CN110230538A - 一种柴油引燃机组及其运行控制方法 - Google Patents

一种柴油引燃机组及其运行控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柴油引燃机组及其运行控制方法，涉及燃气发电技术领域，所述总控系统分别控制柴油补燃系统、空燃比控制系统、混合气节气门控制系统、电子调速器，所述柴油补燃系统通过柴油供油管与发电机的气缸相连通，所述空燃比控制系统包括空气供气系统、燃气进气系统和混合器，所述空气控制系统和燃气进气系统分别于混合器进气口相连通，所述空气控制系统包括控制空气进气量的空气调节阀，所述燃气进气系统包括控制燃气进气量的燃气调节阀，所述混合器的出气口与混合节气门控制系统相连通，混合节气门控制系统包括含有混合气执行器的节气门，所述混合节气门控制系统通过进气歧管与发动机的气缸相连通，所述总控系统包括ecu和发电控制器。

Description

一种柴油引燃机组及其运行控制方法
技术领域
本发明涉及燃气发电技术领域，具体为一种柴油引燃机组及其运行控制方法。
背景技术
目前，电点火增压燃气机燃用甲烷燃料时，可以使用甲烷浓度8％以上的燃料。在一些低浓度瓦斯发电场合，瓦斯浓度低于8％，普通电点火无法正常运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种柴油引燃机组及其运行控制方法，以解决上述背景技术中提出的瓦斯浓度低于8％，普通电点火无法正常运行的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种柴油引燃机组，包括总控系统、柴油补燃系统、空燃比控制系统、混合气节气门控制系统、发电机组的电子调速器，所述总控系统分别控制柴油补燃系统、空燃比控制系统、混合气节气门控制系统、电子调速器，所述柴油补燃系统通过柴油供油管与发电机的气缸相连通，所述空燃比控制系统包括空气供气系统、燃气进气系统和混合器，所述空气控制系统和燃气进气系统分别于混合器进气口相连通，所述空气控制系统包括控制空气进气量的空气调节阀，所述燃气进气系统包括控制燃气进气量的燃气调节阀，所述混合器的出气口与混合节气门控制系统相连通，混合节气门控制系统包括含有混合气执行器的节气门，所述混合节气门控制系统通过进气歧管与发动机的气缸相连通，所述总控系统包括ecu和发电控制器。
进一步的，所述发电机的气缸还与排气管相连通，所述排气管上设有排气增压涡轮。
进一步的，所述柴油补燃系统包括喷油泵、柴油进油管、柴油电磁阀、柴油执行器，所述喷油泵与柴油进油管的一端相连接，所述柴油进油管的另一端与柴油供油管的一端相连通，所述柴油进油管上安装有柴油电磁阀和柴油执行器，所述柴油执行器内设有柴油执行器，所述柴油供油管的另一端与发电机的气缸相连通且安装有喷油器。
进一步的，所述空气供气系统包括空气进气管，所述空气进气管上沿着空气的进气方向依次安装有空气滤清器和电动空气调节阀，所述空气进气管一端与空气气源相连通，另一端与混合器相连通。
进一步的，所述燃气进气系统包括燃气进气管，所述燃气进气管上沿着燃气的进气方向依次安装有燃气电磁阀、燃气调压阀和电动燃气调节阀，所述燃气进气管一端与燃气气源相连通，另一端与混合器相连通。
进一步的，所述混合节气门控制系统包括混合气进气管，所述混合气进气管沿着混合器的进气方向依次安装有进气增压涡轮、中冷器和含有混合气执行器的节气门，所述混合气进气管一端与混合器的出气口相连通，另一端与进气歧管相连通。
进一步的，所述混合器为固定式文丘里混合器。
