天然气发电机组

天然气发电机组第一页，共三十七页，编辑于2023年，星期二1、概况2、与柴油机的区别（1）关键部件（2）进气部分（3）点火系统（4）气门间隙（5）控制部分3、结论第二页，共三十七页，编辑于2023年，星期二

我厂的500kW增压燃气发电机组是以天然气等高热值气体为燃料的点火式气体机，主要与西门子技术发电机配套。其发动机部分是在T12V190型燃气机基础上开发的新产品，两种机型的通用化程度很高。此发动机在T12V190型非增压机型的基础上增加了增压系统和中冷系统，冷却系统采用高低温循环分开的方式，高温循环冷却气缸、机体、气缸盖等高温部件，低温循环冷却增压后的燃气、空气以及油冷器。进气方式上采用美国IMPCO公司生产的200T-1型混合器，属于自然吸气型。概况第三页，共三十七页，编辑于2023年，星期二柴油机采用的是ω型活塞。关键（活塞）与柴油机的区别天然气发电机组采用的是盆型结构。第四页，共三十七页，编辑于2023年，星期二关键部件（活塞）与柴油机的区别天然气发电机组采用盆型结构有两个原因。1、可以减小压缩比。天然气发电机组的压缩比不能太大，否则容易爆燃。天然气发动机采用8.3：1的压缩比，而柴油机压缩比为14：1。3、天然气发动机没有像柴油机那样要求油－空气在燃烧室内形成气相混合物，因此其活塞顶部为平形的，而且由于天然气发动机燃烧室温度比柴油机高许多，若做成各种形状，则边缘、底台和口缘处将因持续高温而烧坏。第五页，共三十七页，编辑于2023年，星期二关键部件（凸轮轴）与柴油机的区别天然气发动机凸轮轴与柴油机线型不同。柴油机气门重叠角是128°，这样可以有较充足的扫气时间，能够将气缸、气门、气缸盖等高温部件的温度降下来。而天然气发动机的气门重叠角是22°，扫气只能通过活塞推出，不能大面积扫气。这也是燃气机排温比柴油机高许多的原因之一。

第六页，共三十七页，编辑于2023年，星期二关键部件（凸轮轴）与柴油机的区别第七页，共三十七页，编辑于2023年，星期二天然气发动机采用双增压器结构，属于变压系统，即脉冲系统，使排气管中压力造成尽可能大的压力变动。分支排气管所连各缸排气必须不相重叠，一般排气脉冲波延续时间为240°曲轴转角。另外由于甲烷燃烧后体积保持不变，而柴油燃烧后体积变大，所以选择增压器时也要注意，燃气机的增压器压气轮相比要小一些。与柴油机的区别654321121011987气缸增压器关键部件（增压器）第八页，共三十七页，编辑于2023年，星期二变压系统相对于恒压系统在废气能量利用和扫气过程组织方面有着明显的优点，但是随着增压压力pk的提高，在废气能量利用方面的优越性就逐渐损失。在低增压时（pk＜0.15MPa）恒压系统中的pT甚低，当排气阀刚打开时，压力pb远高于pT，随着气体自气缸中排除，气缸中的压力不断下降，在气缸压力下降至pT以前，气流通过排气阀将产生强烈的节流作用，这是能量损失的主要原因。另外，流出排气阀时的高速气流进入排气管后，由于排气总管较粗，流速大大降低，大量的动能通过气体分子相互撞击、摩擦和形成涡流而损失。相反，在高增压时（pk＞0.25MPa），恒压系统中可以建立的pT就较高，这时节流损失就相应减少。进入排气总管中的流速也相应降低，动能损失也减小。恒压系统涡轮前压力恒定，涡轮喷嘴环全进气，涡轮的效率较高，所以应采用恒压系统。我厂燃气机或柴油机的增压压力一般都低于0.2MPa，所以一般采用变压系统。与柴油机的区别关键部件（增压器）第九页，共三十七页，编辑于2023年，星期二进气部分（空气）与柴油机的区别空气流程图空气两个增压器混合器中冷器蝶门进气管

