发电机组沼气成分调节系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及沼气成分调节技术领域，尤其涉及一种发电机组沼气成分调节系统及其控制方法。


背景技术：

2.本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。
3.沼气发电技术是集环保和节能于一体的能源综合利用新技术，它是利用工业、农业或城镇生活中的大量有机废弃物(例如酒糟液、禽畜粪、城市垃圾和污水等)，经厌氧发酵处理产生的沼气，驱动沼气发电机组发电，并可充分将发电机组的余热用于沼气生产。
4.但是季节不同、产生沼气的原料不同等等，都会导致沼气成分发生变化，现有技术中大都是发电机组到达客户现场后，根据当时的沼气成分标定一版ecu数据，而由于沼气成分发生变化较大，ecu程序不再适用于当前的沼气成分，从而导致发电机组运行异常甚至无法启动的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是至少解决沼气成分发生变化较大时，发电机组运行异常甚至无法启动的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：
6.本发明的第一方面提出了一种发电机组沼气成分调节系统，用于发电机组，所述发电机组的一端开设进气管道，沼气管道和空气管道汇合后与所述进气管道连通，所述发电机组的另一端开设出气管道，所述发电机组沼气成分调节系统包括：沼气成分调节装置、ecu控制单元、燃料阀以及氧传感器；
7.所述沼气成分调节装置与所述ecu控制单元电性连接，以向所述ecu控制单元提供沼气成分参数值，所述ecu控制单元分别与所述燃料阀和所述氧传感器电性连接，所述燃料阀安装在所述沼气管道上，以用于控制沼气的进气量，所述氧传感器安装在所述出气管道上，以用于检测排气中氧浓度值。
8.根据本发明的发电机组沼气成分调节系统，当沼气成分发生较大变化而导致发电机组运行异常甚至无法启动时，沼气成分调节装置向ecu控制单元提供沼气成分参数值，ecu控制单元根据沼气成分参数值计算燃料阀的开度，进而控制沼气的理论进气量，并通过氧传感器检测排气中氧浓度值，ecu控制单元根据排气中氧浓度值对应计算沼气的实际进气量，调节沼气成分调节装置使沼气的理论进气量和沼气的实际进气量的比值在合理范围内，保证发电机组正常启动。
9.另外，根据本发明的发电机组沼气成分调节系统，还可具有如下附加的技术特征：
10.在本发明的一些实施例中，所述沼气成分调节装置设置有多个调节档位，所述多个调节档位分别对应其内部map表中的预设沼气成分参数值。
11.在本发明的一些实施例中，所述沼气成分调节装置还设置有显示面板，所述显示面板显示闭环系数cl以及沼气管道内的实际沼气成分参数值。
12.在本发明的一些实施例中，所述多个调节档位包括-5到5之间的档位以及stop档。
13.本发明还提供了一种发电机组沼气成分调节系统的控制方法，所述发电机组沼气成分调节系统的控制方法通过上述的发电机组沼气成分调节系统来实施，所述发电机组沼气成分调节系统的控制方法包括以下步骤：
14.启动发动机组，判断沼气成分是否发生较大变化，如若否，闭环系数cl仍位于正常区间内，发电机组正常运行，步骤结束，如若是，进入下一步骤；
15.改变沼气成分调节装置的调节档位来调节沼气成分，判断沼气成分参数是否可以自行测量，如若沼气成分参数可以自行测量，ecu控制单元根据自行测量的实际沼气成分参数值计算燃料阀的开度，使闭环系数cl位于正常区间内，所述发电机组正常运行，步骤结束；如若沼气成分参数无法自行测量，进入下一步骤；
16.将所述调节档位第一次切换到-5到5之间的档位，ecu控制单元计算第一次档位下的闭环系数cl，判断闭环系数cl是否位于正常区间内，当闭环系数cl位于正常区间内时，所述发电机组正常运行，步骤结束；当闭环系数cl位于正常区间外时，进入下一步骤；
17.当闭环系数cl位于正常区间外时，操作人员根据闭环系数cl与正常区间的相对大小来循环步骤(3)，直至闭环系数cl位于正常区间内，步骤结束。
