Успех различных текущих проектов по смешиванию водорода в сети природного газа может оказаться важным шагом на пути к развитию водородной экономики, поскольку смешивание позволяет избежать значительных капитальных затрат, связанных с разработкой новых технических решений для отдельной инфраструктуры передачи и распределения для водорода.
1 Сфера действия
Функционирование мини ТЭЦ 2G с системой управления и дополнительным вспомогательным оборудованием второй газовой линии, а также в качестве системно-смешивающего газа вспомогательного оборудования.
2 Эксплуатация с двумя газовыми линиями
Вариант со второй газовой линией позволяет мини ТЭЦ работать с двумя различными типами газа. Подача газа может быть изменена, например, в случае сбоя в газопроводе 1 или для островного режима. Обе газовые линии оснащены фильтрами, электромагнитными клапанами, проверкой утечки клапанов, регуляторами давления и контролем давления.
2.1 Функции
Тип газа переключается путем приведения в действие электромагнитных клапанов. Ручное вмешательство, такое как закрытие газовых заслонок или аналогичных, не требуется.
Желаемый тип газа выбирается с помощью визуализации установки, см. Рисунок 1 Выбор типа газа. Выбор между «Тип газа 1», «Тип газа 2» и «Тип газа через шину». Опция «Операция смешивания газа» может быть выбрана только для систем с установленной системой смешивания газа. Если активирован «Тип газа по шине», оценивается точка данных интерфейса полевой шины, что позволяет системе управления автоматически выбирать тип газа.
2.2 Процесс переключения
Переключение осуществляется только тогда, когда машина остановлена. Если во время работы предварительно выбран новый тип газа, он применяется только после следующей команды СТОП. Как для ручного отбора с помощью визуализации установки, так и для автоматического переключения с помощью системы управления машина должна быть остановлена для применения желаемого типа газа. Последующая команда запуска может быть установлена повторно только после истечения срока действия операционного сообщения. В режиме ожидания орган управления осуществляет пусковую проверку для заранее выбранного типа газа и переключается на него. Временная задержка до старта соответствует последовательности запуска от настроек устранения неисправностей и составляет около 30-60 секунд в зависимости от версии газовой линейки.
2.3 Ограничения использования
2.3.1 Снижение энергопотребления
В зависимости от конфигурации двигателя и газовой комбинации номинальная мощность установки не одинакова для обоих типов газа. Например, если двигатель с конфигурацией водорода работает на природном газе, максимальная мощность должна быть ограничена, чтобы предотвратить выбивание двигателя. Двигатель с конфигурацией на природном газе может работать на номинальной мощности с обоими газами. Однако в этом случае при работе на биогазе следует ожидать снижения электрической эффективности. Поэтому при выборе оптимальной конфигурации двигателя актуально ожидаемое время работы для каждого типа газа, а также оценка максимального коэффициента мощности против максимальной эффективности.
2.3.2 Запись измеренных значений
Управление подготовлено для подключения двух газовых электромагнитных клапанов, двух клапанных испытательных систем и двух операционных переключателей давления. Существует только одна аналоговая регистрация давления на входе и запись расхода, которая устанавливается в линейке газа. Два датчика давления и два счетчика газа могут быть подключены только к вспомогательному оборудованию для операций смешивания газа.
3 Операция смешивания газа
3.1 Описание
Операция «смешивания газа» является еще одним этапом расширения операции с двумя газовыми линиями. Установка системы смешивания газов позволяет установить переменное соотношение смеси двух газов в процессе эксплуатации.
Для этого две газовые линии направляются в одну смесительную установку. Соотношение смеси двух газов может непрерывно регулироваться с помощью электрических регулирующих клапанов.
Существует две версии системы смешивания газа: регулирование объема и регулирование теплотворной ценности.
3.1.1 Регулирование объема
Регулирование объема (или регулирование количества) используется, когда первичный газ имеет хорошее качество, но количество недостаточно. Машина может работать непрерывно путем добавления второго газа.
Два расходомера газа используются для измерения расхода в двух газовых линиях и расчета соотношения смеси. Датчик метана не нужен, так как в этом режиме работы предполагается, что газ 1 воспламеняется без добавления газа 2.
Типичным примером этого является очистные сооружения, где сточный газ смешивается с природным газом, чтобы компенсировать колебания производства газа.
Система смешивания регулировки объема состоит из двух комплектных линий регулирования газа с фильтрами, стабилизаторами, двойными электромагнитными клапанами с системами тестирования клапанов и смесительного устройства с переменными смесительными клапанами. В качестве датчиков добавляются два газовых счетчика для определения скорости потока в обеих газовых линиях, а также датчики давления газа на входе и давления смешивания.
