CN109083769A - 非车用沼气发动机及沼气发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种非车用沼气发动机及沼气发电系统，该非车用沼气发动机包括气体混合器、水冷增压器和发动机本体；气体混合器的进气端用于分别连通沼气供应源和空气供应源，气体混合器的出气端连接水冷增压器的进气端，水冷增压器的出气端连接发动机本体的进气端；水冷增压器增设有进水管和出水管，发动机本体具有排气管，排气管上增设用于冷却排气管的水冷换热结构，整体上能够配合使排气管的温度从630℃降到200℃以下，从而可以明显降低发动机本体的排气温度，提高使用寿命。

Description

非车用沼气发动机及沼气发电系统
技术领域
本发明涉及一种非车用沼气发动机及沼气发电系统。
背景技术
沼气由50％-80％甲烷(CH4)、20％-40％二氧化碳(CO2)、0％-5％氮气(N2)、小于1％的氢气(H2)、小于0.4％的氧气(O2)与0.1％-3％硫化氢(H2S)等气体组成。沼气的主要成分是甲烷。甲烷是一种理想的气体燃料，无色无味，与适量空气混合后即会燃烧。每立方米纯甲烷的发热量为34000千焦，每立方米沼气的发热量约为20800～23600千焦。
沼气燃烧发电是随着大型沼气池建设和沼气综合利用的不断发展而出现的一项沼气利用技术，它将厌氧发酵处理产生的沼气用于发动机本体上，并装有综合发电装置，以产生电能和热能。沼气发电具有创效、节能、安全和环保等特点，是一种分布广泛且价廉的分布式能源。
将常规车用(柴油)发动机用于沼气发电时，由于沼气的燃烧热值相较于柴油比较大，使得在沼气发电过程中发动机上弯曲排气管的温度过高，例如可达到630℃左右，不利于提高其使用寿命。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种能够尽量降低发动机排气管的温度的非车用沼气发动机及沼气发电系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种非车用沼气发动机，包括气体混合器、水冷增压器和发动机本体；
所述气体混合器的进气端用于分别连通沼气供应源和空气供应源，所述气体混合器的出气端连接所述水冷增压器的进气端，所述水冷增压器的出气端连接所述发动机本体的进气端；所述水冷增压器增设有进水管和出水管，所述发动机本体具有排气管，所述排气管上增设用于冷却所述排气管的水冷换热结构。
本发明的有益效果是：
上述非车用沼气发动机通过对水冷增压器增设进水管和出水管以及对排气管增设水冷换热结构，整体上能够配合使发动机本体的排气管的温度从630℃降到200℃以下，从而可以明显降低发动机本体的排气温度，提高改装车用发动机用于沼气发电时的使用寿命。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
在其中一个实施例中，所述排气管为直线形排气管道，可显著减少排气阻力，降低噪音。
在其中一个实施例中，所述气体混合器具有混合腔，所述混合腔的内壁上设有气流挡板，所述气流挡板有多个，多个所述气流挡板沿气流流向上依次错位设置，以提高沼气和氧气的混合，进而提高燃烧效率。
在其中一个实施例中，所述气流挡板上和/或所述混合腔的内壁上设有用于净化所述沼气的吸附层，以进一步吸收硫化氢气体，避免硫化氢气体对发动机本体的腐蚀。
在其中一个实施例中，所述气流挡板还设有通气孔，所述通气孔有多个，多个所述通气孔间隔设置，进一步提高沼气和氧气的均匀混合。
一种沼气发电系统，包括供气机构、上述任一项所述的非车用沼气发动机和发电机组；
所述供气机构包括沼气供应源和空气供应源，所述气体混合器的进气端分别连通沼气供应源和空气供应源；
所述发电机组的输入端连接所述发动机本体的输出端，用于发电。
在其中一个实施例中，所述沼气发电系统还包括脱硫装置，所述脱硫装置串接在所述沼气供应源和所述气体混合器之间，用于去除沼气中的硫化氢气体。
在其中一个实施例中，所述沼气发电系统还包括氧传感器、电子节气门和控制器，所述电子节气门设于所述发动机本体的进气端，所述氧传感器设于排气管上以用于检测废气中的氧气浓度；所述控制器分别与所述氧传感器和所述电子节气门电性连接，用于根据氧传感器反馈的空燃比适时调整向发动机进气，通过调整空燃比，可进一步降低排气温度。
在其中一个实施例中，所述沼气发电系统还包括用于所述发动机本体散热的散热装置。
在其中一个实施例中，所述沼气发电系统还包括用于对空气进行净化处理的空气净化器。
附图说明
图1为一实施方式的非车用沼气发动机的一视角的结构示意图；
图2为一实施方式的非车用沼气发动机的另一视角的结构示意图；
图3为一实施方式的非车用沼气发动机的又一视角的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
110、气体混合器，120、水冷增压器，121、进水管，130、发动机本体，131、氧传感器，132、电子节气门，133、压力传感器，200散热装置。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
