【作者】

Patrice Flot

【摘要】

论文已在温哥华2019年CIMAC大会上发表，论文版权归CIMAC所有。 天然气是基于主要气体成分甲烷的各种气体质量的通用名称。因此，它涵盖了与气体成分相关的许多不同质量，包括原料气来源和炼油工艺。天然气可以由合成技术、天然工艺或“可再生能源到天然气”技术生产。天然气网络相互连接，并在战略上与多个来源相连。因此，在给定的位置，气体质量会发生变化，当从一个来源切换到另一个来源时，这些变化可能会很快。此外，在终端用户面临的其他情况下，如从储气罐到燃气管网的现场切换，也可能发生燃气质量的快速变化。此外，当气体仅在罐中可用时，从空罐切换到满罐可能会导致气体质量的显著变化，因为空罐将输送天然气中包含的最重分子，而满罐可能输送最轻的分子。在船舶应用中，推进气体发动机通常由液化天然气储罐的蒸发来提供燃料。当发动机功率超过蒸发流量的容量时，额外的气体流量从油箱底部供给发动机，蒸发是由最轻的天然气分子产生的，特别是当油箱快满的时候。相反，从罐底输送的气体是由最重的天然气分子构成的。因此，产生的混合气质量随发动机负载而变化。在大浪中，螺旋桨上的负载波动通常会导致发动机入口处的气体质量发生快速变化，发动机制造商非常清楚这些情况对燃气发动机内部的燃烧有着深刻的影响。这些燃气发动机大多按照奥托原理运转，奥托原理对甲烷指数很敏感。甲烷指数高（80–90）的气体将从火花点火装置开始提供平稳的燃烧，而甲烷指数低（55-65）的气体则会增加在燃烧室内多个位置自动点火时发生爆震的风险。为了解决这一问题，发动机制造商使用振动传感器和燃烧压力传感器来监测高水平的爆震，并通过改变发动机的调谐将其降低到低水平。通常情况下，这样的管理循环并不总是足够快以匹配突然的气体质量变化，从而导致发动机紧急停机。附加裕度通常是通过保守的发动机调整获得的，例如在上止点之前降低火花点火正时，这会损害发动机的效率。为了克服与奥托原理和快速气体质量变化有关的敲击问题，设计了一种新的传感器，称为NIRIS NG，用于分析燃气发动机入口处的天然气成分。NIRIS NG传感器的设计具有响应时间短（不到一秒钟）的特点，安装简单，维护简单，成本低，以便在所有燃气发动机上实现标准化。NIRIS NG传感器基于近红外光谱法，专门设计用于安装在发动机上。与其他气体质量分析仪相比，NIRIS NG传感器通过使用低成本光学元件和专有的信号处理软件，在能够承受振动和热量的坚固包装内，实现了技术突破。它是一个气管堵塞传感器，提供快速响应时间。通过传感器探测器分析传感器自身发出的光及通过发动机供应管内的气体发出的光。探测器输出信号是一个简单的频谱，然后由计算矩阵处理，以提供气体成分和相关参数。该矩阵是针对每个传感器的，由于气体混合物的数据库，并通过主成分回归和偏最小二乘回归等多变量方法进行计算，因此已在校准步骤的制造过程中预先实现。测量数据通过CAN协议提供给发动机。发动机制造商可以使用发动机电控单元处的甲烷值输入来持续优化火花点火正时和其他发动机执行器。本文将介绍传感器的硬件和软件技术、验证测试以及工业燃气发动机在安装、效率和排放方面的预期优势。

【会议名称】

第29届CIMAC会议

【会议地点】

加拿大 温哥华

【下载次数】

6

返回