18.在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，如若沼气成分参数可以自行测量，将所述调节档位切换到stop档，将自行测量的实际沼气成分参数值输入所述沼气成分调节装置的显示面板上。
19.在本发明的一些实施例中，所述正常区间为0.9-1.1。
20.在本发明的一些实施例中，当闭环系数cl不在正常区间时，操作人员根据闭环系数cl与正常区间的相对大小来再次切换所述调节档位，ecu控制单元根据档位对应的预设沼气成分参数值计算燃料阀的开度，并计算此预设沼气成分参数值下的闭环系数cl，判断闭环系数cl是否位于正常区间内，如若闭环系数cl位于正常区间内时，发电机组正常运行，步骤结束；如若闭环系数cl位于正常区间外时，多次切换-5到5之间的档位直至闭环系数cl位于正常区间内，步骤结束。
21.在本发明的一些实施例中，操作人员根据闭环系数cl与正常区间的相对大小来切换所述调节档位，当闭环系数cl小于正常区间时，向档位升高方向切换所述调节档位。
22.在本发明的一些实施例中，操作人员根据闭环系数cl与正常区间的相对大小来切换所述调节档位，当闭环系数cl大于正常区间时，向档位降低方向切换所述调节档位。
23.根据本发明实施例的发电机组沼气成分调节系统的控制方法与上述发电机组沼气成分调节系统具有相同的优势，此处不再赘述。
附图说明
24.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
25.图1示意性地示出了根据本发明实施方式的发电机组沼气成分调节系统的结构示意图；
26.图2示意性地示出了根据本发明实施方式的调节档位的示意图；
27.图3示意性地示出了根据本发明实施方式的显示面板的示意图；
28.图4示意性地示出了根据本发明实施方式的发电机组沼气成分调节系统的控制方法的流程图。
29.附图标记如下：
30.1为沼气成分调节装置；2为ecu控制单元；
31.3为燃料阀；4为氧传感器；
32.5为发电机组，51为进气管道，52为沼气管道，53为空气管道，54为出气管道。
具体实施方式
33.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
34.应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
35.尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
36.为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在
……
下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。
37.如图1所示，根据本发明的实施方式，提出了一种发电机组沼气成分调节系统，用于发电机组5，发电机组5的一端开设进气管道51，沼气管道52和空气管道53汇合后与所述进气管道51连通，所述发电机组5的另一端开设出气管道54，所述发电机组沼气成分调节系统包括：沼气成分调节装置1、ecu控制单元5、燃料阀3以及氧传感器4。
38.其中，所述沼气成分调节装置1与所述ecu控制单元2电性连接，所述沼气成分调节
装置1向所述ecu控制单元2提供沼气成分参数值，所述ecu控制单元2与所述燃料阀3电性连接，所述ecu控制单元2与所述氧传感器4电性连接，所述燃料阀3安装在所述沼气管道52上，以用于控制沼气的进气量，所述氧传感器4安装在所述出气管道54上，以用于检测排气中氧浓度值。
39.根据本发明的发电机组沼气成分调节系统，当沼气成分发生较大变化而导致发电机组5运行异常甚至无法启动时，沼气成分调节装置1向ecu控制单元2提供沼气成分参数值，ecu控制单元2根据沼气成分参数值计算燃料阀3的开度，进而控制沼气的理论进气量，并通过氧传感器4检测排气中氧浓度值，ecu控制单元2根据排气中氧浓度值对应计算沼气的实际进气量，调节沼气成分调节装置1使沼气的理论进气量和沼气的实际进气量的比值在合理范围内，保证发电机组5正常启动。
