一種生物質(zhì)氣發(fā)電機組熱效率及電效率測量系統(tǒng)與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)氣發(fā)電機組熱效率及電效率測量系統(tǒng)與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的化石類能源受到供應(yīng)成本和環(huán)境污染問題的限制。為了控制一次能源的總消費量及減少排放的需要，大力推廣分布式生物質(zhì)能源，成為世界能源發(fā)展的重要方向之一。以禽畜有機排放物等發(fā)酵產(chǎn)生沼氣或農(nóng)林業(yè)廢棄物可控貧氧熱裂解產(chǎn)生熱裂解生物質(zhì)氣為燃料生物質(zhì)氣發(fā)電機組成為主要的分布式能源系統(tǒng)，這些資源的合理利用可以有效降低大氣和水污染。
[0003]生物質(zhì)氣的一個重要特點就是其熱值較天然氣等化石類燃料低，其在生物質(zhì)氣發(fā)電機組運行過程中生物質(zhì)氣的成分和熱值存在波動，且不同沼氣站、熱裂解生物質(zhì)氣氣化站所產(chǎn)生的生物質(zhì)氣存在較大的差異性，燃氣成分的差別影響到發(fā)動機的燃燒速度、燃燒完善程度，進而影響到發(fā)動機的熱效率。使生物質(zhì)氣發(fā)動機組實際運行時的熱效率、電效率與產(chǎn)品開發(fā)過程中試驗臺上的測試結(jié)果存在較大差異。無法對生物質(zhì)氣發(fā)動機機組的設(shè)計完善性進行有效的評價，對其能源利用程度不能實現(xiàn)客觀的評估。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種生物質(zhì)氣發(fā)電機組熱效率及電效率測量系統(tǒng)與方法，本發(fā)明可以實時測量生物質(zhì)發(fā)動機的熱效率、發(fā)電機的效率和生物質(zhì)氣發(fā)動機組的熱效率，或者一段運行時間內(nèi)的熱效率、發(fā)電機效率和發(fā)電機組的熱效率。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]—種生物質(zhì)氣發(fā)電機組熱效率及電效率測量系統(tǒng)，包括生物質(zhì)氣發(fā)電機組、流量及成分測量單元、轉(zhuǎn)速扭矩測試單元和數(shù)據(jù)采集處理單元，其中，生物質(zhì)氣發(fā)電機組包括生物質(zhì)氣供給單元、發(fā)動機和發(fā)電機；
[0007]所述生物質(zhì)氣供給單元連接生物質(zhì)氣產(chǎn)生裝置，對生物質(zhì)氣進行采集、過濾，生物質(zhì)氣供給單元通過管路連接發(fā)動機，管路上設(shè)置有流量及成分測量單元，實時測量生物質(zhì)的流量和成分，發(fā)動機連接發(fā)電機，發(fā)電機帶動負載運行，所述發(fā)動機的功率輸出端串聯(lián)有扭矩傳感器，轉(zhuǎn)速傳感器測量發(fā)動機的實時轉(zhuǎn)速，數(shù)據(jù)采集處理單元采集流量及成分測量單元、扭矩傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器和發(fā)電機的輸出電壓與電流，計算得到發(fā)動機的功率、熱效率和生物氣發(fā)電機組的電效率。
[0008]所述數(shù)據(jù)采集處理單元利用所采集的生物質(zhì)氣流量和生物質(zhì)氣成分并根據(jù)不同成分的熱值計算出輸入生物質(zhì)氣發(fā)電機的熱量，利用發(fā)動機的轉(zhuǎn)速及扭矩傳感器所采集的發(fā)動機輸出扭矩計算發(fā)動機的功率，通過計算發(fā)動機功率和輸入熱量的比值得到生物質(zhì)氣發(fā)動機的熱效率。同時利用發(fā)電機輸出電壓和電流計算發(fā)電機的輸出電功率，通過計算電功率和發(fā)動機輸出功率的得到發(fā)電機的效率，通過計算電功率和輸入熱量的比值得到生物氣發(fā)電機組的電效率。
[0009]所述生物質(zhì)氣供給單元，包括生物質(zhì)氣儲罐、生物氣過濾器和生物質(zhì)氣除水器，其中，所述生物質(zhì)氣儲罐一端連接生物質(zhì)氣產(chǎn)生裝置，另一端通過管路連接生物氣過濾器，過濾其中的顆粒，生物氣過濾器通過管路連接生物質(zhì)氣除水器后通過管路連接發(fā)動機。
[0010]所述發(fā)動機和生物質(zhì)氣供給單元之間設(shè)有混合器，將生物質(zhì)氣與空氣進行混合。
