专利名称：一种数字式可变进气量的沼气发电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发电系统，特别涉及一种数字式可变进气量的沼气发电系统。
背景技术：
目前，循环经济要求对可再生能源更加重视， 一次生产，包括经过一次环保处理过程中 产生大量沼气的行业数不胜数，而沼气的主要成份是甲烷，甲烷是《京都议定书》列明的六 种温室气体之一，其温室效应是二氧化碳的21倍。如果将沼气直接向大气中排放，将产生严 重的温室效应，如果用于发电，即保护了环境，又利国利民，其成本适中，因此得到广泛应 用。
国内运用的沼气发电技术， 一般都要建造大容积的浮罩式储气罐，利用加重的方法对沼 气的压力进行控制，整个系统的压力是恒定的，保证沼气发动机的进气压力稳定，进而保证
发动机的效率和功率。但这种方案存在以下三个缺陷
(1) .需要一个很大容积的储气罐， 一般为3001113以上，占地面积和成本都很高，而且存在 不安全因素；
(2) .浮罩式调压为固定值调压，压力一旦确定，很难变化，而且精虔低，沼气发动机对沼 气的压力要求很低， 一般在2.0 4.0KPa,以加重的方式难以实现精确控制；
(3) .沼气的成分变化导致机器的燃烧不完全或过量燃烧。这主要是由于不同地区的沼气成 份不同；沼气的生产方式不同也可导致其成份不一样；或者即使同一个沼气池在不同季节、 不同时间产生的沼气，其成份也不相同；甚至在一天之中，其成份也发生变化。而在恒定压 力下，进气量稳定，即在设定的压力下，作为燃料的沼气的供应量为定值，由于空气进气量
(即氧气进气量)不变，当甲烷在燃料中的含量发生变化时，导致甲垸与氧气的混合比发生 变化，进而导致机器做功发生变化，但机器承载的负荷没变。因此，甲烷含量高则氧气供应 不足，燃烧不全，过量的甲垸没有经过燃烧就被排出，有的在排气管中燃烧，即出现"放炮" 现象，同时，排放气体中可能含有大量的甲烷；相反，甲烷含量少则做功不足，带不动负荷， 机器发生波动，使发动机的运行不稳定，而排气温度太高，也会影响机器的效率和使用寿命。
(4) .现有的沼气发电工程，效率一般较低。以单位体积沼气的发电量计算，目前国内的 沼气工程中， 一般为1.5 1.8度/每立方米。
在国外，以欧美发达国家的技术为代表，其采用数字技术对沼气发电机的进气量进行调 节，比较好地控制沼气与空气的比例，使机器的效率大为提高，目前的发电量能达到1.8 2.2
度/每立方米。但这种控制技术对机器的要求很高，更重要的是价格昂贵， 一套控制器的价格 比一台发动机还高。特别是对小功率机组， 一套控制系统的价格远远高于机器本身的价格。 同时，这种控制方案仅仅对机器的进气进行控制，对气源的要求较高，需要再配套建设沼气 的进气压力和流量均稳定的供气系统，实际上，还要配套大容积的可稳压的储气系统，大大 增加了运作成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型的沼气发电系统，该系统针对普通沼气发动机燃气效率低、 工作不稳定、排气温度高、使用寿命低的缺点，'从提高机器的燃气效率入手，通过控制沼气 的进气压力，间接控制沼气的进气量，进而控制机器的空燃比。从而使机器始终处在高空燃 比的工作状态，实现稀薄燃烧，进而提高工作效率，改善工作状况，延长机器的使用寿命。
本发明的技术方案可以用以下的技术措施来实现， 一种数字式可变进气量的沼气发电系 统，包括储气容器和动力机组，储气容器的进气口与气源之间、储气容器的出气口与动力机 组之间分别通过输送管道相连，其特征在于所述的发电系统还包括控制装置，所述的储气容 器上和与该储气容器进气口相连的输送管道上分别设有压力传感器，在储气容器的进气口与 所述输送管道上设有的压力传感器之间还装有可控式容积泵；上述的压力传感器、可控式容 积泵、动力机组均与控制装置相连。所述的可控式容积泵主要是用来调整沼气的输送压力， 其根据沼气中甲垸成份的比例来控制动力机组的燃气进气量，达到可变进气量输送定压的目 的。
