《1000GFRQ燃气发电机组》

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以许可证引进396柴油机发电用途国产化原型机为基础,针对燃气发动机的技术特点,以大功率、可靠性、先进性、安全性为目标,实施了基础发动机适应性改进开发、稀薄燃烧技术应用开发、自适应稳定技术应用开发、可靠性与安全性保障技术开发等四项关键技术创新。1、基础发动机适应性技术开发主要内容有:活塞、进气系统、排气系统、润滑油系统、发动机监控系统的适应性技术开发:(1)活塞适应性技术:燃气发动机使用的燃料和柴油比,杂质含量高、硫含量高、对机器腐蚀严重。针对这些特殊情况,选用了压缩比为11:1的活塞,活塞钢顶采用浅盆型结构,钢顶表面采用镀镍工艺,提高了零件耐腐蚀性。(2)进气系统适应性技术进气管新设计采用带防爆结构的钢制件,进气管内腔型线和原型机保持不变,增设混合气压力、温度专用传感器的测量口。进气管口加装WOODWARD公司的ProAct整体式数字调节气阀,对进气流量进行调节,类似于柴油机的油门机构。采用整体式调节气阀可以减小由于拉杆传动、销轴间隙、磨损等因素对开启精度和灵敏度形成的影响。涡轮增压器压气机前安装WOODWARD的固定式文丘里燃气混合器。该产品燃气混合效果良好,无运动部件,保证了部件工作的可靠性和使用寿命。(3)排气系统适应性技术从安全性考虑,保持了16V396柴油机三层壁水冷排气管原设计。增设单缸排温传感器,通过监测排温来精确反映燃烧情况。(4)润滑油系统改进增设旁通滤清器,润滑油的换油间隔时间提高到了1000h以上。(5)发动机监控系统开发新开发燃气发动机专用机旁控制系统。具有机旁控制和远程控制两种模式,完成燃气机的控制和检测。机上监测传感器采用分散布置,集中管理模式,全部与控制系统相连。可以监测发动机的水温、油压、排温等相关参数,并根据设定要求,对水温高、油压低等发动机故障发出报警信号、停机保护指令。2、稀薄燃烧技术应用开发按照煤层气稀薄燃烧的特点,从先进性、可靠性和安全性考虑,针对396基础机的特点,以WOODWARD公司的二代燃气发动机控制系统为硬件平台,通过开发应用软件和标定参数,形成了空/燃混合精确控制技术、智能化点火技术、稀薄燃烧控制技术等应用技术的开发。(1)空/燃混合精确控制技术:采用压气机前空/燃混合方式,瓦斯气和新鲜空气都是被压气机吸入进气系统随后进行增压,尤其适用于低压燃气,特别是煤矿瓦斯的抽放气。同时,进气系统中采用了高效及精确控制的燃气流量控制阀,确保发动机可以在不同浓度以及浓度波动的情况下可靠运行。(2)智能化点火技术:高能量智能化点火系统可以根据发动机工况自动调整点火提前角、点火能量,具有每缸单独点火控制的功能。高能点火控制系统通过CAN总线与EGS-Ⅱ控制系统相连,同时采用高能量的火花塞可以确保发动机的稀薄燃烧工况。(3)稀薄燃烧控制技术:以WOODWARD公司的EGS控制系统为硬件平台,通过开发应用软件和参数标定,闭环精确控制燃烧空燃比,可以使发动机实现高空燃比稀薄燃烧。空燃比闭环控制技术可以使燃气发动机在任何工况下空燃比都维持在设定的范围内,在此范围内混合气未经活塞压缩即使点火也不会燃烧。有效地解决了普通外混式燃气机存在的进气管回火、放炮现象,提高了发动机的经济性和安全性。3、自适应稳定技术应用:开发自适应稳定技术应用开发的主要内容包括:单点喷射和空燃比闭环控制技术和转速精确稳定控制技术。(1)单点喷射和空燃比闭环控制技术:以WOODWARD公司的EGS-Ⅱ控制系统和新专用开发的应用软件为基础,根据实测参数和预期空燃比参数比较,采用TecJet阀精确地控制燃气流量,实现空燃比的闭环控制。(2)转速精确稳定控制技术:采用高精度、高可靠性的ProAct节气门控制器,通过CAN总线与EGS-Ⅱ控制系统互联。可以根据工作状态、负荷大小调节节气门开启角度,实现对燃气机的精确的速度控制。通过采用峰值效率-专利控制策略,可使发动机在燃气成分变化较大的情况下维持最大效率;CH<,4>浓度在±5%的范围内变化时,可自动适应。该技术和空燃比闭环控制技术相结合,空/燃比例调节控制精确迅速,热值调节范围大,明显减小了发动机在负荷突变时的转速波动,使发动机的运转更平稳。在工业现场,瓦斯浓度在40%~60%之间缓慢波动时,机组可以自动适应,满负荷稳定输出。同时,保证了发动机的起/停操作简易可靠,排放、安全性和经济性都明显改善。4、可靠性与安全性保障技术开发:(1)多级防爆安全保护在排气管、进气管、中冷器等处设计安装了多级防爆安全装置,在工作中起到了很好的可靠保护作用。(2)采用电容式高压点火装置:选择了电容式高压智能点火装置取代目前国内厂家选用的磁电机点火的方案,火花塞选用了耐高电流脉冲波的进口火花塞,更为适应稀薄燃烧状态需求、极大地提高了点火系统的工作可靠性。同时,通过CAN总线能够可靠地输出和反馈点火能量、点火正时、失火检测等功能,确保发动机能够快速便易起动和可靠工作。(3)全面继承16V396原型机的可靠性专有技术:排气系统将396系列柴油机的三层壁冷却技术以及增压器水冷护罩应用在燃气发动机上,有效地降低排气系统零部件的表面温度,对环境安全及操作者做到最大限度的保护。冷却系统继承了396柴油机的分流循环冷却系统及高效的板式换热器,使燃气机的冷却系统紧凑、高效。进/排气门沿用了396原型机的高性能材料气门,具备有耐高温、耐腐蚀的特性。(4)经济性:在采煤过程中涌出的大量甲烷,不仅对煤矿的安全生产构成巨大威胁,而且甲烷排入大气成为引起地球温室效应不可忽视的因素。因此,减少煤层气排放对全球温室气体减排有重要意义。煤层气作为一种气体燃料,其理化特性适于发动机的燃料,具有机械杂质少、燃烧效率高、发动机低温易启动、排放污染低的特点,燃气进入气缸后不会对润滑油产生稀释,也不会加剧发动机零部件的腐蚀和磨损。一般煤矿采煤过程中抽出的瓦斯如能充分利用,其发电量不仅能满足煤矿日常采煤生产所需,还能将部分剩余电能并网外供。由于1000GFRQ燃气发电机组具有体积小、重量轻、功率大、转速高,使用维护方便等特点,与目前市场上主要产品为800kW以下的国产机组相比,在市场中具有较强的竞争力,在国内外将具有广阔的应用前景。另外,与国外产品相比,由于性能指标接近、价格较低,且服务体系完善,仍然具有一定的竞争力。

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