一种生物质气发电机组热效率及电效率测量系统与方法

摘要

本发明公开了一种生物质气发电机组热效率及电效率测量系统与方法，生物质气供给单元连接生物质气产生装置，对生物质气进行采集、过滤，生物质气供给单元通过管路连接发动机，管路上设置有流量及成分测量单元，实时测量生物质的流量和成分，发动机连接发电机，发电机带动负载运行，发动机的功率输出端串联有扭矩传感器，转速传感器测量发动机的实时转速，数据采集处理单元采集流量及成分测量单元、扭矩传感器、转速传感器和发电机的输出电压与电流，本发明可以实时测量生物质发动机的热效率、发电机的效率和生物质气发动机组的热效率，或者一段运行时间内的热效率、发电机效率和发电机组的热效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物质气发电机组热效率及电效率测量系统与方法。

背景技术

传统的化石类能源受到供应成本和环境污染问题的限制。为了控制一次能源的总消费量 及减少排放的需要，大力推广分布式生物质能源，成为世界能源发展的重要方向之一。以禽 畜有机排放物等发酵产生沼气或农林业废弃物可控贫氧热裂解产生热裂解生物质气为燃料生 物质气发电机组成为主要的分布式能源系统，这些资源的合理利用可以有效降低大气和水污 染。

生物质气的一个重要特点就是其热值较天然气等化石类燃料低，其在生物质气发电机组 运行过程中生物质气的成分和热值存在波动，且不同沼气站、热裂解生物质气气化站所产生 的生物质气存在较大的差异性，燃气成分的差别影响到发动机的燃烧速度、燃烧完善程度， 进而影响到发动机的热效率。使生物质气发动机组实际运行时的热效率、电效率与产品开发 过程中试验台上的测试结果存在较大差异。无法对生物质气发动机机组的设计完善性进行有 效的评价，对其能源利用程度不能实现客观的评估。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种生物质气发电机组热效率及电效率测量系统与方 法，本发明可以实时测量生物质发动机的热效率、发电机的效率和生物质气发动机组的热效 率，或者一段运行时间内的热效率、发电机效率和发电机组的热效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种生物质气发电机组热效率及电效率测量系统，包括生物质气发电机组、流量及成分 测量单元、转速扭矩测试单元和数据采集处理单元，其中，生物质气发电机组包括生物质 气供给单元、发动机和发电机；

所述生物质气供给单元连接生物质气产生装置，对生物质气进行采集、过滤，生物 质气供给单元通过管路连接发动机，管路上设置有流量及成分测量单元，实时测量生物 质的流量和成分，发动机连接发电机，发电机带动负载运行，所述发动机的功率输出端 串联有扭矩传感器，转速传感器测量发动机的实时转速，数据采集处理单元采集流量及 成分测量单元、扭矩传感器、转速传感器和发电机的输出电压与电流，计算得到发动机 的功率、热效率和生物气发电机组的电效率。

所述数据采集处理单元利用所采集的生物质气流量和生物质气成分并根据不同成分 的热值计算出输入生物质气发电机的热量，利用发动机的转速及扭矩传感器所采集的发 动机输出扭矩计算发动机的功率，通过计算发动机功率和输入热量的比值得到生物质气 发动机的热效率。同时利用发电机输出电压和电流计算发电机的输出电功率，通过计算 电功率和发动机输出功率的得到发电机的效率，通过计算电功率和输入热量的比值得到 生物气发电机组的电效率。

所述生物质气供给单元，包括生物质气储罐、生物气过滤器和生物质气除水器，其 中，所述生物质气储罐一端连接生物质气产生装置，另一端通过管路连接生物气过滤器， 过滤其中的颗粒，生物气过滤器通过管路连接生物质气除水器后通过管路连接发动机。

所述发动机和生物质气供给单元之间设有混合器，将生物质气与空气进行混合。

所述生物质气产生装置为沼气池或生物质气发生炉。

所述发电机与负载连接，且连接线路中串联电流表，并联电压表，测量发电机的输出电 流和电压。

基于上述系统的测量方法，包括以下步骤：数据采集处理单元采集生物质气流量和生 物质气成分，通过系统中存储的不同气体的热值计算生物质气的实际热值，并结合流量 计算输入到生物质气发电机组的热量；利用发动机的转速及扭矩传感器所采集的发动机 输出扭矩计算发动机的功率；通过计算发动机功率和输入热量的比值得到生物质气发动 机的热效率，利用发电机输出电压和电流计算发电机的输出电功率，通过计算电功率和 发动机输出功率的得到发电机的效率，通过计算电功率和输入热量的比值得到生物气发 电机组的电效率。

