CN111102067A - 燃气发电机组 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及燃气发电技术领域，尤其是涉及一种燃气发电机组，燃气发电机组包括：气体混合组件以及增压组件，其中，燃气发电机组还包括增压组件，用于对可燃气体进行增压和搅拌以形成高压可燃气体；增压组件包括相连接的机械增压装置以及涡轮增压装置，气体混合组件输出的可燃气体首先流经机械增压装置和涡轮增压装置中的一者，再流经机械增压装置和涡轮增压装置中的另一者；当所述燃气发电机组处于低负载，且对所述燃气发电机组突加负载或者突减负载时，所述机械增压装置辅助涡轮增压装置对可燃气体进行增压处理。可见，本燃气发电机组具有很好的应对突加负载和突减负载的能力，应用范围更广，且燃气发电机组内各部件的使用寿命更长。

Description

燃气发电机组
技术领域
本申请涉及燃气发电技术领域，尤其是涉及一种燃气发电机组。
背景技术
目前，因为现有燃气发电机组采用自然吸气或者涡轮增压的进气方式，因此应对突加负载和突减负载的能力较弱，特别是燃气发电机组处于低负载的情况下，若突加负载或者突减负载，涡轮增压装置几乎不起作用，导致燃气发电机组应对突加负载和突减负载的能力更低，燃气发电机组运行不平稳，容易损坏，且适用范围受限等。
发明内容
本申请的目的在于提供一种燃气发电机组，在一定程度上解决了现有技术中存在的现有燃气发电机组处于低负载时，若突加负载或者突减负载，涡轮增压装置几乎不起作用，导致燃气发电机组应对突加负载和突减负载的能力更低，燃气发电机组运行不平稳，容易损坏，且适用范围受限的技术问题。
本申请提供了一种燃气发电机组，包括气体混合组件，用于将空气与燃气进行混合以形成可燃气体；
所述燃气发电机组还包括增压组件，用于对所述可燃气体进行增压和搅拌以形成高压可燃气体；
所述增压组件包括相连接的机械增压装置以及涡轮增压装置；其中，所述气体混合组件输出的可燃气体首先流经所述机械增压装置和所述涡轮增压装置中的一者，再流经所述机械增压装置和所述涡轮增压装置中的另一者；
当所述燃气发电机组处于低负载，且对所述燃气发电机组突加负载或者突减负载时，所述机械增压装置辅助所述涡轮增压装置对所述可燃气体进行增压处理；
当所述燃气发电机组输出的电能与负载相匹配后，所述机械增压装置停止工作，所述涡轮增压装置继续对所述可燃气体进行增压处理；当所述燃气发电机组处于高负载时，由所述涡轮增压装置对所述可燃气体进行增压处理。
在上述技术方案中，进一步地，所述增压组件还包括驱动装置，所述驱动装置用于驱动所述机械增压装置工作。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述燃气发电机组还包括流量调节组件以及发电组件；
其中，所述流量调节组件用于调节所述高压可燃气体进入所述发电组件的进气量；所述发电组件用于将所述高压可燃气体燃烧产生的热能转变为电能。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述发电组件包括顺次相连接的气缸、活塞连杆机构、曲轴飞轮机构以及发电机，其中，所述气缸连接于所述流量调节组件。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述燃气发电机组还包括第一传动机构、第二传动机构以及离合器；
其中，所述机械增压装置通过所述第一传动机构连接于所述离合器；所述曲轴飞轮机构通过所述第二传动机构连接于所述离合器。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述燃气发电机组还包括控制器，所述控制器分别用于控制所述气体混合组件、所述流量调节组件、所述发电组件以及所述离合器执行相应的操作。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述气体混合组件包括燃气控制阀、空滤器以及混合器；其中，所述燃气控制阀以及所述空滤器均与所述混合器相连接；
所述燃气控制阀还连接于所述控制器；
当所述发电机正常运行时，所述控制器控制所述燃气控制阀减小其阀口的开度，以增大空燃比；