3.1.2 Регулирование теплотворной способности
Регулирование теплотворной способности (или регулирование качества) используется, если качество первичного газа недостаточно для постоянной работы машины без сбоев зажигания.
Это делается с помощью датчика метана, а его измерительное значение используется для регулирования смесительного клапана.
Типичным примером этого является заводы по производству свалочного газа, где свалочный газ улучшается с помощью природного газа до тех пор, пока он не будет обладать хорошей воспламеняемостью.
Система смешивания для регулирования теплотворной способности состоит из двух полных линий регулирования газа с фильтрами, регуляторами давления, двойными электромагнитными клапанами с системами тестирования клапанов и смесительным устройством с регулируемыми смесительными клапанами. В качестве датчиков добавлены два роторно-поршневых газовых счетчика для определения расхода в обеих газопроводах, а также датчики давления для входного давления и давления смешивания и устройство для измерения качества газа для непрерывного измерения.
3.2 Функции
Система смешивания газа обеспечивает третий режим работы (газ типа 3) в дополнение к работе с газом типа 1 и газа типа 2.
В режиме газа типа 1 активна только газовая линейка 1, а смесительный клапан настроен на выпуск газовой линейки 1. То же самое относится к режиму газа типа 2, где активна только газовая линия 2 и смесительный клапан настроен на выпуск газовой линии 2. В режиме смешанного газа оба газовых клапана открываются одновременно. Системы контроля клапанов и реле давления газа обеих газовых линий активны одновременно.
Линии регулирования газа могут быть переключено только тогда, когда установка остановлена. Желаемый тип газа должен быть выбран перед запуском. Если во время работы выбран другой тип газа, этот выбор не будет применяться до следующей остановки. Остановка должна запускаться вручную или системой управления и не происходит автоматически после выбора другого типа газа.
Запуск в режиме смешивания может осуществляться опционально с газовой линейкой 1 или с газовой линейки 2. Смешивание начинается после прогрева двигателя. Желаемое соотношение смеси теперь может быть отрегулировано по-разному в любое время.
Измеренные значения системы смешивания газа визуализируются на схеме труб и приборов, см. Рисунок 2 Система смешивания газа P&I.
3.2.1 Регулирование объема
В варианте регулировки объема требуемое соотношение смеси указывается вручную на панели управления. Как опция, целевое значение может быть получено в виде сигнала промышленной сети через систему управления. Спецификация аналогового целевого значения не применяется к этому варианту.
3.2.2 Регулирование теплотворной способности
В варианте регулирования величины нагрева минимально требуемая величина нагрева задается вручную или через полевую шину. Машина контролирует соотношение смеси таким образом, чтобы всегда соблюдалась минимальная теплотворная способность смеси для обеспечения воспламеняемости газовой смеси. Изменения теплотворной способности обедненного газа измеряются газовым датчиком и соответствующим образом регулируются.
3.2.3 Регулирование уровня газа
В варианте регулирования уровня газа соотношение смешивания может быть установлено в зависимости от уровня заполнения резервуара для хранения газа. Соотношение смешивания непрерывно интерполируется с помощью шести регулируемых опорных точек. На рисунке 3 Регулирование уровня газа показаны поля ввода в визуализации.
Текущий уровень газа в резервуаре для хранения может быть указан в качестве аналогового сигнала или через полевую шину. При использовании аналогового сигнала обратите внимание, что можно указать либо номинальную мощность, либо уровень заполнения газом. Благодаря связи по полевой шине возможна любая комбинация.
3.3 Ограничения использования
3.3.1 Снижение энергопотребления
В зависимости от конфигурации двигателя и комбинации газов, смешивание может снизить максимальную электрическую мощность, для предотвращения стука двигателя. Снижение мощности является линейным в зависимости от соотношения смеси.
Пример: Двигатель с конфигурацией водорода используется для смешивания с природным газом. Максимальная мощность при работе с водородом составляет 100 кВт и 80 кВт при работе с природным газом. При соотношении энергетической смеси 50% это приводит к максимально возможной мощности 90 кВт.
Если двигатель с конфигурацией природного газа используется для того же применения, снижение мощности не требуется, и 100 кВт можно поддерживать независимо от соотношения смеси. В этом случае, однако, электрическая эффективность в работе с водородом будет снижена.
При выборе подходящей конфигурации двигателя необходимо предварительное значение ожидаемого среднего соотношения смеси, а также оценка максимального коэффициента мощности по отношению к максимальной эффективности.