本发明可以作如下改进，所述的控制装置包括动力柜和控制柜；所述的储气容器上和输 送管道上设有的压力传感器及可控式容积泵均与控制柜相连，所述的动力机组与可将发电系 统的电力输出的动力柜相连。
本发明所述的控制柜内设有变频器和PLC控制器，二者通过逻辑控制线路相连，通过PLC 控制器输出的信号控制变频器的参数；所述的储气容器上和输送管道上设有的压力传感器通 过控制线路均与控制柜中的PLC控制器相连；所述的可控式容积泵通过控制线路与控制柜中 的变频器相连。所述的PLC控制器主要用于处理压力传感器的信号，可以将处理后的信息输 出到所述的变频器，通过变频器控制可控式容积泵的动力驱动装置，所述的动力驱动装置指 电动机，即通过调节可控式容积泵的电动机的频率进而改变电动机的转速，实现对变频泵进 气量的控制，最终实现可控进气量功能。上述的变频泵是指可控式容轵泵和变频器相结合在 一起的简称。
本发明可以作进一步改进，本发明所述的动力机组包括发动机和由发动机带动的负荷， 所述的储气容器的出气口与动力机组中发动机的进气口之间通过输送管道相连；发动机排气口处还可以设有氧传感器，所述的氧传感器与控制柜中的PLC控制器相连。利用氧传感器对 发动机排气口中的气体成份进行检测，经过对氧气含量的对比，通过数据处理反馈给PLC控 制器，及时自动调节发动机的进气压力，间接控制沼气的进气量，进而控制沼气与空气的比 例，实际上是控制甲烷与氧气的比例，达到最佳的空燃比。由于同一台机器具有不同的功率 范围，因此，该"比例"是在线变化的，相应地，就要有不同的空燃比来满足该变化，使沼 气发动机处在最佳的燃烧工况，实现最佳的机械效率和转换效率。
所述的沼气发电系统包括至少一个可控式容积泵，可以是一个，也可以是由一个以上的 可控式容积泵相并连的组合式结构，主要是根据设计要求而定。
所述的动力机组包括至少一个发动机和至少一个由发动机带动的负荷，发动机的输出端 与该负荷的输入端相连；还可以是一个以上的发动机相并连，相应地，每个发动机的输出端 均连有一个由该发动机带动的负荷。
本发明还可以作如下改进，在所述的储气容器与可控式容积泵之间还可以装有沼气净化 装置，主要是用来去除沼气中的硫化物、水蒸气等杂质。
所述的由发动机带动的负荷可以是发电机，还可以是水泵、磨机等常用的可由发动机带 动的负荷。
与现有技术相比，本发明的优点是
(1) .减少了大容量的储气系统，使沼气电站的应用成本大大降低，特别是减少了占地面积，
提高了安全系数；
(2) .根据沼气中甲烷的比例，合理设定沼气的进气量，即通过设定沼气的进气压力进而控制
沼气的进气量；
(3) .还可以根据发动机的排放气体中氧气的含量而自动调整沼气的进气量，使动力机组的工
况更趋合理；
(4) .采用本发明的沼气电站，发电效率大大提高，每立方米沼气的发电量可达1.8 2.1度/每
立方米；
此外，由于本发明的成本低，适用范围广，因此，在此基础上可以根据需要很方便地实 现远程控制沼气发电。
图1是本发明实施例1的总装示意图 图2是本发明实施例2的总装示意图 图3是本发明实施例3的总装示意图
具体实施方式
实施例1
本发明的具体实施方式
如图l所示，包括储气容器l、动力机组2和控制装置4，储气容 器1的进气口与气源之间、储气容器1的出气口与动力机组2的进气口之间，分别通过输送 管道3相连；储气容器1内设有压力传感器5，与储气容器1进气口相连的输送管道3上设 有压力传感器6，在储气容器1的进气口和输送管道3上设有的的压力传感器6之间还装有 一个可控式容积泵7;控制装置4包括动力柜41和控制柜42，控制柜42内设有变频器421 和PLC控制器422，变频器421和PLC控制器422通过逻辑控制线路相连，二压力传感器5、 6通过控制线路10均与PLC控制器422相连，可控式容积泵7通过控制线路10与控制柜42 中的变频器421相连；动力机组2包括一个发动机21和一个发电机22，发动机21的输出端 与发电机22的输入端相连，即发电机22作为由发动机21带动的负荷，发动机21上设有发 动机排气口211;动力机组2的发动机21通过动力机组电缆线11与动力柜41相连，动力柜 41用于将发电系统的电力输出。