进一步的，所述发电机上的气缸分为两组，每组气缸设有6个，且所述进气歧管包括第一进气歧管和第二进气歧管，第一组所述气缸与第一进气歧管相连通，第二组所述气缸与第二进气歧管相连通。
一种柴油引燃机组运行控制方法，包括以下步骤：
(1)并网之前的控制：发电机组第一阶段的工况包括机组启动、怠速、额定运行工况，仅使用柴油，控制系统运行于柴油调速模式，发电机根据柴油补燃系统中设定转速运行；此时燃气电磁阀、燃气调节阀均处于关闭状态，空气调节阀与节气门置于最大开度。
(2)低载控制，即负荷≤20％额定功率：发电机组并网之后，当接收到发电机组控制系统中智能断路器的反馈信号，ECU根据用于检测功率信号的发电控制器的反馈功率判断是否为低载工况，若检测为低载工况，则由ECU、电子调速器、柴油执行器、发电控制器构成柴油功率闭环，通过ECU的PID运算输出功率信号给电子调速器，实现对机组功率的控制，直到机组进入常规工况运行；
(3)常规工况控制：ECU根据发电控制器的反馈功率判断是否为常规工况，若检测为常规工况，ECU通过调节电子调速器来控制实时需求的柴油量；由ECU、节气门、发电控制器构成节气门功率闭环，通过ECU的PID运算控制节气门开度，实现功率控制的目的；由ECU、燃气调节阀、空气调节阀、转速λ传感器、缸温传感器等构成空燃比控制闭环；空燃比控制有λ闭环及缸温闭环，当转速λ传感器正常时，执行λ闭环，缸温闭环仅做目标λ修正；当ECU检测到转速λ传感器故障时，自动切换到缸温闭环，以提高空燃比控制的可靠性。
进一步的，在常规工况运行过程中，若检测到机组运行功率≤20％机组额定功率时，不再恢复至低载柴油调速的功率控制模式。
进一步的，当缸温过高时，执行缸温保护，对燃气调节阀开度或目标功率进行修正或限制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过柴油补燃系统、空燃比控制系统、混合气节气门控制系统的配合，使得燃气发电机组可以利用甲烷浓度5％～8％的低浓度瓦斯进行并网发电。
附图说明
图1为本发明的进气及补柴油图；
图2为本发明机组全工况运行控制策略图；
图3为本发明空燃比控制策略图。
图中：1空气滤清器，2空气调节阀，3混合器，4进气增压涡轮，5排气增压涡轮，6中冷器，7节气门，8燃气调节阀，9燃气调压阀，10燃气电磁阀，11柴油电磁阀，12柴油执行器，13发电机，14气缸，15空气进气管，16燃气进气管，17混合气进气管，18第一进气歧管，19第二进气歧管，20柴油进油管，21柴油供油管，22排气管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
参照图1，一种柴油引燃机组，包括总控系统、柴油补燃系统、空燃比控制系统、混合气节气门7控制系统、发电机13组的电子调速器，所述总控系统分别控制柴油补燃系统、空燃比控制系统、混合气节气门7控制系统、电子调速器，所述柴油补燃系统通过柴油供油管21与发电机13的气缸14相连通，所述空燃比控制系统包括空气供气系统、燃气进气系统和混合器3，所述空气控制系统和燃气进气系统分别于混合器3进气口相连通，所述空气控制系统包括控制空气进气量的空气调节阀2，所述燃气进气系统包括控制燃气进气量的燃气调节阀8，所述混合器3的出气口与混合节气门7控制系统相连通，混合节气门7控制系统包括含有混合气执行器的节气门7，所述混合节气门7控制系统通过进气歧管与发动机的气缸14相连通，所述总控系统包括ecu和发电控制器。
实施例2：