当对所述发电机突加负载或突减负载时，所述控制器控制所述燃气控制阀增大其阀口的开度，以减小空燃比。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述发电机为自补偿稳压发电机。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述增压组件还包括中冷器，所述中冷器连接于所述涡轮增压装置；
所述流量调节组件包括相连通的节气门以及进气歧管；
其中，所述节气门连接于所述中冷器，所述进气歧管连接于所述气缸。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述节气门连接于所述控制器，所述控制器用于控制所述节气门的流量。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：
本实施例提供的燃气发电机组包括气体混合组件和增压组件，增压组件包括相连接的机械增压装置以及涡轮增压装置，燃气发电机组的工作过程如下：燃气发电机组启动后，机械增压装置对所述可燃气体进行一次增压处理，涡轮增压装置对可燃气体进行二次增压处理，当燃气发电机组的负载加大后，即此时如下文中所述的燃气发电机组的气缸排出的废气流量足够大，以此作为动力源的涡轮增压装置的运转足够快，即涡轮增压装置能够对可燃气体进行有效增压，以保证可燃气体在燃气发电机组内快速流通并进行能量转换，因而此时，机械增压装置停止工作，只有涡轮增压装置工作，以降低机械增压装置的能耗。
当燃气发电机组的发电机处于低负载时，若此时突加负载或者突减负载，涡轮增压装置作用不大，而此时机械增压装置起主要作用，其对可燃气体增压，使得增压后的可燃气体的压力大于原燃气发电机组中的可燃气体的压力，由于可燃气体的压力增大，使得燃气发电机组内的可燃气体流通加快，快速进行能量转换，进而使得本燃气发电机组具有能够及时响应突加负载或者突减负载的能力；当燃气发电机组的负载足够大时，即此时如下文中所述的燃气发电机组的气缸排出的废气流量足够大，以此作为动力源的涡轮增压装置的运转足够快，能够对可燃气体进行有效增压，以保证可燃气体在燃气发电机组内快速流通并进行能量转换，且此时，机械增压装置停止工作，只有涡轮增压装置工作，减少了驱动机械增压装置工作的能耗(此处驱动机械增压其工作的动力源可为下文所述的燃气发电机组的曲轴，或者外设驱动装置例如电机等)，当燃气发电机组的发电机处于高负载时，涡轮增压装置可仍旧起主导作用，即此时机械增压装置仍旧不启动工作。
可见，本燃气发电机组具有很好的应对突加负载和突减负载的能力，使得本燃气发电机组的应用范围更广，且能够保证燃气发电机组平稳地运行，由此也延长了燃气发电机组内各部件的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的燃气发电机组的结构示意图。
附图标记：
1-电磁阀，2-燃气控制阀，3-空滤器，4-混合器，5-机械增压装置，6-涡轮增压装置，7-中冷器，8-节气门，9-进气歧管，10-气缸，11-活塞连杆机构，111-活塞，112-活塞连杆，12-曲轴飞轮机构，13-发电机，14-第一传动机构，15-第二传动机构，16-离合器，17-控制器。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和显示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。
基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面参照图1描述根据本申请一些实施例所述的燃气发电机组。
参见图1所示，本申请的实施例提供了一种燃气发电机组，包括气体混合组件，用于将空气与燃气进行混合以形成可燃气体；
燃气发电机组还包括增压组件，用于对可燃气体进行增压和搅拌以形成高压可燃气体，此处的高压可燃气体中的高压是指相对原始的可燃气体的压力而言；
增压组件包括相连接的机械增压装置5以及涡轮增压装置6，其中，气体混合组件输出的可燃气体首先流经机械增压装置5，再流经涡轮增压装置6，当然，不仅限于此，气体混合组件输出的可燃气体也可首先流经涡轮增压装置6，再流经机械增压装置5。
