生物质气化发电机组中内燃机的运行特性分析

电力18讯：    
任永志1，崔亨哲1，郭军1，李维尧2
辽宁省能源研究所 辽宁 营口 115000；辽宁省宽甸县农村能源办公室，辽宁 宽甸 118200
摘要：
本文针对生物质气化机发电系统中的燃气发电机组的实验测试结果分析了其运行特性，结果表明，低热值生物质气化产出气能够满足内燃式燃气发电机的运行要求，只是在能够实现的最大输出功率方面受到限制；生物质气化机发电系统的尾气排放能够满足环保的要求；内燃式发电机与生物质气化机组间具有良好的匹配性。
关键词：生物质；气化；内燃机
The Performance and Analysis of SI Engine in Biomass Gasification for Power System
Ren Yong-zhi1, Cui Heng-zhe1, Guo Jun1, Li Wei-yao2
(1. Liaoning Institute of Energy Resources, Yingkou 115000, China; 2. Kuandian Office of Rural Energy, Kuandian 118200, China)
Abstract:
Experiments have been carried out with a Tessari 80kW SI engine in conjunction with a fixed bed biomass gasification unit, the results of analysis on the experiment data shows that the lower caloric value producer gas can satisfy the requirement of the SI engine for power generation except for the limit of the maximum power output; the exhausted gases of the SI engine can reach the requirement for environment protection; the SI engine matches well with the biomass gasification unit.
Key words: biomass; gasification; SI engine
1. 前言
生物质气化发电技术作为生物质能源化利用的一项有效途径在国内外得到广泛的研究和不同程度的应用，辽宁省能源研究所在国家“十五”科技攻关计划项目“50kW生物质气化发电机组研制”的执行过程中，在所建设的生物质气化发电系统示范点针对生物质气化机组和燃气发电机组分别进行了实验测试，本文根据燃气发电机组的测试结果对其运行特性进行了分析，以验证内燃式发电机与生物质气化机组间的可匹配性并评估以生物质气化产出气为燃料时，燃气发电机尾气对于环境的影响。
2. 系统组成和技术指标
如图一，生物质气化发电系统由螺旋输送机、下吸式气化炉、旋风除尘器等净化设备、罗茨鼓风机、安全水封、专用灶具、内燃式发电机、湿法储气柜以及地下管网等组成，系统在保证居民生活用气的同时，将富裕的产出气用于发电，实现气电联产。

1.螺旋输送机 2.下吸式气化炉 3.旋风除尘器 4.喷淋净化器 5.气水分离器 6.生物质过滤器 7.罗茨鼓风机 8.安全水封 9.专用灶具 10.内燃式发电机 11.湿法储气柜
图1 系统工艺流程图
生物质气化机组原料处理量为150～190kg/h,产气量300～380Nm3/h,气化效率72～75%，产出气中焦油和灰含量≤17mg/Nm3，通过采用不同生物质物料并控制反应条件得到几种不同气体组分的产出气用于燃气发电机组的实验测试，同种原料在相同工况下得到的产出气进入储气柜后充分扩散混合，保证了燃气发电机入口可燃气体成分的一致性。
3. 燃气发电机的测试方案
3.1 燃气发电机规格
测试实验采用意大利Tessari 80kW燃气发电机,采用六缸直列式IVECO 8210型内燃机，火花塞点火，汽缸直径和冲程为ф137×156mm,总排气量为13.8L，转数为1500RPM。
3.2 燃气发电机组测试方案
 针对不同原料、不同工况的产出气，测试燃气发电机入口气体组分焦油含量，燃气发电机组的输出功率在10kW、20kW、30kW、40kW、50kW、60kW、70kW、80kW工况下的气体耗耗量，从而计算不同负荷下燃气发电机的比气耗、效率并绘制特性曲线，考察气体组分对于燃气发电机功率特性的影响；
 针对不同气体组分的产出气，测试燃气发电机组的输出功率在10kW、20kW、30kW、40kW、50kW、60kW、70kW、80kW工况下的尾气中NOx、CO2、CO等成分；
 考察产出气中氢气组分的含量对于燃气发电机的影响；
 在不同时间间隔，考察燃气发电机气体入口过滤器清洁情况和火花塞积炭情况；
 选择最佳工况和最差工况，测试燃气发电机的最长连续稳定运行时间；
3.3 燃气发电机组测点布置及说明
在燃气发电机入口布置温度、压力和流量测点，测量可燃气体的温度T1、压力P和流量F1、F2以及发电机入口可燃气的成分G2（VARIAN GC3800 气相色谱仪）和焦油含量（GB12208-90）；在燃气发电机尾气出口布置取样探头以测试燃气发电机尾气中一氧化碳等组分G1（意大利Tecnotest MULTIGAS 488型尾气测试仪）的含量，同时，通过相应的传感器测试发电机的转数和机油温度，除此之外，连接于两个分别为50kW和30kW的负载箱的测功仪将测试燃气发电机的实际输出功率。

图2 燃气发电机组测点布置示意图
4. 测试结果及分析
4.1 气体组分分析和计算结果
表1气体组分分析和计算结果
气样编号