[0011]所述生物質(zhì)氣產(chǎn)生裝置為沼氣池或生物質(zhì)氣發(fā)生爐。
[0012]所述發(fā)電機與負載連接，且連接線路中串聯(lián)電流表，并聯(lián)電壓表，測量發(fā)電機的輸出電流和電壓。
[0013]基于上述系統(tǒng)的測量方法，包括以下步驟:數(shù)據(jù)采集處理單元采集生物質(zhì)氣流量和生物質(zhì)氣成分，通過系統(tǒng)中存儲的不同氣體的熱值計算生物質(zhì)氣的實際熱值，并結(jié)合流量計算輸入到生物質(zhì)氣發(fā)電機組的熱量；利用發(fā)動機的轉(zhuǎn)速及扭矩傳感器所采集的發(fā)動機輸出扭矩計算發(fā)動機的功率；通過計算發(fā)動機功率和輸入熱量的比值得到生物質(zhì)氣發(fā)動機的熱效率，利用發(fā)電機輸出電壓和電流計算發(fā)電機的輸出電功率，通過計算電功率和發(fā)動機輸出功率的得到發(fā)電機的效率，通過計算電功率和輸入熱量的比值得到生物氣發(fā)電機組的電效率。
[0014]進一步的，數(shù)據(jù)采集處理單元對設(shè)定運行時間內(nèi)的熱效率、發(fā)電機效率和電效率積算求解這段運行時間內(nèi)的平均效率。
[0015]本發(fā)明的有益效果為:
[0016](1)本發(fā)明能夠?qū)ι镔|(zhì)氣發(fā)動機機組的設(shè)計完善性進行有效的評價，對其能源利用程度能實現(xiàn)客觀的評估；
[0017](2)可以實時測量生物質(zhì)發(fā)動機的熱效率、發(fā)電機的效率和生物質(zhì)氣發(fā)動機組的熱效率，或者一段運行時間內(nèi)的熱效率、發(fā)電機效率和發(fā)電機組的熱效率。
[0018](3)根據(jù)所測試的實時熱效率、發(fā)電機效率、生物質(zhì)氣發(fā)動機組的熱效率和一段時間內(nèi)的平均熱效率、發(fā)電機效率和發(fā)電機組的熱效率，優(yōu)化生物質(zhì)氣發(fā)電機的運行方式，提高能源利用率，并指導(dǎo)發(fā)電機組的優(yōu)化設(shè)計方向。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的生物質(zhì)氣發(fā)電機組熱效率及電效率測量裝置工作示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明的生物質(zhì)氣發(fā)電機組熱效率及電效率測量操作方法的邏輯流程圖；
[0021]其中，101水封式生物質(zhì)氣儲罐，102生物氣過濾器，103生物質(zhì)氣管路，104生物質(zhì)氣除水器，105流量計，106生物質(zhì)氣成分測量儀，107混合器，108轉(zhuǎn)速傳感器，109生物質(zhì)氣發(fā)動機，110扭矩傳感器，111發(fā)電機，112電壓表，113電流表，114負載，115數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。
【具體實施方式】
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[0022]下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0023]如圖1所示，生物質(zhì)氣發(fā)電機組熱效率及電效率測量裝置包括:包括生物質(zhì)氣供給裝置、生物質(zhì)氣流量及成分測量裝置、生物質(zhì)氣發(fā)動機、生物質(zhì)發(fā)電機、轉(zhuǎn)速及扭矩測量裝置、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。功用是測量計算生物質(zhì)發(fā)動機的熱效率、發(fā)電機的效率和生物質(zhì)氣發(fā)動機組的熱效率，或者一段運行時間內(nèi)的熱效率、發(fā)電機效率和發(fā)電機組的熱效率。其中生物質(zhì)氣供給裝置的功能是為生物質(zhì)氣發(fā)動機提供生物質(zhì)氣，生物質(zhì)氣流量及成分測量裝置的功能是實時測量生物質(zhì)的流量和成分，轉(zhuǎn)速及扭矩測量裝置的功能是測量發(fā)動的轉(zhuǎn)速和飛輪端的輸出扭矩，數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的功能是根據(jù)采集的數(shù)據(jù)計算熱效