本实施例提供的燃气发电机组的工作过程如下：
燃气发电机组启动后，机械增压装置5对所述可燃气体进行一次增压处理，涡轮增压装置6对可燃气体进行二次增压处理，当燃气发电机组负载足够大时，即此时如下文中所述的燃气发电机组的气缸10排出的废气流量足够大，以此作为动力源的涡轮增压装置6的运转足够快，即涡轮增压装置6能够对可燃气体进行有效增压，以保证可燃气体在燃气发电机组内快速流通并进行能量转换，因而此时，机械增压装置5停止工作，只有涡轮增压装置6工作，以降低机械增压装置5的能耗。
当燃气发电机组的发电机13处于低负载时，若此时突加负载或者突减负载，涡轮增压装置6作用不大，而此时机械增压装置5起主要作用，其对可燃气体增压，使得增压后的可燃气体的压力大于原燃气发电机组中的可燃气体的压力，由于可燃气体的压力增大，使得燃气发电机组内的可燃气体流通加快，快速进行能量转换，进而使得本燃气发电机组具有能够及时响应突加负载或者突减负载的能力；当燃气发电机组的发电机13的负载足够大时，即此时如下文中所述的燃气发电机组的气缸10排出的废气流量足够大，以此作为动力源的涡轮增压装置6的运转足够快，能够对可燃气体进行有效增压，以保证可燃气体在燃气发电机组内快速流通并进行能量转换，且此时，机械增压装置5停止工作，只有涡轮增压装置6工作，减少了驱动机械增压装置5工作的能耗(此处驱动机械增压装置5工作的动力源可为下文所述的燃气发电机组的曲轴，或者外设驱动装置例如电机等)，当燃气发电机组的发电机13处于高负载时，涡轮增压装置6可仍旧起主导作用，即此时机械增压装置5仍旧不启动工作。
可见，本燃气发电机组具有很好的应对突加负载和突减负载的能力，使得本燃气发电机组的应用范围更广，且能够保证燃气发电机组平稳地运行，由此也延长了燃气发电机组内各部件的使用寿命。
在该实施例中，优选地，如图1所示，燃气发电机组还包括流量调节组件、发电组件、第一传动机构14、第二传动机构15、离合器16以及控制器17；
其中，流量调节组件包括节气门8以及进气歧管9；
发电组件包括气缸10、活塞连杆机构11、曲轴飞轮机构12以及发电机13，此结构均为现有技术，在此，不再详述；
增压组件还包括中冷器7，对增压后的高温可燃气体进行冷却；
气体混合组件包括电磁阀1、燃气控制阀2、空滤器3以及混合器4；
具体地，燃气控制阀2以及空滤器3均与混合器4相连接，且电磁阀1与燃气控制阀2相连接，混合器4、机械增压装置5、涡轮增压装置6、中冷器7、节气门8、进气歧管9、气缸10、活塞连杆机构11的活塞111、活塞连杆机构11的活塞连杆112、曲轴飞轮机构12以及发电机13顺次相连接，涡轮增压装置6还与气缸10相连接，气缸10排出的废气进入到涡轮增压装置6内，所述废气经由涡轮增压装置6的废气涡轮排出，与此同时，带动废气涡轮运转，废气涡轮再带动涡轮增压装置6的压气机运转，实现对可燃气体的增压和搅拌，即利用废气的能量对燃气发电机组内的可燃气体进行增压处理；机械增压装置5通过第一传动机构14连接于离合器16，曲轴飞轮机构12的曲轴通过第二传动机构15连接于离合器16；
其中，第一传动机构14和第二传动机构15均可为皮带传动机构，当然，不仅限于此，还可为齿轮传动机构等；
其中，具体地，混合器4的进气端分别连接空滤器3和燃气控制阀2，混合器4的出气端连接机械增压装置5，涡轮增压装置6的压气机的进气端连接机械增压装置5，涡轮增压装置6的压气机的出气端连接中冷器7，节气门8的进气端连接中冷器7，节气门8的出气端连接气缸10，即混合器4、机械增压装置5、涡轮增压装置6、中冷器7和节气门8顺次连接；
燃气控制阀2、节气门8、离合器16以及发电机13均与控制器17相连接。