利用可控式容积泵7调整沼气的输送压力，通过安装在沼气 输送管道3和储气容器1上的压力传感器6、 5检测沼气的压力，并将测量结果反馈给PLC 控制器422， PLC控制器422再对压力传感器5、 6的信号进行处理，并将处理后的信息输出 到可控式容积泵7，再由可控式容积泵7反馈给变频器421。由于变频器421可以通过改变电 源的频率，进而改变可控式容积泵7的电动机的转速。所以，在本发明中，变频器421通过 控制可控式容积泵7的电动机电源的输入频率，进而控制电动机的转速，稳定可控式容积泵 7的流量，实现可控进气量的功能，达到调节储气容器l中燃气压力的目的。上述的控制过 程是连续的循环过程PLC控制器422通过不断接收压力传感器5、 6的压力信号，及时调 整电动机的转速，间接实现控制燃气压力的稳定，理论上可以保证压力的恒定。即通过控制 可控式容积泵7的电动机的转速对沼气的压力进行精确控制，进而控制发动机21的燃气进气 量。
实施例2
本发明的实施例2如图2所示，与上一个实施例不同的是，沼气发电系统中具有相并连 的两个可控式容积泵7a、 7b和相并连的两个发动机21a、 21b，相应地，二发动机21a、 21b 的输出端分别连有发电机22a、 22b;即二可控式容积泵7a、 7b均通过控制线路10与变频器 421相连，二发动机21a、 21b均通过动力机组电缆线11与动力柜41相连。发动机排气口 211 处还设有氧传感器8，氧传感器8与控制柜42中的PLC控制器422相连。
上述的沼气发电系统工作时，分为一次调整和二次调整两步
第一次调整(人工设定值——粗调)由二压力传感器5、 6和控制装置4处理，具体是通过安装在输送管道3和储气容器1中的二压力传感器6、 5检测沼气的压力，通过控制装置 4，控制过程同实施例1，对沼气压力进行精确控制，从而将燃气的进气量调整到合理的范围； 第二次调整(自动调整——微调)由氧传感器8和控制装置4进行处理，具体是利用 氧传感器8对发动机排气口 211中的气体成份进行检测，主要是检测氧气的含量，将检测数 据传输给PLC控制器422进行处理，根据处理的结果对变频器421进行控制，即可以根据发 动机21a、 21b的燃烧情况及排放气体中残余氧气的含量，自动调整沼气的进气压力，定下最 合理的混合比(混合比是在线变化的)，并向发动机21a、 21b供气，^现稀薄燃烧，提高沼 气的利用率，优化发动机21a、 21b的燃烧工况，降低排气温度，提高机器的寿命和效率，保 证机器在最优的工况下工作。 实施例3
本发明的实施例3如图3所示，与上一个实施例所不同的是，发电系统中具有相并连的 三个可控式容积泵7a、 7b、 7c和相并连的三个发动机21a、 21b、 21c，相应地，每个发动机 的输出端分别连有发电机22a、 22b、 22c，即三个可控式容积泵7a、 7b、 7c均通过控制线路 10与变频器421相连，三个发动机21a、 21b、 21c均通过动力机组电缆线11与动力柜41相 连。并且，在储气容器1与可控式容积泵7a、 7b、 7c之间装有沼气净化装置9，沼气净化装 置9包括一个罐状容器，该罐状容器上设有进气口和出气口，用于与可控式容积泵7a、 7b、 7c和储气容器1相连通。罐状容器可以为脱硫净化装置，该罐状容器内可以设有化学脱硫剂， 也可以设有其它成份，目的是通过化学反应将沼气中的硫化物、水蒸气等杂质去除。即沼气 先被净化后再经输送管道3进入储气容器1中，工作过程与实施例2相同。
本实施例中，根据实际需要，沼气净化装置也可以安装在可控式容积泵与气源之间。 上述3个实施例中，除了发电机以外，由发动机带动的负荷还可以是水泵、磨机等常用 设备。