参照图1，一种柴油引燃机组，包括总控系统、柴油补燃系统、空燃比控制系统、混合气节气门7控制系统、发电机13组的电子调速器，所述总控系统分别控制柴油补燃系统、空燃比控制系统、混合气节气门7控制系统、电子调速器，所述柴油补燃系统通过柴油供油管21与发电机13的气缸14相连通，所述空燃比控制系统包括空气供气系统、燃气进气系统和混合器3，所述空气控制系统和燃气进气系统分别于混合器3进气口相连通，所述空气控制系统包括控制空气进气量的空气调节阀2，所述燃气进气系统包括控制燃气进气量的燃气调节阀8，所述混合器3的出气口与混合节气门7控制系统相连通，混合节气门7控制系统包括含有混合气执行器的节气门7，所述混合节气门7控制系统通过进气歧管与发动机的气缸14相连通，所述总控系统包括ecu和发电控制器。
实施例3：
参照图1，一种柴油引燃机组，包括总控系统、柴油补燃系统、空燃比控制系统、混合气节气门7控制系统、发电机13组的电子调速器，所述总控系统分别控制柴油补燃系统、空燃比控制系统、混合气节气门7控制系统、电子调速器，所述柴油补燃系统通过柴油供油管21与发电机13的气缸14相连通，所述空燃比控制系统包括空气供气系统、燃气进气系统和混合器3，所述空气控制系统和燃气进气系统分别于混合器3进气口相连通，所述空气控制系统包括控制空气进气量的空气调节阀2，所述燃气进气系统包括控制燃气进气量的燃气调节阀8，所述混合器3的出气口与混合节气门7控制系统相连通，混合节气门7控制系统包括含有混合气执行器的节气门7，所述混合节气门7控制系统通过进气歧管与发动机的气缸14相连通，所述总控系统包括ecu和发电控制器。
所述发电机13的气缸14还与排气管22相连通，所述排气管22上设有排气增压涡轮5。
所述柴油补燃系统包括喷油泵、柴油进油管20、柴油电磁阀11、柴油执行器12，所述喷油泵与柴油进油管20的一端相连接，所述柴油进油管20的另一端与柴油供油管21的一端相连通，所述柴油进油管20上安装有柴油电磁阀11和柴油执行器12，所述柴油执行器12内设有柴油执行器12，所述柴油供油管21的另一端与发电机13的气缸14相连通且安装有喷油器。
实施例4：
参照图1，一种柴油引燃机组，包括总控系统、柴油补燃系统、空燃比控制系统、混合气节气门7控制系统、发电机13组的电子调速器，所述总控系统分别控制柴油补燃系统、空燃比控制系统、混合气节气门7控制系统、电子调速器，所述柴油补燃系统通过柴油供油管21与发电机13的气缸14相连通，所述空燃比控制系统包括空气供气系统、燃气进气系统和混合器3，所述空气控制系统和燃气进气系统分别于混合器3进气口相连通，所述空气控制系统包括控制空气进气量的空气调节阀2，所述燃气进气系统包括控制燃气进气量的燃气调节阀8，所述混合器3的出气口与混合节气门7控制系统相连通，混合节气门7控制系统包括含有混合气执行器的节气门7，所述混合节气门7控制系统通过进气歧管与发动机的气缸14相连通，所述总控系统包括ecu和发电控制器。
所述发电机13的气缸14还与排气管22相连通，所述排气管22上设有排气增压涡轮5。
所述柴油补燃系统包括喷油泵、柴油进油管20、柴油电磁阀11、柴油执行器12，所述喷油泵与柴油进油管20的一端相连接，所述柴油进油管20的另一端与柴油供油管21的一端相连通，所述柴油进油管20上安装有柴油电磁阀11和柴油执行器12，所述柴油执行器12内设有柴油执行器12，所述柴油供油管21的另一端与发电机13的气缸14相连通且安装有喷油器。
所述空气供气系统包括空气进气管15，所述空气进气管15上沿着空气的进气方向依次安装有空气滤清器1和电动空气调节阀2，所述空气进气管15一端与空气气源相连通，另一端与混合器3相连通。
所述燃气进气系统包括燃气进气管16，所述燃气进气管16上沿着燃气的进气方向依次安装有燃气电磁阀10、燃气调压阀9和电动燃气调节阀8，所述燃气进气管16一端与燃气气源相连通，另一端与混合器3相连通。