根据以上结构描述可知，本燃气发电机组启动瞬间，燃气依次通过电磁阀1以及燃气控制阀2进入混合器4中，空气通过空滤器3进入混合器4中，燃气和空气在混合器4中充分混合，形成可燃气体，因为机械增压装置5通过传动机构(例如第一传动机构14和第二传动机构15)以及离合器16与曲轴飞轮机构12的曲轴相连接，即曲轴飞轮机构12的曲轴的运转是机械增压装置5的动力源，由于此瞬时启动状态，曲轴飞轮机构12还未启动，曲轴还未运转，因而可燃气体只是通过机械增压装置5，而不会被做增压处理，同理，因为涡轮增压装置6的动力源是气缸10排出的废气，而启动的瞬间，可燃气体还未流入气缸10内，因而此启动瞬间，涡轮增压装置6也不起作用，即对可燃气体不会起到二次增压的作用，可燃气体也仅仅只是通过涡轮增压装置6，同样不会被做增压处理，综上可知，可燃气体只是流经机械增压装置5和涡轮增压装置6后随即流出，而未被做增压处理，流出的可燃气体再依次通过节气门8和进气歧管9进入气缸10，可燃气体在气缸10内燃烧，推动活塞111运动，活塞111通过活塞连杆112驱动曲轴做圆周运动，从而带动发电机13运转，对外输出电能。
而此时，曲轴运行，再依次通过第二传动机构15、离合器16以及第一传动机构14驱动机械增压装置5运行，机械增压装置5对可燃气体进行增压和搅拌。
气缸10内也会伴随着排出废气，废气再通过涡轮增压装置6的废气涡轮排出，同时带动废气涡轮运转，废气涡轮再带动涡轮增压装置6的压气机运转，实现对可燃气体的增压和搅拌，即从此刻起可燃气体可依次经过机械增压装置5进行一次增压，再经过涡轮增压装置6进行二次增压，使得燃气和空气混合更加均匀，但伴随着气缸10排出的废气量的增大，废气的流量也逐渐增大，以此为动力源的涡轮增压装置6的运转加快，涡轮增压装置6的增压效果增强，当达到燃气发电机组内的压力要求时，机械增压装置5将停止运动，也即此时通过离合器16使得机械增压装置5与第二传动机构15相分离，曲轴飞轮机构12的曲轴不再驱动机械增压装置5运动。
在上述状态下，当发电机13处于低负载时，若此时突加负载或者突减负载，涡轮增压装置6作用不大，应对这种突发情况并没有起作用，此时控制器17控制离合器16分别与第一传动机构14和第二传动机构15相接合，即使得曲轴与机械增压装置5相连接(当然也可采手动的方式开启离合器16)，机械增压装置5对可燃气体进行增压，使得可燃气体能够快速在可燃气体发电机组内的流通，及时进行能量转换，以应对突加负载或者突减负载，即保证了发电机13的平稳运行，进而延长了其使用寿命，也使得本燃气发电机组的适用范围更广。
当发电机13的负载逐渐增大时，气缸10排出的废气也逐渐增多，废气的流量也逐渐增大，以此作为动力源的涡轮增压装置6的增压能力逐渐增大，当涡轮增压装置6的增压能力足够大时，控制器17控制离合器16与第二传动机构15逐渐分离，使得机械增压装置5与曲轴相分离(当然，还可通过控制器17控制离合器16与第一传动机构14逐渐分离，来实现机械增压装置5与曲轴相分离)，进而避免了驱动机械增压装置5损耗部分能量。
当发电机13处于高负载时，气缸10的气体排放量和流量也较大，以此作为动力源的涡轮增压装置6，其能够对可燃气体进行快速有效地增压，因而使得可燃气体的流通加快，以使得燃气发电机组能够应对突加负载或者突减负载。
其中，涉及到控制器17控制离合器16动作的操作，也可替换为其他操作方式，如手动等，即手动使得离合器16与第一传动机构14或者第二传动机构15相连接或者分离。
应对上述突加负载或者突减负载的问题，还可采用如下的第二种方式解决：燃气控制阀2与节气门8均与控制器17相连接，实现两种控制模式，调节燃气发电机组的空燃比，以及对节气门8进行PID控制(proportional-integral-derivative control，即比例积分微分控制，被广泛应用于工业过程控制)，其中，第一控制模式在燃气发电机组正常运行时起作用，第二控制模式只在突加负载和突减负载时起作用，完成后自动切换到第一套参数。具体地，两种控制模式如下：
第一控制模式：控制器17控制燃气控制阀2减小其阀口的开度，以增大空燃比，这时可燃气体中的燃气浓度比较小，保证燃气发电机组有较低的有害气体排放。
第二控制模式：当对发电机13突加负载或突减负载时，控制器17控制燃气控制阀2增大其阀口的开度，这时可燃气体中的燃气浓度比较大，加快气缸10内可燃气体的燃烧，进而增加气缸10的做工能力以及废气的排放能力，一方面由于气缸10的做工能力增加，发电机13的转速增大，此时，曲轴飞轮机构12的曲轴的运动加快，以此为动力源的机械增压装置5的增压效果增强，另一方面气缸10的废气的排放能力增强，以此为动力源的涡轮增压装置6的增压效果也增强，使得燃气发电机组具有应对突加负载或突减负载的能力。
