養(yǎng)殖場用濰坊天然氣發(fā)電機(jī)組單燃料和雙燃料

什么是單燃料發(fā)電機(jī)組和雙燃料發(fā)電機(jī)組-濰坊市華全動力機(jī)電設(shè)備有限公司

近幾年由于農(nóng)村家庭責(zé)任制、大中型的工廠化畜牧場的建立及環(huán)境保護(hù)等原因，我國的沼氣機(jī)、沼氣發(fā)電機(jī)組已向兩極方向發(fā)展。農(nóng)村主要向3～10千瓦沼氣機(jī)和沼氣發(fā)電機(jī)組方向發(fā)展，而酒廠、糖廠、畜牧場、污水處理廠的大中型環(huán)保能源工程，主要向單機(jī)容量為50～200千瓦的沼氣發(fā)電機(jī)組方向發(fā)展。國外，絕大多數(shù)小型沼氣發(fā)電機(jī)均有原汽油機(jī)改裝而成，其功率大都下降，一般下降 15%～20%，而柴油機(jī)改裝成小功率的沼氣機(jī)很少，原因在于其控制系統(tǒng)均采用電子調(diào)速系統(tǒng)來控制混合器，增加了成本。在國內(nèi)，大多數(shù)小功率沼氣機(jī)的改裝都以柴油機(jī)為主，功率相對下降10%～15%，主要原因?yàn)檎託庵泻淄榱可伲l(fā)電機(jī)組工作容積不變，不能增加混合氣熱值所致，熱效率在33%～36%之間。

養(yǎng)殖場用濰坊天然氣發(fā)電機(jī)組單燃料和雙燃料

（一）單燃料發(fā)電機(jī)組

單燃料發(fā)電機(jī)組又稱為全燒式發(fā)電機(jī)組，在沼氣產(chǎn)量大的場合可連續(xù)穩(wěn)定地運(yùn)行，適合在大、中型沼氣工程中使用，可以使用天然氣發(fā)電機(jī)組，亦可由柴油機(jī)改裝而成。由于氣體燃料的組分、熱值、物理性能、著火溫度、極限、燃燒特性存在很大差異，當(dāng)利用天然氣發(fā)電機(jī)組燃燒沼氣時，需對發(fā)電機(jī)組的相關(guān)部件進(jìn)行必要的調(diào)整或改裝，例如發(fā)電機(jī)組的空氣-燃?xì)饣旌掀鳎诟难b時，空氣閥的通徑需擴(kuò)大1.4倍左右；此外，還應(yīng)根據(jù)發(fā)電機(jī)組對空燃比和調(diào)節(jié)特性的要求，確定燃?xì)忾y芯的型號，設(shè)計(jì)若干組閥座與閥芯的配合方案，以備篩選。

即使是同一種氣體燃料，其燃燒特性同樣會因產(chǎn)地、原料、成分的不同而不同。所以氣體燃料的發(fā)電機(jī)組必須根據(jù)實(shí)際的燃?xì)馓匦赃M(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試，以達(dá)到預(yù)期的技術(shù)技能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。沼氣發(fā)電機(jī)組調(diào)試的目的是根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際的燃料特性，將空燃比和點(diǎn)火提前角調(diào)整到范圍，使發(fā)電機(jī)組達(dá)到設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)。空燃比的調(diào)整是關(guān)鍵，在調(diào)試過程中應(yīng)對沼氣燃料的成分和空燃比進(jìn)行隨機(jī)監(jiān)控，以便隨時調(diào)整調(diào)試的方向。

國內(nèi)也有將四沖程的液體燃料發(fā)電機(jī)組改裝成為氣體燃料發(fā)電機(jī)組的，這種改裝比改裝為燃料發(fā)電機(jī)組復(fù)雜，因?yàn)橐后w燃料發(fā)電機(jī)組本身缺少點(diǎn)火裝置。若將柴油發(fā)電機(jī)組改裝成沼氣發(fā)電機(jī)組，需做如下幾項(xiàng)工作：