气缸气缸盖第十页，共三十七页，编辑于2023年，星期二进气部分（燃气）与柴油机的区别燃气流程图燃气调压阀进气管混合器蝶门气缸盖气缸第十一页，共三十七页，编辑于2023年，星期二进气部分与柴油机的区别调节阀平衡管第十二页，共三十七页，编辑于2023年，星期二进气部分与柴油机的区别接平衡管调压阀外形第十三页，共三十七页，编辑于2023年，星期二进气部分与柴油机的区别锥形阀接调压阀混合器外形这是美国IMPCO公司生产的200T-1型混合器。第十四页，共三十七页，编辑于2023年，星期二进气部分与柴油机的区别随发动机负荷的变化，混合器受调速器的控制与调节，以增减混合气的供给量，适应发动机功率的需要。该混合器利用混合器前后的空气压差来控制燃料气锥形阀的开度。当进入混合器的燃料气压力保持定值时，可使所形成的混合气中空气与燃气的体积比不变，使空燃比不因负荷不同而变。这对发动机的工况至关重要。图中空气从1进入混合器，可燃气从混合器内一根两端有锥形阀的横管进入混合器。该横管两端的两个锥形阀装在膜片总成4中，模片上有弹簧3。当混合器不工作时，两边的膜片在弹簧的作用下与混合器体5的侧壁紧贴，并带动上述锥形阀堵住横管的两端口而阻止可燃气的通过，使发动机停机。当发动机开始工作时，活塞吸气所造成的负压传到膜片处，并通过膜片座上的小孔将负压传到膜片弹簧的一侧，使盖2空间的压力降低，从而在空气管内的压力作用下将膜片向两侧推开，空气就按箭头方向进入混合器。同时膜片带动锥形阀向两侧拉开，可燃气进入混合器。从而形成可燃气—空气混合气而进入气缸。

第十五页，共三十七页，编辑于2023年，星期二进气部分与柴油机的区别柴油机混合气的浓度范围较宽，过量空气系数达到1.6～3.0。其中小值用于冷启动时，大值用于经济负荷时。而气体发动机不存在在进气过程中燃料由液态变为气态的问题，因而也没有未参加燃烧的液态剩余燃料。所以，气体燃料发动机混合气浓度的变化范围很小，一般Φaf＝

1.05～1.15

，即只有5％～15％的过量空气。液体燃料发动机的液体燃料进入气缸时，占气缸体积很小；而气体燃料发动机的气体燃料进入气缸内要占其相当大的体积。所以气体燃料发动机用增加混合气浓度的方法来增加发动机输出功率，就不如液体燃料发动机那样显著而有效。液体燃料进入气缸有一个气化吸热过程，其进气门和排气门因吸热过程而降温。气体燃料发动机的气门无此过程。所以，如果气体燃料发动机的混合气过浓，势必加重过后燃烧，造成排气温度和排气门的温度增加。这也是燃气机排温较高的原因之一。

第十六页，共三十七页，编辑于2023年，星期二进气部分与柴油机的区别

采用新概念预燃技术放大点火能量，实现多点点火，提高混合气燃烧速度。燃气在气缸内充分燃烧，提高了热效率。此预燃技术与传统预燃技术有质的区别，属于低容积预燃室，废气排出更加容易，发动机的热负荷也得到有效降低。功率也相应的提高10％，使发动机的性价比更具有优势。该技术为开发大功率、大缸径燃气机提供了技术保证，同时提高了我厂燃气机在天然气、沼气、煤层气等领域的应用水平。此技术获国家专利。预燃室第十七页，共三十七页，编辑于2023年，星期二点火系统与柴油机的区别气体燃料发动机点火系统与柴油机明显不同，与汽油机相比也有明显区别。柴油机采用压燃，无需点火系统，因此柴油机压缩比相对比较大。与汽油机相比一般天然气发动机比较大，缸径大，压缩比也比汽油机高，因此需要大点火能量的点火系统，点火电压也比汽油机高，一般为1.2～4×104。另外，气体燃料发动机点火系统还有电容器蓄能的能量高，可控硅的开关迅速，电压上升快，点火线圈瞬时电压高，火花强，点火成功率高，火花塞寿命长等特点。