在上述两种控制模式下，同时，控制器17对节气门8进行PID控制，即控制节气门8的开度，以调节进入气缸10的可燃气体的流量等，以保证发电机13的稳定运行。其中，节气门8的开度是和发电机13的输出功率或者汽缸的输出功率都是成正比关系的。
除采用上述第二种解决方案外，还可采用如下的第三种解决方案：发电机13与控制器17相连接，控制器17调节发电机13的输出电压以应对上述问题，在发电机13的负载突然增加时，控制器17降低发电机13的输出电压，这样会减小发电机13的输出功率，降低发电机13所受的瞬态冲击，之后再逐渐恢复到设定电压。当发电机13的负载突然降低时，控制器17提高发电机13的输出电压，这样会增大发电机13的输出功率，降低发电机13所受的瞬态冲击，之后再逐渐恢复到设定电压。
当然，还可采用应对突加负载和突减负载具有自动电压补偿功能的发电机13，即可以不用控制器17对发电机13的电压补偿进行设置。
在上述几种解决问题的方式中，还可辅助以下调节方式，应对突加负载或者突减负载的效果更加明显，即将节气门8设置于中冷器7后，节气门8能更快的对进入气缸10内的可燃气体进行控制，使燃气发电机组应对突加负载和突减负载的能力更强。
综上，本实施例提供的燃气发电机组通过增加机械增压装置5、使用特殊的控制策略、采用具有自动电压补偿功能的发电机13以及合理安排节气门8的位置，使得燃气发电机组具有较强应对突加负载或者突减负载的能力，扩大了燃气发电机组的应用范围。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种燃气发电机组，包括气体混合组件，用于将空气与燃气进行混合以形成可燃气体，其特征在于，所述燃气发电机组还包括增压组件，用于对所述可燃气体进行增压和搅拌以形成高压可燃气体；
所述增压组件包括相连接的机械增压装置以及涡轮增压装置；其中，所述气体混合组件输出的可燃气体首先流经所述机械增压装置和所述涡轮增压装置中的一者，再流经所述机械增压装置和所述涡轮增压装置中的另一者。
2.根据权利要求1所述的燃气发电机组，其特征在于，所述增压组件还包括驱动装置，所述驱动装置用于驱动所述机械增压装置工作。
3.根据权利要求1所述的燃气发电机组，其特征在于，所述燃气发电机组还包括流量调节组件以及发电组件；
其中，所述流量调节组件用于调节所述高压可燃气体进入所述发电组件的进气量；所述发电组件用于将所述高压可燃气体燃烧产生的热能转变为电能。
4.根据权利要求3所述的燃气发电机组，其特征在于，所述发电组件包括顺次相连接的气缸、活塞连杆机构、曲轴飞轮机构以及发电机，其中，所述气缸连接于所述流量调节组件。
5.根据权利要求4所述的燃气发电机组，其特征在于，所述燃气发电机组还包括第一传动机构、第二传动机构以及离合器；
其中，所述机械增压装置通过所述第一传动机构连接于所述离合器；所述曲轴飞轮机构通过所述第二传动机构连接于所述离合器。
6.根据权利要求5所述的燃气发电机组，其特征在于，所述燃气发电机组还包括控制器，所述控制器分别用于控制所述气体混合组件、所述流量调节组件、所述发电组件以及所述离合器执行相应的操作。
7.根据权利要求6所述的燃气发电机组，其特征在于，所述气体混合组件包括燃气控制阀、空滤器以及混合器；其中，所述燃气控制阀以及所述空滤器均与所述混合器相连接；
所述燃气控制阀还连接于所述控制器；
当所述发电机正常运行时，所述控制器控制所述燃气控制阀减小其阀口的开度，以增大空燃比；
当对所述发电机突加负载或突减负载时，所述控制器控制所述燃气控制阀增大其阀口的开度，以减小空燃比。
8.根据权利要求6或7所述的燃气发电机组，其特征在于，所述增压组件还包括中冷器，所述中冷器连接于所述涡轮增压装置；
所述流量调节组件包括相连通的节气门以及进气歧管；
其中，所述节气门连接于所述中冷器，所述进气歧管连接于所述气缸。
9.根据权利要求8所述的燃气发电机组，其特征在于，所述节气门连接于所述控制器，所述控制器用于控制所述节气门的流量。
10.根据权利要求4至7中任一项所述的燃气发电机组，其特征在于，所述发电机为自补偿稳压发电机。
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