广184www．东化m．工com2011年第7期gdche第38卷总第219期燃气发电机组与空燃比控制龙红明(东莞市康达机电工程有限公司，广东东莞523407)定动力GasgeneratingSeneraetandAir／fuelRLonatioControl(CandaGterWorkCogHongmingDonggu，Ltd．．，an523407，Chinaoe)，fuelratiocontrAbstract：ThepapermainlyintroducesworkingprinciplefurgasgeneratorAir／oenffinestourcesinestantstivowersoMixerissaennimortcomnitcaneecUsesaepggppgggicanceonemissionsair／fuelratioCOntrolareofpositivesignifl，Mixerconstructurefuenctionraanditswor．enerator．，lyrtoltheairfultioosffuelgaRkingprinciplegasesearchgasengine，．Keywords：engine：mixer；air／uefl能源危机以及日益严格的尾气排放法规使得基于传统的化油器和机械控制点火装置的发动机已经不能满足要求【lj而电控喷射技术稀燃技术以及催化技术等得到飞速的发展由于系统实现的关键方面是硬件系统的实现可能性另方面是控制方法的选择与这些技术相匹配的控制方法的研究在过去30年中得到长足的发展12】现代内燃机发动机燃料大部分来自于石油石油是种不可再生资源随着时间的推移它的使用受到很大并且会带来环境污染所以人们不得不寻找其他的代用燃料，。，。一一，，。。一，，，，[3】。燃气发电机组使用的是燃气发动机驱动发电机发电机把发动机的动能转换为电能燃气发动机使用燃气作为燃料例如使用天然气作为燃气发电机组燃料最大的优点就是低污染性与15HC排放量减少到传统汽油车相比较CO的排放量减少到1／1／5SO减少了4／5且没有笨铅硫等有害物质由于我国有丰富的天然气资源因此燃气发电机组在我国有广阔的发展前景下面对燃气发电机组工作原理和空燃比控制作了评述，，。，。，，，，、、。，，。。1燃气发电机组的工作原理，。、、燃气发电机组是以燃气机发动机驱动发电机发电燃气发动机采用低压喷射供气方式主要用在压缩比低的点燃式气体燃料发4】它分为四冲程点燃式水冷高速机燃气发动机为动机上【直列型气缸体底部安装铸铁油底壳气缸中安装有盆形燃烧室的活塞连杆机体主轴承孔中安装有带滚动主轴承的盘形组合式曲轴体积右侧(面向飞轮端看)内部配置有凸轮轴和配气机构发动机前端齿轮室内布置有传动机构左侧安装有点火系统电子调速系统进气系统右侧安装有排气管机油滤清器机油冷却器起动电机和充电发电机水泵安装在前端机油泵安装在油底壳内机体前端部位发动机工作原理：燃气发动机机的工作过程可大致分为四个冲程其顺序为：进气冲程压缩冲程作功冲程排气冲程(1)进气冲程在进气冲程中连杆带动活塞下行进气门开启排气门关闭经空气滤清器过滤的空气和燃料气体通过混合器均匀混合后被吸入气缸下行的活塞到达下止点时气缸内部充满混合气(2)压缩冲程曲轴在飞轮惯性作用下被带动旋转通过连杆推动活塞由下止点向上止点运动同时进排气门关闭混合气被压缩(3)作功冲程活塞运动到上止点时火花塞在点火信号发生器和点火线圈所产生的高压电流作用下产生火花点燃气缸内可燃气燃烧时产生的高温高压气体推动活塞下行通过连杆带动曲轴旋转对外作功传递扭矩(4)排气冲程活塞从下止点往上止点运动此时排气门打开进气门关闭汽缸内燃烧后的废气被活塞推出沿排气道排出气缸外。