣管壓入水浴。相關管線吹掃完畢后，點火器通電插入燃燒室，220V 電壓經點火棒產生高頻電流生成電火花，與來自燃燒室頂部的一級燃料氣混合，產生火焰。點火成功后，頂部的火焰再由較高壓力的二級燃料氣引燃至底部燃燒器，而先前的一、二級燃料氣則停止供應。因底部燃燒器通有一定壓力的主燃料氣，所以火焰由底部燃燒，并在蝸殼中部形成最大火焰。燃燒產生的煙氣源源不斷地通過噴氣管浸入水浴，引起水浴的劇烈擾動。運用氣體提升原理，氣泡在提升的過程中破滅，釋放出巨大的潛熱,產生的液態水將在換熱管外與圍堰之間形成激烈的循環水流。

2 燃燒性能分析

2.1 煙氣分析

2013年5月21日，江 蘇 LNG 接 收 站 啟 動 SCVB 進 行 運行測試。測試的目的在于檢驗 SCVB在維修之后的燃燒性能。運行期間，對不同負荷下SCV 的排氣煙道中的煙氣組分進行取樣，得出數據，據此分析 SCV的燃燒效率。

分析發現：當 LNG 負荷為 80t/h 時，排出的煙氣中含有大量的 O2，濃度達到 12.3%，此時 CO 的濃度也達到 40mg/L。表明在 O2較為充足的條件下，燃料氣并沒有實現完全燃燒，燃燒產物中生成了一定濃度的 CO。當負荷為 180t/h 時，排出的煙氣中 O2的濃度較低，僅為5.6%，但 CO 的濃度卻達到了54mg/L 的高值。表明燃燒室中空氣的量相比其他負荷不是特別充足，燃料氣燃燒不充分。而當 LNG 負荷分別為 100t/h、120t/h、150t/h 的條件下，O2的濃度略微較高，但燃燒產生的CO 濃度卻比較低，表明燃燒相對充分[1]。

2.2 空氣過量系數的計算

空氣過量系數是指實際空氣量 Va與理論空氣量之比。其中，實際的空氣量由SCV 運行期間鼓風機按照一定的燃燒比供給，而理論空氣量則需要根據燃燒方程進行計算。

根據如東分輸站在線色譜分析獲得的 NG 數據，SCV 在運行期間燃燒的天然氣主要成分為甲烷和乙烷，其體積比約為 93 ∶ 6.5。其余組分認為是 N2，因丙烷的量非常小，所以忽略不計。

根據燃燒公式：

1mol CH4完全燃燒需要 2mol O2，1mol C2H6完全燃燒需要7/2mol O2。只要計算不同負荷下 SCV 燃燒所需的 CH4、C2H6的物質的量，便可得出所需的氧氣的物質的量。根據克拉佩龍方程 PV=nRT，進而可計算出氧氣在一定壓力下的體積。然后帶入公式（3）、（4），求得所需空氣的質量。

式中V空氣—理論空氣量的體積流量，m3/h；Vo2—理論燃燒需氧量，m3/h；ρ—20kPa（ 表壓）下的空氣密度，1.51kg/ m3；M空氣—理論空氣量的質量流量，kg/h。

3 實際空氣流量的曲線修正

SCV 在運行過程中，空氣流量的控制是根據燃料氣的流量按一定的燃燒比進行的。為了保證氣化器出口NG溫度保持在設定溫度，無論燃料氣流量怎樣變化，只要選擇最佳的過量空氣系數，總能實現 SCV 的高效穩定燃燒。前提是需要對SCV 運行所需的燃氣比進行修正。根據計算分析，在一定負荷的情況下，按照過量空氣系數為 1.46～1.94 進行設置，則完全能夠保證SCV 的燃燒性能。

4 結束語

1）SCV 在運行中，若過量空氣系數設置不當，會因燃料不完全燃燒而產生積炭，容易堵塞火焰探測器，造成探測數據丟失，SCV 跳車，對設備本身和工藝運行不利。

2）SCV 在啟機階段，往往點火多次才能成功。燃氣比混合不均勻是導致點火失敗的主要因素之一，設置最佳的過量空氣系數，將有助于實現燃料氣與空氣的充分混合，提高點火成功率。

3）燃料氣的充分燃燒及恰當的過量空氣系數，會大大提高設備的燃燒性能，同時不會因風量太大而導致不必要的煙氣損失，極大地提高了設備的氣化率。

[1] 宮小龍.增壓浸沒燃燒汽化裝置研制及其基本特性分析[M].北京：工業大學出版社，2012：121-123.

Jiangsu LNG Receiving Station SCV Combustion Performance Analysis

Wu Xiao-fei，Wang Shun-xue，Ding Huan，Ma Kai

The gas ratio required for SCV combustion at different loads is different，and the optimum gas ratio is the key to ensure the combustion efficiency.By analyzing the flue gas components of the SCV exhaust flue，it was found that the CO concentration contained in the flue gas was higher at 80t/h and 180t/h load，indicating that there was a certain Incomplete combustion of the phenomenon，a direct impact on the combustion performance and heat transfer efficiency.Therefore，by calculating the amount of theoretical air required for combustion of fuel gas under different loads of SCV，the optimum excess air coefficient for ensuring complete combustion of SCV is determined.And then according to the value of the fan inlet inlet guide valve and the first air butterfly valve through the best air flow，to ensure that the SCV under different load to ensure the best combustion efficiency of the air flow curve.

flue gas analysis；incomplete combustion；excess air coefficient；flow curve

TE974.7

A

1003-6490（2017）06-0167-02

2017-05-05

吳小飛（1984—），男，江蘇南通人，工程師，主要研究方向為天然氣計量與化驗。