1.確定降低壓縮比及燃燒室形狀所必須的機(jī)器改裝；

2.設(shè)計(jì)沼氣的進(jìn)氣系統(tǒng)和沼氣-空氣混合器結(jié)構(gòu)；

3.設(shè)計(jì)氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其與調(diào)速器的聯(lián)動機(jī)構(gòu)；

4.設(shè)計(jì)點(diǎn)火系統(tǒng)。

若是由汽油發(fā)電機(jī)組改裝成沼氣發(fā)電機(jī)組則不需要再做1、3、4項(xiàng)工作。

燃用沼氣的發(fā)電機(jī)組的具體改裝：

1.汽油發(fā)電機(jī)組的改裝

只需在原機(jī)的化油器前部加上一個沼氣-空氣混合器，就可以用沼氣代替汽油使汽油機(jī)連續(xù)工作。國內(nèi)外已有較成功的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。德國直接用汽油機(jī)燃用沼氣；菲律賓在21室315m的沼氣池裝上豐田全燃沼氣發(fā)電機(jī)組帶動發(fā)電機(jī)組發(fā)電；中國臺灣省利用沼氣開動2.2.6kW汽油機(jī)帶動2kW發(fā)電機(jī)組組工作；四川省用沼氣帶動1kW、2kW、 12kW、15kW等不同功率的發(fā)電機(jī)組，用80 m 沼氣池的沼氣供2.206kW汽油機(jī)使用；湖北省用沼氣開動2.206kW汽油機(jī)。

2.柴油發(fā)電機(jī)組的改裝

應(yīng)加裝磁電機(jī)或蓄電池電點(diǎn)火系統(tǒng)，同時增加火花塞，變內(nèi)燃式發(fā)電機(jī)組為點(diǎn)火式發(fā)電機(jī)組，即點(diǎn)火的全燃沼氣發(fā)電機(jī)組。

甲烷與適量空氣混合（含5%～15%甲烷），即可進(jìn)行燃燒。混合氣壓到汽缸內(nèi)，溫度一般不超過700℃，低于甲烷的自燃溫度，但又高于柴油的自燃溫度，當(dāng)壓縮沖程終了前噴以少量柴油以引燃沼氣，所以能保證雙燃料內(nèi)燃機(jī)正常工作。

沼氣柴油雙燃料發(fā)電機(jī)組的工作安全可靠。燃用沼氣的雙燃料內(nèi)燃機(jī)的耗氣量為每0.736kW·h0.4～0.5 m ，熱效率在22%～25%之間。

單燃料沼氣發(fā)電機(jī)組的基本工作原理為：沼氣與空氣在混合器內(nèi)形成可燃混合氣，被吸入氣缸后，當(dāng)火塞壓縮接近上止點(diǎn)時，由火花塞點(diǎn)燃進(jìn)行燃燒做功。單燃料沼氣發(fā)電機(jī)組一般存在燃燒速度慢、后燃嚴(yán)重、排氣溫度高與熱負(fù)荷大等問題，為了加快混合氣的燃燒速率，可以通過提高壓縮比，加強(qiáng)混合氣的氣流擾動，提高點(diǎn)火能量等措施來實(shí)現(xiàn)。考慮到沼氣與柴油不同的物理化學(xué)特性，針對沼氣燃燒速度慢的特點(diǎn)，可以采用能改善其燃燒性能的快速燃燒方法，具體為：

1.采用紊流型燃燒室，使得燃燒室內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)度很大的紊流和尺度很小的微渦團(tuán)，提高沼氣-空氣混合氣的燃燒速度，縮短快速燃燒期；

