一種生物質氣發電機組熱效率及電效率測量系統與方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種生物質氣發電機組熱效率及電效率測量系統與方法。
【背景技術】
[0002]傳統的化石類能源受到供應成本和環境污染問題的限制。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能源，成為世界能源發展的重要方向之一。以禽畜有機排放物等發酵產生沼氣或農林業廢棄物可控貧氧熱裂解產生熱裂解生物質氣為燃料生物質氣發電機組成為主要的分布式能源系統，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，其在生物質氣發電機組運行過程中生物質氣的成分和熱值存在波動，且不同沼氣站、熱裂解生物質氣氣化站所產生的生物質氣存在較大的差異性，燃氣成分的差別影響到發動機的燃燒速度、燃燒完善程度，進而影響到發動機的熱效率。使生物質氣發動機組實際運行時的熱效率、電效率與產品開發過程中試驗臺上的測試結果存在較大差異。無法對生物質氣發動機機組的設計完善性進行有效的評價，對其能源利用程度不能實現客觀的評估。
【發明內容】
[0004]本發明為了解決上述問題，提出了一種生物質氣發電機組熱效率及電效率測量系統與方法，本發明可以實時測量生物質發動機的熱效率、發電機的效率和生物質氣發動機組的熱效率，或者一段運行時間內的熱效率、發電機效率和發電機組的熱效率。
[0005]為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0006]—種生物質氣發電機組熱效率及電效率測量系統，包括生物質氣發電機組、流量及成分測量單元、轉速扭矩測試單元和數據采集處理單元，其中，生物質氣發電機組包括生物質氣供給單元、發動機和發電機；
[0007]所述生物質氣供給單元連接生物質氣產生裝置，對生物質氣進行采集、過濾，生物質氣供給單元通過管路連接發動機，管路上設置有流量及成分測量單元，實時測量生物質的流量和成分，發動機連接發電機，發電機帶動負載運行，所述發動機的功率輸出端串聯有扭矩傳感器，轉速傳感器測量發動機的實時轉速，數據采集處理單元采集流量及成分測量單元、扭矩傳感器、轉速傳感器和發電機的輸出電壓與電流，計算得到發動機的功率、熱效率和生物氣發電機組的電效率。
[0008]所述數據采集處理單元利用所采集的生物質氣流量和生物質氣成分并根據不同成分的熱值計算出輸入生物質氣發電機的熱量，利用發動機的轉速及扭矩傳感器所采集的發動機輸出扭矩計算發動機的功率，通過計算發動機功率和輸入熱量的比值得到生物質氣發動機的熱效率。同時利用發電機輸出電壓和電流計算發電機的輸出電功率，通過計算電功率和發動機輸出功率的得到發電機的效率，通過計算電功率和輸入熱量的比值得到生物氣發電機組的電效率。
[0009]所述生物質氣供給單元，包括生物質氣儲罐、生物氣過濾器和生物質氣除水器，其中，所述生物質氣儲罐一端連接生物質氣產生裝置，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氣除水器后通過管路連接發動機。
[0010]所述發動機和生物質氣供給單元之間設有混合器，將生物質氣與空氣進行混合。
[0011]所述生物質氣產生裝置為沼氣池或生物質氣發生爐。
[0012]所述發電機與負載連接，且連接線路中串聯電流表，并聯電壓表，測量發電機的輸出電流和電壓。
[0013]基于上述系統的測量方法，包括以下步驟:數據采集處理單元采集生物質氣流量和生物質氣成分，通過系統中存儲的不同氣體的熱值計算生物質氣的實際熱值，并結合流量計算輸入到生物質氣發電機組的熱量；利用發動機的轉速及扭矩傳感器所采集的發動機輸出扭矩計算發動機的功率；通過計算發動機功率和輸入熱量的比值得到生物質氣發動機的熱效率，利用發電機輸出電壓和電流計算發電機的輸出電功率，通過計算電功率和發動機輸出功率的得到發電機的效率，通過計算電功率和輸入熱量的比值得到生物氣發電機組的電效率。
[0014]進一步的，數據采集處理單元對設定運行時間內的熱效率、發電機效率和電效率積算求解這段運行時間內的平均效率。
[0015]本發明的有益效果為:
[0016](1)本發明能夠對生物質氣發動機機組的設計完善性進行有效的評價，對其能源利用程度能實現客觀的評估；
[0017](2)可以實時測量生物質發動機的熱效率、發電機的效率和生物質氣發動機組的熱效率，或者一段運行時間內的熱效率、發電機效率和發電機組的熱效率。
[0018](3)根據所測試的實時熱效率、發電機效率、生物質氣發動機組的熱效率和一段時間內的平均熱效率、發電機效率和發電機組的熱效率，優化生物質氣發電機的運行方式，提高能源利用率，并指導發電機組的優化設計方向。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明的生物質氣發電機組熱效率及電效率測量裝置工作示意圖；
[0020]圖2為本發明的生物質氣發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水封式生物質氣儲罐，102生物氣過濾器，103生物質氣管路，104生物質氣除水器，105流量計，106生物質氣成分測量儀，107混合器，108轉速傳感器，109生物質氣發動機，110扭矩傳感器，111發電機，112電壓表，113電流表，114負載，115數據采集處理系統。
【具體實施方式】
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[0022]下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。
[0023]如圖1所示，生物質氣發電機組熱效率及電效率測量裝置包括:包括生物質氣供給裝置、生物質氣流量及成分測量裝置、生物質氣發動機、生物質發電機、轉速及扭矩測量裝置、數據采集處理系統。功用是測量計算生物質發動機的熱效率、發電機的效率和生物質氣發動機組的熱效率，或者一段運行時間內的熱效率、發電機效率和發電機組的熱效率。其中生物質氣供給裝置的功能是為生物質氣發動機提供生物質氣，生物質氣流量及成分測量裝置的功能是實時測量生物質的流量和成分，轉速及扭矩測量裝置的功能是測量發動的轉速和飛輪端的輸出扭矩，數據采集處理系統的功能是根據采集的數據計算熱效