，，，，，，、、，、、、，，。，、、、。。，，，。，，，。。，，，。。，，。、，，。。，，。，。2燃气发电机组组成一．燃气发电机组由燃气供给系统电子调速系统点火系统控制系统等组成燃气供给系统发动机的重要部件而燃气供给系统的关键部件是混合器它能有效控制空燃比对发动机排放起着至关重要的作用以下着重对燃气供给系统及其混合器进行介绍21燃气供给系统该系统主要由减压阀防爆阀空气滤清器混合器等组成211减压阀减压阀是稳压系统主要部件主要由弹簧膜片组上壳体下壳体杠杆组和阀门组等组成无论燃气的气源压力上升还是下降减压阀后的气体的压力都可以保持基本不变从而保证了燃气发动机在整个工作过程中都具有稳定的进气压力增加弹簧膜片组中弹簧的预紧力相当于增加了阀门组的开度从而提高了减压阀后的燃气压力减小弹簧预紧力时相当于减小阀门组的开度从而减小了减压阀后的燃气压力当减压阀安装时应使其上箭头与气流方向致212防爆阀可燃气体爆炸的危险性远比柴油高所以燃气发动机要有可靠的防火防爆及其它的安全防护措施为此我们在燃气进气管端设计了个防爆消焰器发动机正常运行时弹簧的弹力大于管内混合气压力使密封板紧贴在O形密封圈上保证密封进气管产生回火时进气管内的压力大于弹簧压力而将密封板推开喷出的火焰通过小间隙的散热片时既能灭火又能使进气管泄压21_3混合器混合器是进气系统的个关键部件其主要功能是：将燃气和空气在进入气缸前进行均匀混合燃气发动机采用的是等真空度混台器其作用主要是使空气和燃气有效的混合并控制空气和燃气的混合比即空燃比在发动机整个运行过程中基本不随工况的改变而变化能很好的适应燃气发动机的工作要求在进气管和空气滤清器之间安装混合器燃气经减压阀等装置以定”】混合器的结的压力进入混合器由混合器对空燃比进行控制构及其原理图如图l所示从图1看出混合器主要由燃气阀混合器挡板控制电机撑杆执行器弹簧滑轨等组成当燃气发动机运行时气缸内的压力通过通路和混合器挡板下端相连活塞下行时气缸内的压力降低在大气压力与缸内压力的压力差的(混合器挡板下端)作用下空气通入混合器同时控制器控制执行器使燃气阀打开空气和燃气同时进人混台器经混合后进入发动机气缸内燃烧混台器怠速螺钉的主要作用是控制在空气阀组开口处附近进入的空气当怠速螺钉打开时空气阀组部分关闭因而燃气计量阀也随之关闭使怠速运行时的空气燃气的混合气变稀燃气阀是用来调整进入混台器的燃气进气晕的当其上的刻线由L向R变化时混合器将变浓反之将变稀，，，。，，，，。．、、、。．．，、、、，。，，。，，。，，。，一。．．，、。，一一，，，，，，，，。．一。。，，，，，。一，，，。，、、、、、、。，，，，，，，。，。。，，，、。。，，。收稿日期】201l0309【作者简介】龙gent(1980)【，男，广西玉林人，本科，设计师，主要从事发电机组相关工作。2011年第7期广、)lnvW．东化m．工com第38卷总第219期gdche185◎Ⅱ在怠速和小负荷时NOx排放量减少而CO和HC显著增多图min下变负荷时(即改变进气管压力)测定的3是某燃气机在2000r／负荷排放特性曲线，。。“／“曰E．开机状态停机状态1．燃气阀；2．混合器挡板；lMixtureo3一控制电机；sen4．撑杆：s5执行器图Fig1．燃气机进气系统混合气fgagineintakeystem当发动机在运行状态时燃气和空气在混合器中能有效混合燃气进气量通过燃气阀进行控制通过系统分析计算控制器发出信号给控制电机控制电机控制燃气阀开度使燃气和空气按照定的比例即最佳的空燃比混合经过混合之后混合气进入气缸燃烧当燃气发动机停止运行时控制器控制电机转动使燃气阀关闭同时控制执行器动作执行器通过撑杆驱动混合器挡板转动进而关闭混合器的混合气进气这样空气和燃气通路均被关闭此时发动机停止运行混合器能适应甲烷浓度从30％70％各种不同气体且空气和燃气的混合后通过控制器自动调节最佳的空燃比结合独特设计的燃烧室使燃气得到充分燃烧降低了燃气消耗提高了发动机的热效率有效降低了排放气体中COHCNOx等有害气体达到相关排放标准，，，，，，一ka进气管压力／Va图3燃气机的负荷排放特性Fig3．