第十八页，共三十七页，编辑于2023年，星期二点火系统与柴油机的区别磁电机点火系统第十九页，共三十七页，编辑于2023年，星期二点火系统与柴油机的区别数字点火系统

第二十页，共三十七页，编辑于2023年，星期二点火系统与柴油机的区别数字点火系统安装图

第二十一页，共三十七页，编辑于2023年，星期二点火系统与柴油机的区别安装传感器时，将发动机手动盘车至第一缸压缩上止点，即：第一缸进排气门均关闭，零刻度指针对准飞轮刻度盘零刻度位置；按上述位置，在飞轮刻度盘上对准零位传感器处，安装零位螺栓，传感器与零位螺栓间隙为0.3～0.5mm；凸轮传感器对准凸轮磁块，间隙为l～2mm；齿位传感器对准齿圈齿顶，传感器与齿圈齿顶间隙为0.3～0.5mm。检验标准：将发动机盘车到第一缸压缩上止点时，三个传感器同时正对相应检测部位，安装牢固，用塞规检测间隙符合要求。第二十二页，共三十七页，编辑于2023年，星期二点火系统与柴油机的区别严格的说，发动机每一工况都存在一个最佳点火提前角。为简单起见，在最大工况和最低气耗之间折衷地选一常用工况作为整机最佳点火提前角。气体发动机燃用的天然气或石油伴生气在不同的井口和不同的开采期往往有一定差异，所以气体发动机也要定期调整点火提前角至最佳位置。气体发动机过早点火，会增加爆燃倾向，而过迟点火，又会增加过后燃烧的量，从而也降低热量利用率，增加排气温度和排气门温度，使排气门容易损坏。(点火提前角的调整)第二十三页，共三十七页，编辑于2023年，星期二点火系统与柴油机的区别上止点指针对准第一缸压缩终点的飞轮刻度“0”，飞轮上“0”刻度前后各约60°范围内贴上示波器纸，并在纸上标注和飞轮刻度同样的度数，把加长的第一缸高压电缆之一端插入点火线圈输出端，另一端则放在飞轮指针的尖端处，外露的电线与示波器纸距离为2～4mm，然后使用起动马达拖动发动机运转，这时高压电缆外露的电线与示波器纸之间出现火花，并把示波器纸击穿。停止起动马达，取下示波器纸，按火花击穿位置，即可确定提前角。如发现点火提前角与规定值不符，可进行精确调整，方法为：松开磁电机与传动装置的两个螺钉，磁电机可沿传动轴线转动。磁电机中间位置向自由端方向转动至最大位置时，点火提前角滞后约10°曲轴转角。反之，向输出端转动至最大位置时，点火提前角提前约10°曲轴转角。根据实际测出提前角的大小，按一定方向进行调整，调整后再使用拖动法，重复检查点火提前角，直到调整到规定值。在进行拖动法检查点火提前角时，应关闭燃气阀，保证发动机在起动马达拖动时不着火运转。(磁电机点火提前角的调整)第二十四页，共三十七页，编辑于2023年，星期二点火系统与柴油机的区别发动机点火控制参数存储在点火控制器内，基本参数包括发动机缸数、点火顺序、点火夹角、点火提前角、点火能量等。在发动机运转时，微处理器根据这些参数可实现发动机点火的精确控制。一般情况下，用户无需作任何调整。点火控制器内置的EEPROM存储器可记录发动机的运行情况，并可存储用户在使用现场设定的参数，如点火提前角、点火能量等。系统具有自我保护及对发动机的保护功能。当系统部件发生故障时，可避免误点火：当发动机超速时，可对发动机实施熄火停机保护。