2.沼氣的主要成分是甲烷，抗爆性能很好，可以選擇高壓縮比；

3.為了防止排氣管“放炮”，采用的氣閥重疊角比原柴油機(jī)減少60°曲軸轉(zhuǎn)角。

（二）沼氣-柴油雙燃料發(fā)電機(jī)組及裝置

沼氣-柴油雙燃料發(fā)電機(jī)組是對柴油機(jī)的進(jìn)氣混合系統(tǒng)和雙燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行改裝得到。其工作原理是：沼氣與空氣在混合器中形成可燃混合氣，被吸入氣缸后，當(dāng)活塞壓縮接近上止點(diǎn)時，向燃燒室內(nèi)噴入少量引燃柴油，柴油燃燒后點(diǎn)燃缸內(nèi)混合氣進(jìn)行燃燒做功。雙燃料發(fā)電機(jī)組在正常運(yùn)行情況下，其引燃柴油量在8%～20%（單位時間內(nèi)引燃油耗量與改裝前該發(fā)電機(jī)組在額定工況下柴油耗量的比值）之間。雙燃料發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)是在燃?xì)獠蛔闵踔翛]有的情況下增加進(jìn)行燃燒的柴油量，甚至*燒柴油，以保證發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行。因此，使用起來比較靈活，適用于產(chǎn)氣量較少的場合（如農(nóng)村地區(qū)的小沼氣工程中）。這種方案的就是可以利用少量的引燃柴油壓縮后點(diǎn)燃沼氣。因?yàn)槟呐轮挥?%左右的柴油，其著火能量就會大大高于火花塞點(diǎn)火的能量，就有可能使沼氣的著火滯后期乃至整個燃燒期縮短，從而解決沼氣機(jī)的嚴(yán)重后燃、高排溫與熱負(fù)荷大等問題。任何一臺四沖程柴油機(jī)都不必更換主要零件，就可以改裝成為柴油-沼氣機(jī)。

我國采用的雙燃料發(fā)電機(jī)組，沒改變原柴油機(jī)結(jié)構(gòu)，可保證在運(yùn)行狀態(tài)時轉(zhuǎn)換為全燒柴油工作。保留了原燃油系統(tǒng)，在保證噴油嘴零件有夠的冷卻強(qiáng)度情況下確定的節(jié)油指標(biāo)能達(dá)到*的范圍。國外柴油機(jī)改為柴油-沼氣雙燃料機(jī)若供油系統(tǒng)不變，其節(jié)油率為70%～85%，但其熱量利用率地域原柴油機(jī)。我國的雙燃料發(fā)電機(jī)組，從1974年后有四川農(nóng)機(jī)院、上海內(nèi)燃機(jī)研究所、中科院廣州能源所等幾個科研大為從事這方面的研究試驗(yàn)工作，并去的很好的成績，改裝后的機(jī)組，操作極其簡單方便，其節(jié)油率在75%以上，發(fā)電機(jī)組的主要性能指標(biāo)達(dá)到我國GB2819-81《交流工頻移動電站通用技術(shù)條件》所規(guī)定的指標(biāo)范圍。目前國內(nèi)較多使用雙燃料發(fā)電機(jī)組（單燃料發(fā)電機(jī)組多為石油部門采用），但是大中型雙燃料發(fā)電機(jī)組采用手動調(diào)節(jié)，工作可靠性差，操作困難，而且操作人員不能離開機(jī)組，工作強(qiáng)度大。

1．雙燃料發(fā)電機(jī)組的操作使用方法

（1）起動

關(guān)閉沼氣閥，按柴油機(jī)的起動方法，用柴油起動。

（2）操作

起動后帶上負(fù)荷，將柴油機(jī)油門放在合適位置（一般放在中間偏低一點(diǎn)位置）， 待發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，慢慢地打開沼閥輸入沼氣。通氣后，在調(diào)速器作用下供油量自動減少，發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。若沼氣輸入量過多，發(fā)電機(jī)組會出現(xiàn)瞬時供油中斷現(xiàn)象，產(chǎn)生斷續(xù)的工作聲。遇到這種情況，應(yīng)將沼氣閥關(guān)小，直到正常運(yùn)轉(zhuǎn)為止。調(diào)整轉(zhuǎn)速的方法與改裝前用柴油工作一樣，通過改變油門手柄位來完成。