实施例5：
参照图1，一种柴油引燃机组，包括总控系统、柴油补燃系统、空燃比控制系统、混合气节气门7控制系统、发电机13组的电子调速器，所述总控系统分别控制柴油补燃系统、空燃比控制系统、混合气节气门7控制系统、电子调速器，所述柴油补燃系统通过柴油供油管21与发电机13的气缸14相连通，所述空燃比控制系统包括空气供气系统、燃气进气系统和混合器3，所述空气控制系统和燃气进气系统分别于混合器3进气口相连通，所述空气控制系统包括控制空气进气量的空气调节阀2，所述燃气进气系统包括控制燃气进气量的燃气调节阀8，所述混合器3的出气口与混合节气门7控制系统相连通，混合节气门7控制系统包括含有混合气执行器的节气门7，所述混合节气门7控制系统通过进气歧管与发动机的气缸14相连通，所述总控系统包括ecu和发电控制器。
所述发电机13的气缸14还与排气管22相连通，所述排气管22上设有排气增压涡轮5。
所述柴油补燃系统包括喷油泵、柴油进油管20、柴油电磁阀11、柴油执行器12，所述喷油泵与柴油进油管20的一端相连接，所述柴油进油管20的另一端与柴油供油管21的一端相连通，所述柴油进油管20上安装有柴油电磁阀11和柴油执行器12，所述柴油执行器12内设有柴油执行器12，所述柴油供油管21的另一端与发电机13的气缸14相连通且安装有喷油器。
所述空气供气系统包括空气进气管15，所述空气进气管15上沿着空气的进气方向依次安装有空气滤清器1和电动空气调节阀2，所述空气进气管15一端与空气气源相连通，另一端与混合器3相连通。
所述燃气进气系统包括燃气进气管16，所述燃气进气管16上沿着燃气的进气方向依次安装有燃气电磁阀10、燃气调压阀9和电动燃气调节阀8，所述燃气进气管16一端与燃气气源相连通，另一端与混合器3相连通。
所述混合节气门7控制系统包括混合气进气管，所述混合气进气管沿着混合器3的进气方向依次安装有进气增压涡轮、中冷器6和含有混合气执行器的节气门7，所述混合气进气管一端与混合器3的出气口相连通，另一端与进气歧管相连通。
实施例6：
参照图1，一种柴油引燃机组，包括总控系统、柴油补燃系统、空燃比控制系统、混合气节气门7控制系统、发电机13组的电子调速器，所述总控系统分别控制柴油补燃系统、空燃比控制系统、混合气节气门7控制系统、电子调速器，所述柴油补燃系统通过柴油供油管21与发电机13的气缸14相连通，所述空燃比控制系统包括空气供气系统、燃气进气系统和混合器3，所述空气控制系统和燃气进气系统分别于混合器3进气口相连通，所述空气控制系统包括控制空气进气量的空气调节阀2，所述燃气进气系统包括控制燃气进气量的燃气调节阀8，所述混合器3的出气口与混合节气门7控制系统相连通，混合节气门7控制系统包括含有混合气执行器的节气门7，所述混合节气门7控制系统通过进气歧管与发动机的气缸14相连通，所述总控系统包括ecu和发电控制器。
所述发电机13的气缸14还与排气管22相连通，所述排气管22上设有排气增压涡轮5。
所述柴油补燃系统包括喷油泵、柴油进油管20、柴油电磁阀11、柴油执行器12，所述喷油泵与柴油进油管20的一端相连接，所述柴油进油管20的另一端与柴油供油管21的一端相连通，所述柴油进油管20上安装有柴油电磁阀11和柴油执行器12，所述柴油执行器12内设有柴油执行器12，所述柴油供油管21的另一端与发电机13的气缸14相连通且安装有喷油器。
所述空气供气系统包括空气进气管15，所述空气进气管15上沿着空气的进气方向依次安装有空气滤清器1和电动空气调节阀2，所述空气进气管15一端与空气气源相连通，另一端与混合器3相连通。