，，Gasengineemissioncharacteristicsoftheload。，，，，，，，。～，，，，，，、、，。3空燃比与排放，空燃比：空燃比可燃混合气中空气质量与燃料质量之比fA／F(A：air空气F：uel燃料)表示空气和燃料的混合比空燃比是发动机运转时的个重要参数它对尾气排放发动机的动力性和经济性都有很大的影响为使废气排放达到最佳在发动机排气管中安装氧传感器并实现闭环控制其工作原理是氧传感器将测得废气中氧的浓度转换成电信号后发送给控制器使发动机的空燃比控制在个狭小的接近理想的区域内由于混合气成分的不同使燃烧速度产生很显著的差异结果产生不同的排气成份燃气机空燃比与排气有害成分的关系如图2所示，．。一，、。，，，一，、，，，，。呻叁寸b鼍0Z，由图3可见CO随负荷增加而降低当进气管压力高于75kPa时CO又开始上升其原因供给混合气的空燃比随负荷增加而变稀到进气管压力高于某个值后空燃比又因混合气加浓装置起作用而变浓HC和CO有大体相同的变化趋势当燃烧室温度随负荷增加而升高使缸壁激冷层厚度变薄HC排放减少HC相当加浓装置起作用时排放增加；N0的变化趋势与C0反当负荷增加时最高燃烧温度随之升高混合气又变稀又有充分的氧为No生成提供了条件所以随负荷增加上升较快6】根据高温NO的反应机理【产生NO的要素是温度氧浓度和反应时间在足够的氧浓度下温度越高反应时间越长生成的No就多由于燃气发动机的燃烧速度慢燃烧温度较低NOx比柴油机低得多燃气中若含有大量的C02(20％50％)且本身含有定量的CO组成成分燃烧时氧气浓度相对柴油机很低因而C0和HC的排放相比之下高燃气中的沼气是种生物类排量虽然很少气体燃料颗粒显然比柴油机排放少至于SOx入但是排大气中会形成酸雨危害极大所以有必要对燃气进行脱硫的前处理不但可以减少发动机的腐蚀延长寿命而且7】可以减少有害含硫物的排放【有效的控制排放必须保证最佳的空燃比实现最佳的空燃比关键是要保证氧传感器工作正常如果燃油中含铅硅就会造成氧传感器中毒此外若使用不当还会造成氧传感器积碳陶瓷碎裂加热器电阻丝烧断内部线路断脱等故障氧传感器的失效会导致空燃比失准排气状况恶化催化转化器效率降低长时间会使催化转化器的使用寿命降低，，，，，，。。，，，，、，，，．，，。，、，，、，。，，～。，一，，一。，。，，，，。，，，。，，。、。，、、、。，，，。UZ4结论，，、1214(1481．16、182022A／F图2Fig2．排气中的COrelaex、HCtNO浓度与空燃比的关系nThetionshipbetweenconcentratioofCOHCNOin，，hausandairfuelratio从图2可以看出供给浓混合气时NO减少而COHC增多：供给略稀的混合气时(经济混合比附近)COHC减少而NO增多：供给稀混合气时CO减少而HC增多从发动机负荷分析表明发动机满负荷时燃烧不完全生成的CO量增多；中等负荷时混合气略稀燃烧效率最高COHC减少但NOx增多；，，、，、，。