（3）停車

關(guān)沼氣閥，再關(guān)油門。

2．雙燃料發(fā)電機(jī)組操作注意事項(xiàng)

（1）經(jīng)常檢查沼氣閥、輸氣管道、接頭等是否漏氣，以免引起火災(zāi)甚至事故。

（2）操作沼氣閥要平穩(wěn)，不要忽大忽小，以避免因進(jìn)入的沼氣量忽多忽少而造成發(fā)電機(jī)組工作不正常。

（3）經(jīng)常注意雙燃料發(fā)電機(jī)組，在運(yùn)轉(zhuǎn)中負(fù)荷與沼氣壓力的變化，好的機(jī)手在穩(wěn)定負(fù)荷下節(jié)油率可高達(dá)80%～90%，差的機(jī)手則只有50%～60%。

（4）當(dāng)沼氣供氣不足時，不必停機(jī)，只要半閉沼氣閥，即可按一般柴油機(jī)操作方法使用。

3．雙燃料發(fā)電機(jī)組操作中出現(xiàn)不正常情況及處理辦法

（1）起動后轉(zhuǎn)速不夠，工作吃力，排氣管冒白煙或冒黑煙，有時甚至熄火。原因是負(fù)荷太重或過早輸入沼氣。冒黑煙說明發(fā)電機(jī)組已因空氣量過少，混合氣過濃而燃燒不*。

排除方法：盡可能做到空車起動，運(yùn)轉(zhuǎn)正常后再加負(fù)荷，如需要帶負(fù)荷起動時，就應(yīng)用柴油起動，待運(yùn)轉(zhuǎn)正常后再逐漸輸入沼氣。

（2）起動后，轉(zhuǎn)速不夠，帶不起負(fù)荷。原因是調(diào)速把手（油門把手）位置不對。如果把油門把手放在小的位置，也就是把調(diào)速把手放在了低轉(zhuǎn)速位置，起動后轉(zhuǎn)速自然就上不去。

排除方法：按柴油的起動方式用柴油起動后，再帶上負(fù)荷，把調(diào)速把手（油門） 按負(fù)荷大小固定在適宜位置，再逐漸輸入沼氣。

（3）輸入沼氣后轉(zhuǎn)速反而下降，甚至熄火。原因是沼氣輸入過多、過快，沼氣和空氣是通過同一氣管進(jìn)入的，大量沼氣的輸入勢必會減少空氣的進(jìn)入量，會造成燃燒不好、不*，轉(zhuǎn)速自然就下降。

排除方法：慢慢打開沼氣閥逐漸增加沼氣量，當(dāng)聽到有斷續(xù)的放炮聲時再將沼氣閥略為關(guān)小，直到斷續(xù)聲和放炮聲消失為止。

（4）工作過程中產(chǎn)生斷續(xù)聲和放炮聲。原因是工作負(fù)荷減少，相對沼氣增加。如果負(fù)荷急劇減少，轉(zhuǎn)速陡然上升，調(diào)速器使油門迅速關(guān)閉，轉(zhuǎn)速又陡然下降而油門又在調(diào)速器彈簧作用下打開，過多的柴油與可燃?xì)怏w因燃燒不*在排氣管內(nèi)第二次膨脹，就會產(chǎn)生“噼啪”的放炮聲。

排除方法：遇到上述情況，慢慢關(guān)小沼氣閥，或加大負(fù)荷直至斷續(xù)聲和放炮聲消除為止。

（5）節(jié)油效果不好。在正常情況下，該設(shè)備的節(jié)油率應(yīng)在75%90%，否則視為節(jié)油效果差。這主要是由于沼氣池產(chǎn)氣不充分，出現(xiàn)沼氣供氣量不足，使油泵齒條自動向大油量方向移動，節(jié)油率自然明顯下降。此外，負(fù)荷不穩(wěn)定，操作不正確，也會影響節(jié)油量。