所述燃气进气系统包括燃气进气管16，所述燃气进气管16上沿着燃气的进气方向依次安装有燃气电磁阀10、燃气调压阀9和电动燃气调节阀8，所述燃气进气管16一端与燃气气源相连通，另一端与混合器3相连通。
所述混合节气门7控制系统包括混合气进气管，所述混合气进气管沿着混合器3的进气方向依次安装有进气增压涡轮、中冷器6和含有混合气执行器的节气门7，所述混合气进气管一端与混合器3的出气口相连通，另一端与进气歧管相连通。
所述混合器3为固定式文丘里混合器3。
所述发电机13上的气缸14分为两组，每组气缸14设有6个，且所述进气歧管包括第一进气歧管18和第二进气歧管19，第一组所述气缸14与第一进气歧管18相连通，第二组所述气缸14与第二进气歧管19相连通。
柴油补燃系统：喷油泵采用柴油机专用油泵，供油提前角25°，喷油器采用825油头，喷油压力17.5MPa；采用柴油电子调速器控制柴油回路实现机组并网之前的调速控制，机组并网之后，柴油量根据设定给定。
空燃比控制系统：空气进气采用电动空气调节阀控制，配合ECU实现空气进气的自动控制；燃气进气采用燃气电磁阀、燃气调压阀、电动燃气调节阀，配合ECU实现燃气进气的自动控制；采用固定式文丘里混合器。
混合气节气门控制(并网后的功率控制)：采用海茵茨曼执行器STG2080-DP(位置模式)控制节气门(控制中冷后的混合气)，配合ECU及发电控制器实现并网后的功率控制。
实施例7：
在实施例6的基础上，参照图2和3，一种柴油引燃机组的运行控制方法，包括以下步骤：
(1)并网之前的控制：发电机13组第一阶段的工况包括机组启动、怠速、额定运行工况，仅使用柴油，控制系统运行于柴油调速模式，发电机13根据柴油补燃系统中设定转速运行；此时燃气电磁阀10、燃气调节阀8均处于关闭状态，空气调节阀2与节气门7置于最大开度。
(2)低载控制，即负荷≤20％额定功率：发电机13组并网之后，当接收到发电机13组控制系统中智能断路器的反馈信号，ECU根据用于检测功率信号的发电控制器的反馈功率判断是否为低载工况，若检测为低载工况，则由ECU、电子调速器、柴油执行器12、发电控制器构成柴油功率闭环，通过ECU的PID运算输出功率信号给电子调速器，实现对机组功率的控制，直到机组进入常规工况运行；
(3)常规工况控制：ECU根据发电控制器的反馈功率判断是否为常规工况，若检测为常规工况，ECU通过调节电子调速器来控制实时需求的柴油量；由ECU、节气门7、发电控制器构成节气门7功率闭环，通过ECU的PID运算控制节气门7开度，实现功率控制的目的；由ECU、燃气调节阀8、空气调节阀2、转速λ传感器、缸温传感器等构成空燃比控制闭环；空燃比控制有λ闭环及缸温闭环，当转速λ传感器正常时，执行λ闭环，缸温闭环仅做目标λ修正；当ECU检测到转速λ传感器故障时，自动切换到缸温闭环，以提高空燃比控制的可靠性。
在常规工况运行过程中，若检测到机组运行功率≤20％机组额定功率时，不再恢复至低载柴油调速的功率控制模式。
当缸温过高时，执行缸温保护，对燃气调节阀8开度或目标功率进行修正或限制。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种柴油引燃机组，其特征在于：包括总控系统、柴油补燃系统、空燃比控制系统、混合气节气门控制系统、发电机组的电子调速器，所述总控系统分别控制柴油补燃系统、空燃比控制系统、混合气节气门控制系统、电子调速器，所述柴油补燃系统通过柴油供油管与发电机的气缸相连通，所述空燃比控制系统包括空气供气系统、燃气进气系统和混合器，所述空气控制系统和燃气进气系统分别于混合器进气口相连通，所述空气控制系统包括控制空气进气量的空气调节阀，所述燃气进气系统包括控制燃气进气量的燃气调节阀，所述混合器的出气口与混合节气门控制系统相连通，混合节气门控制系统包括含有混合气执行器的节气门，所述混合节气门控制系统通过进气歧管与发动机的气缸相连通，所述总控系统包括ecu和发电控制器。