单燃料发动机又称为全烧式发动机在燃气产量大的场合可连续稳定地运行适合在大中型沼气工程中使用由于气体燃料的组分热值物理性能着火温度爆炸极限燃烧特性存在很大差异当利用天然气发动机燃烧沼气时需对发动机的相关部件进行必要的调整或改装还应根据发动机对空燃比和调节特性的要求确定燃气相应的阀芯即使是同种气体燃料其燃烧特性同样会因产地原料成分的不同而不同燃气发电机组调试的目的是根据现场实际的燃料特性将空燃比和点火提前角调整到最佳范围使发动机达到设计的性能指标空燃比的调整是关键在调试过程中应对沼气燃料的成分和空燃比进行随机监控以便进行适当的调整由于燃气来源广泛而且具有较高的热值及较好的抗爆性经济效率较高等特点若燃气机燃烧尾气排放达到要求燃气发电机组的应用已越来越受到人们的重视国内如果能解决好些关键问题它的使用前景是非常光明的，、、、、、，，，一，。。、、。，，。，，。，，，，，一，，。，，，(下转第1页)，，，、2011年第7期广WAVW．东化．工com第38卷总第219期“。gdchem1否查项目内容及检查要点要用提问方式列出检查情况用是“×／或者用、表示安全检查表主要内容包括：各生产设备设施装置装备的安全可靠性各个系统的重点不安全部位和不安全点(源)；主要安全设备装置与设施的灵敏性可靠性：危险物质的储存与使用；消防和防护设施的完整可靠性；作业职工操作管理及遵章守纪等检查要突出重点部位的危险因素源点及影响大的不安全状态和不安全行为按定格式要求列成表格检查表的内容应符合专业安全技术防护措施要求32危险度评价法危险度评价法是对装置各单元和设备的危险度进行分级的安全评价方法是随着我全工作的发展从日本引进并经简化的评价方法该方法主要是通过评价分析装置或单元的介质压力温度容量操作等5个参数而对装置或单元进行危险度分级的进而根据装置或单元危险程度而采取相应的安全对策措施3_3道化学火灾爆炸指数评价法以以往的事故的统计资料物质的能量和现行的安全防护措施的状况为依据以单元重要危险物质在标准状态下的火灾爆炸或释放出危险性潜在能量大小为基础同时考虑工艺过程的危险性计算单元火灾爆炸指数确定危险等级还对特定物质般工艺及特定工艺的危险修正系数求出火灾爆炸指数定量的对工艺过程和生产装置及所含物料的实际潜在火灾爆炸和反应性危险逐步推算进行客观的评价再根据指数的大小分成几个等级按等级的要求及火灾爆炸危险的分组采取相应的安全措施34故障树分析法(FTA)把系统可能发生或已发生的事故(称为顶事件)作为分析起点将导致事故原因的事件按因果逻辑关系逐层列出用树性图表示出来构成种逻辑模型然后定性或定量的分析事件发生的各种可能途径及发生的概率找出避免事故发生的各种方案并优选出最佳安全对策FTA法形象清晰逻辑性强它能对各种系统的危险性进行识别评价既适用于定性分析又能进行定量分析35险与可操作性研究(HAZOP)、”“””“”。，、、。分析对工艺或操作的特殊点进行分析这些特殊点称操作步骤通过分析每个节点或工艺单元／为分析节点识别出那些具有潜在危险的偏差这些偏差通过引导词或关键词引出套完整的引导词用于每个可认识的偏差而不被遗漏运用危险与可操作性研究(HAZOP)分析方法可以查处系统中存在的危险有害因素并能以危险有害因素可能导致的事故后果确定设备装置中的主要危险有害因素HAZOP，“”“”，。，，一。。，、，、、、。一，。4安全评价报告，、。．，“”。、、“”“”“”“”、、、，。根据上述安全分析最后做出定性定量评价结论评价包含以下几个方面：区域规划与厂区总体布置工艺装置安全评价工艺设备安全评价中间储存设施安全评价电气设施安全评价仪表自控设施安全评价危险有害因素控制安全评价消防设施安全评价根据以上安全评价找到尿素装置存在的问题并汇总说明给出隐患整改对策措施及安全管理建议，、、、、、、、、。，。、参考文献[1]张宏亮．，、，孙志国，，王元庆，．氨汽提尿素工艺高负荷稳定运行技术改进．，，、，。、一，。、。，。．