系统具有扩充其它功能的灵活性，如根据用户需要设定“点火提前角／转速”曲线功能、实现防爆震闭环控制功能等。

(数字式点火提前角的调整)第二十五页，共三十七页，编辑于2023年，星期二气门间隙

随着发动机工作中的气门磨损，原定的气门间隙将不断缩小。这就意味着气门开启时间的不断提前。排气门提前开启，既会减少工质的作功能，又会使排气门受到高温燃气的冲刷和侵蚀，从而明显降低其寿命。对涡轮增压燃气机来说，提前排气还使进入涡轮的燃气温度提高，这对涡轮承温能力也是不利的。

中国石化与柴油机的区别第二十六页，共三十七页，编辑于2023年，星期二气门间隙中国石化与柴油机的区别第二十七页，共三十七页，编辑于2023年，星期二气门间隙的调整中国石化与柴油机的区别根据第一缸所处工作状态，若处于工作行程上止点则从第一缸开始调整，若处于吸气行程上止点则从第六缸开始调整，根据发火顺序依次调整。详见下表。发火顺序185103761129412曲轴转角060120180240300060120180240300第二十八页，共三十七页，编辑于2023年，星期二气门间隙的调整中国石化与柴油机的区别检测气门间隙。方法是：用塞尺塞入摇臂调整螺钉与摇臂横桥顶端间隙处。当塞尺能略感手涩的塞入，而能顺利通过时，则此塞尺厚度即为所测气门间隙值。若实测气门间隙超出规定值时，应进行调整，方法是：先松开锁紧螺母，按规定的间隙值选好塞尺，将其插入摇臂调整螺钉与横桥之间。用螺钉旋具向下旋转调节螺钉，使螺钉轻轻压住塞尺，然后用手捻转挺杆，当挺杆能转动而又有涩感时，即可用螺钉旋具固定调整螺钉位置，将锁紧螺母固紧。

第二十九页，共三十七页，编辑于2023年，星期二控制部分中国石化与柴油机的区别500GF型燃气发电机组调速系统选用美国进口的WOODWARD调节器公司生产的电子调速系统。该系统由2301A型转速控制器、PROACTⅢ型电动执行器及驱动器、转速传感器、转速调整电位器、怠速／额定转速转换开关、24V直流电源及连接电缆组成。其中2301A型转速控制器安装在控制屏内，驱动器安装在发电机支撑底座斜面板上，执行器输出轴安装摆杆，通过杠杆与混合器蝶阀相连，以控制混合器的进气量。控制器采用模拟控制系统。第三十页，共三十七页，编辑于2023年，星期二控制部分中国石化与柴油机的区别来自转速传感器的交变脉冲电压信号，经控制器内频率／电压转换器转换成与发动机转速成正比的直流电压信号，此信号值与由转速调整电位器设定的电压信号比较，差值经比例（P）、积分（I）、微分（D）控制及衰减与快速修正，放大后输出0－200mA的电流信号到驱动器，驱动器将上述电流信号转换成特定的执行器位置信号。如果转速传感器检测的速度信号电压低于或高于转速电位器设定的给定电压，控制放大器就会发出信号以增大或减少转速，直到转速信号电压与参照电压相等。发动机转速稳定于设定转速。第三十一页，共三十七页，编辑于2023年，星期二控制部分中国石化与柴油机的区别第三十二页，共三十七页，编辑于2023年，星期二结论天然气发电机组作为我厂燃气机的定型产品，已经达到国内领先水平，发电效率＞35％，目前我厂正在试制600kW发电机组，主导机型500GF-RT能够稳定运行在450kW以上，特别适合油井伴生气等闲散气的应用。随着增压技术和混合技术的深入研究，天然气发电机组会越来越可靠，功率也会提高到新