请结合图1至图3，一实施方式的非车用沼气发动机，包括气体混合器110、水冷增压器120和发动机本体130。
在本实施方式中，气体混合器110的进气端用于分别连通沼气供应源和空气供应源，气体混合器110的出气端连接水冷增压器120的进气端。水冷增压器120的出气端连接发动机本体130的进气端。水冷增压器120增设有进水管121和出水管。发动机本体130具有排气管，排气管上增设用于冷却排气管的水冷换热结构。
本实施方式的非车用沼气发动机通过对水冷增压器120增设进水管121和出水管以及对排气管增设水冷换热结构，整体上能够配合使发动机本体的排气管的排气温度从630℃降到200℃以下，从而可以明显降低发动机本体的排气温度，提高改装车用柴油发动机用于沼气发电时的使用寿命。
进一步地，排气管优选为由直线形排气管道替换常规的弯曲管道，可显著减少排气阻力，降低噪音。
在其中一个实施例中，气体混合器110可以直接采用常规具有混合腔的空气混合器。优选地，对常规空气混合器进行改进，在混合腔的内壁上设有气流挡板气流挡板有多个，多个气流挡板沿气流流向上依次错位设置，以提高沼气和氧气的混合，进而提高燃烧效率。
进一步地，气流挡板上和/或混合腔的内壁上设有用于净化沼气的吸附层，以进一步吸收硫化氢气体，避免硫化氢气体对发动机本体的腐蚀。例如，吸附层可以为氧化锌吸附层等。
更进一步地，气流挡板还设有通气孔。通气孔有多个，多个通气孔间隔设置，形成类蜂窝状结构，以进一步提高沼气和氧气的均匀混合性。
一实施方式的沼气发电系统，包括供气机构、上述任一项的非车用沼气发动机和发电机组。供气机构包括沼气供应源和空气供应源，气体混合器110的进气端分别连通沼气供应源和空气供应源。发电机组的输入端连接发动机本体130的输出端，用于发电。
进一步地，沼气发电系统还包括脱硫装置，脱硫装置串接在沼气供应源和气体混合器之间，用于去除沼气中的硫化氢气体。进一步地，沼气发电系统还包括用于发动机本体130散热的散热装置200。进一步地，沼气发电系统还包括用于对空气进行净化处理的空气净化器。
进一步地，沼气发电系统还包括氧传感器131、电子节气门132和控制器。电子节气门132设于发动机本体130的进气端。氧传感器131设于排气管上以用于检测废气中的氧气浓度。控制器采用可编程控制器，控制器分别与氧传感器131和电子节气门132电性连接，用于根据氧传感器131反馈的空燃比，适时调整向发动机供气的量，通过调整空燃比，可进一步降低排气温度。
更进一步地，沼气发电系统还包括分别用于探测发动机本体130的进气温度、压力的温度传感器和压力传感器133。温度传感器和压力传感器133分别与控制器连接，以用于判断是否存在漏气的情况。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非车用沼气发动机，其特征在于，包括气体混合器、水冷增压器和发动机本体；
所述气体混合器的进气端用于分别连通沼气供应源和空气供应源，所述气体混合器的出气端连接所述水冷增压器的进气端，所述水冷增压器的出气端连接所述发动机本体的进气端；所述水冷增压器增设有进水管和出水管，所述发动机本体具有排气管，所述排气管上增设用于冷却所述排气管的水冷换热结构。
2.根据权利要求1所述的非车用沼气发动机，其特征在于，所述排气管为直线形排气管道。
3.根据权利要求1或2任一项所述的非车用沼气发动机，其特征在于，所述气体混合器具有混合腔，所述混合腔的内壁上设有气流挡板，所述气流挡板有多个，多个所述气流挡板沿气流流向上依次错位设置。
4.根据权利要求3所述的非车用沼气发动机，其特征在于，所述气流挡板上和/或所述混合腔的内壁上设有用于净化所述沼气的吸附层。
5.根据权利要求3所述的非车用沼气发动机，其特征在于，所述气流挡板还设有通气孔，所述通气孔有多个，多个所述通气孔间隔设置。
6.一种沼气发电系统，其特征在于，包括供气机构、权利要求1至5任一项所述的非车用沼气发动机和发电机组；
所述供气机构包括沼气供应源和空气供应源，所述气体混合器的进气端分别连通沼气供应源和空气供应源；
所述发电机组的输入端连接所述发动机本体的输出端，用于发电。
7.根据权利要求6所述的沼气发电系统，其特征在于，还包括脱硫装置，所述脱硫装置串接在所述沼气供应源和所述气体混合器之间。
8.根据权利要求6所述的沼气发电系统，其特征在于，还包括氧传感器、电子节气门和控制器，所述电子节气门设于所述发动机本体的进气端，所述氧传感器设于所述排气管上以用于检测废气中的氧气浓度；所述控制器分别与所述氧传感器和所述电子节气门电性连接。
9.根据权利要求6所述的沼气发电系统，其特征在于，还包括用于所述发动机本体散热的散热装置。
10.根据权利要求6所述的沼气发电系统，其特征在于，还包括用于对空气进行净化处理的空气净化器。
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