氮肥技术200930(3)：4042m2周【]泉水郑必超廖定友尿素合成塔防爆技术改造及安全使用管理46fJ】化肥设计200846(5)：44-3]李虹尿素合成过程的安全性与经济性探讨【【J]川化20082：8l】4文法张永平张永孙峰我全评价方使用现状及思考【[】J]科学技术与工程201027：68286831以安徽淮化方兴龙颜事龙周梁基于道化学法的化工安全评价[5】200634(3)：1830合成氨装置为例fJl矿业科学技术集团有限公司，，．．，，．．．，，．，，．．．．．．，，．“”．，，，，68．．一，，6】何华刚．【5659—裴先明化工安全评价价探讨[J]安全与环境工程2003．．．，10(1)，．。、，，，，。(本文文献格式：王宏尿素装置安全评价方法探讨[J]201138(7)：1881)工．—．广东化，，．(上接第173页)3-3泵的密封和封道封油具有冷却冲洗密封和润滑等多种作用封油应为清洁不含颗粒的无毒无腐蚀性不影响输送介质质量的油品其凝固点般不低于周围环境温度离心泵封道般分为自封注入式自封循环式外封注入式和外封循环式四种类型、、。、、、，一一。、、。4结束语，、、总之泵在石油化工制药等装置中占有重要的地位泵的管道设计是管道专业设计人员在设计过程中经常遇到的也是必须掌握的设计时应结合实际情况全面加以考虑使其设计更加合理节能满足生产要求。，。2】化工装置管道布置设计技术规定HGfr2045951998【3】中国石化集团上海工程公司M】北京：化学化工工艺设计手册(上)【【工业出版社2003张德姜王怀义刘绍叶石油化工装置工艺管道安装设训手册(第3[4】M]设计与计算(第章)北京：中国石化出版社2003版)【5王松汉M】工艺和系统设计石油化工设计手册(第4卷)【北京：化学【】工业出版社200161t怀义石油化工管道安装设计便查手册【M】北京：中国石化出版社【．．．．．．，．，．．一．，，．．．，．．．．，2007．，，、，。参考文献姚玉英[1】．(本文文献格式：邓军智石油化工装置中泵的管道设计探讨[J]广东化工201138(7)：172173)．—．，，M】天津：天津大学出版社化工原理(上)【．，1999(上接第185页)参考文献M】北腾尺英也小林久德小川王幸等最新汽油机电控汽油喷射【[1】京：北京理工大学出版社1998[2]PowellJDFeketeNPChangCFObserverBasedAivFuelRatio199818(5)Control[J】IEEEControlSystemMagzineortranFuels3RoerAltenrativeTEnerld1994JGsgyWor(222)：[】【]gp，，，．．，．，，．气技术研究『J]天然气工业199818(2)：68725】龚英利天然气发动机进气管内混合气形成过程的可视化研究[D】天【津：天津大学2003M】北京：人民交通出版社2001[6]周玉明内燃机废气排放及控制技术【a7c董刚陈义良骆晓东等空d混合气中含NS组分对生成污气【】工2理20023(1)：130132染物的影响『程热物学报J1．，，—．．．，．．．，．，，，．、．，，．．．，，．．．，，(本文文献格式：龙红明：811．．化工，，2011，38(7)燃气发电机组与空燃比控制[J]184185)．．广东4】孙济美【张纪鹏，方祖华．等．压缩天然气和液化石油气发动机电控喷《广东化工》征稿启事广东化工》创刊于1974年是广东省唯省级化工综合性科技期刊作者全国发行刊号为：CN441238／TQISSN10071865欢迎投稿!投稿方式：方式1在线投稿：登录WWWgdchemtom《广东化工>)杂志网在线投稿；文章题目方式2邮箱投稿：gdcic200@163com；邮件主题：作者名／单位／《一，，、读者遍及全国月刊，，每月25日出版，。—，。．．．。