2.根据权利要求1所述的柴油引燃机组，其特征在于：所述发电机的气缸还与排气管相连通，所述排气管上设有排气增压涡轮。
3.根据权利要求1所述的柴油引燃机组，其特征在于：所述柴油补燃系统包括喷油泵、柴油进油管、柴油电磁阀、柴油执行器，所述喷油泵与柴油进油管的一端相连接，所述柴油进油管的另一端与柴油供油管的一端相连通，所述柴油进油管上安装有柴油电磁阀和柴油执行器，所述柴油执行器内设有柴油执行器，所述柴油供油管的另一端与发电机的气缸相连通且安装有喷油器。
4.根据权利要求1所述的柴油引燃机组，其特征在于：所述空气供气系统包括空气进气管，所述空气进气管上沿着空气的进气方向依次安装有空气滤清器和电动空气调节阀，所述空气进气管一端与空气气源相连通，另一端与混合器相连通。
5.根据权利要求1所述的柴油引燃机组，其特征在于：所述燃气进气系统包括燃气进气管，所述燃气进气管上沿着燃气的进气方向依次安装有燃气电磁阀、燃气调压阀和电动燃气调节阀，所述燃气进气管一端与燃气气源相连通，另一端与混合器相连通。
6.根据权利要求1所述的柴油引燃机组，其特征在于：所述混合节气门控制系统包括混合气进气管，所述混合气进气管沿着混合器的进气方向依次安装有进气增压涡轮、中冷器和含有混合气执行器的节气门，所述混合气进气管一端与混合器的出气口相连通，另一端与进气歧管相连通。
7.根据权利要求6所述的柴油引燃机组，其特征在于：所述混合器为固定式文丘里混合器。
8.根据权利要求1所述的柴油引燃机组，其特征在于：所述发电机上的气缸分为两组，每组气缸设有6个，且所述进气歧管包括第一进气歧管和第二进气歧管，第一组所述气缸与第一进气歧管相连通，第二组所述气缸与第二进气歧管相连通。
9.一种如权利要求1-8中任意一条所述的柴油引燃机组的运行控制方法，包括以下步骤：其特征在于：
(1)并网之前的控制：发电机组第一阶段的工况包括机组启动、怠速、额定运行工况，仅使用柴油，控制系统运行于柴油调速模式，发电机根据柴油补燃系统中设定转速运行；此时燃气电磁阀、燃气调节阀均处于关闭状态，空气调节阀与节气门置于最大开度；
(2)低载控制，即负荷≤20％额定功率：发电机组并网之后，当接收到发电机组控制系统中智能断路器的反馈信号，ECU根据用于检测功率信号的发电控制器的反馈功率判断是否为低载工况，若检测为低载工况，则由ECU、电子调速器、柴油执行器、发电控制器构成柴油功率闭环，通过ECU的PID运算输出功率信号给电子调速器，实现对机组功率的控制，直到机组进入常规工况运行；
(3)常规工况控制：ECU根据发电控制器的反馈功率判断是否为常规工况，若检测为常规工况，ECU通过调节电子调速器来控制实时需求的柴油量；由ECU、节气门、发电控制器构成节气门功率闭环，通过ECU的PID运算控制节气门开度，实现功率控制的目的；由ECU、燃气调节阀、空气调节阀、转速λ传感器、缸温传感器等构成空燃比控制闭环；空燃比控制有λ闭环及缸温闭环，当转速λ传感器正常时，执行λ闭环，缸温闭环仅做目标λ修正；当ECU检测到转速λ传感器故障时，自动切换到缸温闭环，以提高空燃比控制的可靠性。
10.根据权利要求9所述的运行控制方法，其特征在于：在常规工况运行过程中，若检测到机组运行功率≤20％机组额定功率时，不再恢复至低载柴油调速的功率控制模式。
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