[发明专利]一种沼气内燃发电机组空燃比控制系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于环保及能源领域，尤其涉及一种沼气内燃发电机组空燃比控制系统及其控制方法。

背景技术

在能源短缺和环境污染日趋严重的今天，沼气因其可再生、资源量大、分布广泛、低污染等突出特点，成为一种极具发展潜力的新能源。沼气的有效燃烧能够大幅提高发电机组效率，对于节约能源、减少污染气体排放具有十分重大的意义。

与天然气等可燃气体相比，沼气存在热值低以及可燃气成分含量不稳定的问题，这容易使得沼气内燃发电机组起动困难、转速不稳定、功率不足等，准确的空燃比控制是解决上述问题的有效方法之一。

现有的通用性燃气发电机组，多针对天然气等成分稳定的气源。然而，沼气同天然气不同，沼气的成分受发酵情况影响，可燃气体浓度含量波动很大，不能忽略。沼气的热值低，易产生启动困难以及转速不稳定的情况。

而且专利号为201410057911的燃气发动机的空燃比自动控制系统，该控制系统通过氧传感器反馈可以控制空燃比到理想状态，但存在控制滞后问题，响应不及时，更没有考虑到缸温对燃烧状态的影响，很难达到精确控制空燃比的目的。

发明内容

为了解决现有技术的缺点，本发明提供一种沼气内燃发电机组空燃比控制系统及其控制方法。该控制系统能够使沼气发电机在多种工况下稳定可靠运行，并且大大提高了沼气的燃烧效率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种沼气内燃发电机组空燃比控制系统，包括：

空气进气管道和沼气进气管道，所述空气进气管道和沼气进气管道均与混合器的入口相连，所述沼气进气管道与混合器连接处还设有燃气阀，所述混合器的出口通过节气门与内燃发电机组相连；所述燃气阀和节气门均与控制器相连；

所述沼气进气管道中设有甲烷浓度传感器，甲烷浓度传感器将检测的沼气中甲烷浓度信息传送至控制器；内燃发电机的排气管中安装氧传感器，氧传感器将测量的排气管中尾气的氧含量反馈至控制器；

控制器根据接收到的尾气的氧含量获得实际空燃比，并通过实际空燃比与给定空燃比相比较，获得空燃比差值；控制器根据空燃比差值控制燃气阀的开度，再根据获取的甲烷浓度信息进行修正燃气阀的开度，从而达到精确控制空燃比的目的。

所述内燃发电机的气缸上还安装有温度传感器，所述温度传感器用于检测内燃发电机的气缸温度并传送至控制器，控制器根据内燃发电机的气缸温度，进行修正给定空燃比。

所述内燃发电机的转子上还设有速度传感器，所述速度传感器与控制器相连。

所述沼气进气管道中还安装有用于维持沼气和空气的压力差恒定的零压调节器。

所述空气进气管道中安装有过滤装置。

所述沼气进气管道中也安装有过滤装置。

一种沼气内燃发电机组空燃比控制系统的控制方法，包括：

步骤(1)：确定内燃发电机组当前的工况，预设与内燃发电机组工况相匹配的空燃比；

步骤(2)：控制器根据内燃发电机的气缸温度，修正步骤(1)中预设的空燃比；

步骤(3)：控制器根据修正后的空燃比与实际空燃比相比较，得到空燃比差值，控制器根据空燃比差值计算燃气阀的开度，同时，控制器根据获取的甲烷浓度信息进行修正燃气阀的开度，从而达到精确控制空燃比的目的。

所述步骤(1)中的内燃发电机组工况包括启动工况、怠速工况、中等负荷工况、大负荷工况、负荷突加工况和负荷突减工况。

所述步骤(1)中，与内燃发电机组工况相匹配的空燃比等于实际空燃比与过量空气系数的比值；其中，过量空气系数为与内燃发电机组工况相关的常数。

所述步骤(2)中，在内燃发电机组的不同工况下，每一个气缸温度值对应一个空燃比修正系数。

本发明的有益效果为：

(1)本发明通过氧传感器反馈准确监控实际空燃比，为了抑制甲烷浓度波动的影响，引入了甲烷浓度传感器，通过甲烷浓度传感器测量甲烷浓度，并修正燃气阀门的进气量，对扰动输入补偿，从而消除甲烷浓度波动对空燃比的影响以及消除了仅靠氧传感器反馈控制滞后的缺点，达到准确控制空燃比的目的；

(2)本发明在沼气进气管道中安装了零压调节器，采用零压调节器保证了沼气和空气的压力差恒定，有利于气体混合；同时使得空气和燃气的混合比例完全由燃气阀的开度决定；

(3)本发明的该控制方法还通过缸温进行修正空燃比，为混合气的充分燃烧提供合适空燃比；本发明根据内燃发电机组的不同工况提供不同的空燃比，保证内燃发电机组在不同工况下的稳定运行。

附图说明