权利要求
1、一种数字式可变进气量的沼气发电系统，包括储气容器(1)和动力机组(2)，储气容器(1)的进气口与气源之间、储气容器(1)的出气口与动力机组(2)之间分别通过输送管道(3)相连，其特征在于所述的发电系统还包括控制装置(4)，所述的储气容器(1)上和与该储气容器(1)进气口相连的输送管道(3)上分别设有压力传感器(5)、(6)，在储气容器(1)的进气口与所述输送管道(3)上设有的的压力传感器(6)之间还装有可控式容积泵(7)，上述的压力传感器(5)、(6)、可控式容积泵(7)、动力机组(2)均与控制装置(4)相连。
2、 根据权利要求1所述的一种数字式可变进气量的沼气发电系统，其特征 在于所述的控制装置(4)包括动力柜(41)和控制柜(42);所述的储气容器(l)上和输 送管道(3)上设有的压力传感器(5)、 (6)及可控式容积泵(7)均与控制柜(42)相连，所 述的动力机组(2)与可将发电系统的电力输出的动力柜(41)相连。
3、 根据权利要求2所述的一种数字式可变进气量的沼气发电系统，其特征 在于所述的控制柜(42)内设有变频器(421)和PLC控制器(422)， 二者通过逻辑控 制线路相连；所述的储气容器(1)上和输送管道(3)上设有的压力传感器(5)、 (6)通过 控制线路(10)均与控制柜(42)中的PLC控制器(422)相连，所述的可控式容积泵(7) 通过控制线路(10)与控制柜中的变频器(421)相连。
4、 根据权利要求3所述的一种数字式可变进气量的沼气发电系统，其特征 在于所述的动力机组(2)包括发动机(21)和由发动机(21)带动的负荷，所述的储气 容器(l)的出气口与动力机组(2冲发动机(21)的进气口之间通过输送管道(3)相连； 发动机排气口(211)处还设有氧传感器(8)，所述的氧传感器(8)与控制柜(42)中的 PLC控制器(422)相连。
5、 根据权利要求4所述的一种数字式可变进气量的沼气发电系统，其特征 在于所述的沼气发电系统包括至少一个可控式容积泵(7)。
6、 根据权利要求5所述的一种数字式可变进气量的沼气发电系统，其特征 在于所述的动力机组(2)包括至少一个发动机(21)和至少一个由发动机(21)带动的 负荷，发动机(21)的输出端与该负荷的输入端相连。
7、 根据权利要求1或6所述的一种数字式可变进气量的沼气发电系统，其 特征在于在所述的储气容器a)与可控式容积泵(7)之间装有沼气净化装置(9)。
8、 根据权利要求1或6所述的一种数字式可变进气量的沼气发电系统，其特征在于在所述的可控式容积泵(7)与气源之间装有沼气净化装置(9)。
9. 根据权利要求7所述的一种数字式可变进气量的沼气发电系统，其特征在 于所述的由发动机(21)带动的负荷为发电机、水泵、磨机中的一种。
10. 根据权利要求7所述的一种数字式可变进气量的沼气发电系统，其特征 在于所述的净化装置(9)包括一个罐状容器，该罐状容器上设有用于连通可控式 容积泵(7)和储气容器(1)的进气口和出气口；所述的罐状容器为脱硫净化装置。
全文摘要
一种数字式可变进气量的沼气发电系统，包括储气容器和动力机组，储气容器的进气口与气源之间、储气容器的出气口与动力机组之间分别通过输送管道相连，所述的发电系统还包括控制装置，所述的储气容器上和与该储气容器进气口相连的输送管道上分别设有压力传感器，在储气容器的进气口与所述输送管道上设有的压力传感器之间还装有可控式容积泵；上述的压力传感器、可控式容积泵、动力机组均与控制装置相连。所述的可控式容积泵主要是用来调整沼气的输送压力，其根据沼气中甲烷成份的比例来控制动力机组的燃气进气量，达到可变进气量输送定压的目的。
文档编号F02M21/02GK101205854SQ200810002509
公开日2008年6月25日 申请日期2008年1月5日 优先权日2007年4月18日
发明者申伟平 申请人:申伟平