进一步的，数据采集处理单元对设定运行时间内的热效率、发电机效率和电效率积 算求解这段运行时间内的平均效率。

本发明的有益效果为：

(1)本发明能够对生物质气发动机机组的设计完善性进行有效的评价，对其能源 利用程度能实现客观的评估；

(2)可以实时测量生物质发动机的热效率、发电机的效率和生物质气发动机组的 热效率，或者一段运行时间内的热效率、发电机效率和发电机组的热效率。

(3)根据所测试的实时热效率、发电机效率、生物质气发动机组的热效率和一段时间 内的平均热效率、发电机效率和发电机组的热效率，优化生物质气发电机的运行方式，提高 能源利用率，并指导发电机组的优化设计方向。

附图说明

图1为本发明的生物质气发电机组热效率及电效率测量装置工作示意图；

图2为本发明的生物质气发电机组热效率及电效率测量操作方法的逻辑流程图；

其中，101水封式生物质气储罐，102生物气过滤器，103生物质气管路，104生物质 气除水器，105流量计，106生物质气成分测量仪，107混合器，108转速传感器，109 生物质气发动机，110扭矩传感器，111发电机，112电压表，113电流表，114负载， 115数据采集处理系统。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，生物质气发电机组热效率及电效率测量装置包括：包括生物质气供给装置、 生物质气流量及成分测量装置、生物质气发动机、生物质发电机、转速及扭矩测量装置、数 据采集处理系统。功用是测量计算生物质发动机的热效率、发电机的效率和生物质气发动 机组的热效率，或者一段运行时间内的热效率、发电机效率和发电机组的热效率。其中 生物质气供给装置的功能是为生物质气发动机提供生物质气，生物质气流量及成分测量 装置的功能是实时测量生物质的流量和成分，转速及扭矩测量装置的功能是测量发动的 转速和飞轮端的输出扭矩，数据采集处理系统的功能是根据采集的数据计算热效率、发 电机效率和电效率。

该生物质气发电机组热效率及电效率测量装置的工作过程为沼气池或热裂解生物质气发 生炉中产生的生物质气储存在水封式生物质气储罐101,生物质气发动机109起动时，生物质 气经生物气过滤器102过滤掉其中的颗粒等后进入生物质气除水器104，除去其中多余水分， 防止生物质气中含水量过高使发动机点火困难、燃烧速度慢，进入混合器107中与空气充分 混合后，供给生物质气发动机109燃烧放热，对外做功。在生物质气管路中串联流量计105， 并连接了生物质气成分测量仪106实时测量生物质的流量和成分。发动机的功率输出端串联 扭矩传感器110，燃烧连接到发电机111，发电机111和负载114连接，线路中串联电流表 113，并联电压表112，实时测量发电机111的输出电流和电压。数据采集处理系统115采集 各项参数并计算生物质气发动机的热效率、发电机的效率和生物质气发电机组的电效率。

本发明提供了用于生物质气发电机组热效率及电效率的测量方法。下面将参考图2来进 行详细描述。

在步骤S1中，首先起动生物质气发电机组，使其在某一工况稳定运行；然后在步骤S2 中数据采集系统采集生物质气流量和生物质气成分；步骤S3中，数据处理系统通过系统中存 储的不同气体的热值计算生物质气的实际热值，并结合流量计算输入到生物质气发电机组的 热量；步骤S4中，利用发动机的转速及扭矩传感器所采集的发动机输出扭矩计算发动机的功 率；步骤S5中，通过计算发动机功率和输入热量的比值得到生物质气发动机的热效率。步骤 S6中，利用发电机输出电压和电流计算发电机的输出电功率；步骤S7中，通过计算电功率 和发动机输出功率的得到发电机的效率，通过计算电功率和输入热量的比值得到生物气发电 机组的电效率。

数据处理系统还可以对设定运行时间内的热效率、发电机效率和电效率积算求解这段运 行时间内的平均效率。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限 制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付 出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。