40.参阅图2所示，需要说明的是，所述沼气成分参数值包括实际沼气成分参数值和预设沼气成分参数值，若沼气成分参数可以自行测量时，直接通过沼气成分调节装置1向所述ecu控制单元2提供实际沼气成分参数值，若沼气成分参数无法自行测量时，所述沼气成分调节装置2设置有多个调节档位，具体地所述多个调节档位包括-5到5之间的档位以及stop档，通过设置多个调节档位，可以增加沼气成分调节装置2的调节精度，调节档位越多，调节精度越高；所述多个调节档位分别对应其内部map表中的预设沼气成分参数值，如下表所示：
41.档位ch4％co2％-53070-43565-34060-24555-15050055451604026535370304752558020
42.参阅图3所示，进一步的，所述沼气成分调节装置2还设置有显示面板，所述显示面板显示闭环系数cl以及所述沼气管道52内的实际沼气成分参数值，而并非上表中的预设沼气成分参数值，其中闭环系数cl等于沼气的实际进气量与沼气的理论进气量的比值；通过设置显示面板，方便操作人员直观的阅读闭环系数cl以及所述沼气管道52内的实际沼气成分参数值，方便操作人员对沼气成分调节装置2进行使用。
43.值得注意的是，ecu控制单元2根据采集的沼气成分参数值中标定的气源成分和浓度以及进气压力等参数根据速度密度法计算出沼气的理论进气量，氧传感器4采集到废气中氧含量后传递给ecu控制单元2后，ecu控制单元2反馈修正得到沼气的实际进气量；ecu控制单元2根据速度密度法计算进气量属于很成熟的技术手段，目前电控发动机都在采用这种方式，因此，对于速度密度法计算进气量此处不再赘述；另外如果废气中氧含量过高，证
明混合气浓度太稀，ecu控制单元2将控制燃料阀3开度加大，增加沼气的实际进气量，增加混合气浓度；同理反之，氧含量低的时候，证明混合气浓度太浓，ecu控制单元2将控制燃料阀3开度减小，减少沼气的实际进气量，降低混合气浓度，氧传感器4的闭环控制的基本工作原理，属于成熟技术。
44.参阅图4所示，本发明还提供了一种发电机组沼气成分调节系统的控制方法，所述发电机组沼气成分调节系统的控制方法通过上述的发电机组沼气成分调节系统来实施，所述发电机组沼气成分调节系统的控制方法包括以下步骤：
45.启动发动机组5，判断沼气成分是否发生较大变化，如若否，闭环系数cl仍位于正常区间内，发电机组5正常运行，步骤结束，如若是，进入下一步骤；
46.改变沼气成分调节装置1的调节档位来调节沼气成分，判断沼气成分参数是否可以自行测量，如若沼气成分参数可以自行测量，ecu控制单元2根据自行测量的实际沼气成分参数值计算燃料阀3的开度，使闭环系数cl位于正常区间内，所述发电机组5正常运行，步骤结束；如若沼气成分参数无法自行测量，进入下一步骤；
47.将所述调节档位第一次切换到-5到5之间的档位，ecu控制单元2计算第一次档位下的闭环系数cl，判断闭环系数cl是否位于正常区间内，当闭环系数cl位于正常区间内时，所述发电机组5正常运行，步骤结束；当闭环系数cl位于正常区间外时，进入下一步骤；
48.当闭环系数cl位于正常区间外时，操作人员根据闭环系数cl与正常区间的相对大小来循环步骤(3)，直至闭环系数cl位于正常区间内，步骤结束。
49.进一步的，在步骤(1)中，首先判断沼气成分是否发生较大变化，如果未发生较大变化，则以前预设的ecu控制单元2通过cl值修正还能够满足当前的沼气成分，发电机组5还能够正常运行；而当沼气成分发生较大变化时，ecu控制单元2还根据预设的沼气成分工作，在当前的沼气成分发生较大变化下，ecu控制单元2的cl值修正会到达上限限制，也即，燃料阀3的开度修正到达上限限制，此时控制器发生警报，发动机会出现失火或者排温异常等现象，发电机组5无法正常运行。
50.进一步的，在步骤(2)中，如若沼气成分参数可以自行测量，将所述调节档位切换到stop档，将自行测量的实际沼气成分参数值输入所述沼气成分调节装置1的显示面板上即可。
51.进一步的，在步骤(3)中，进行试错调节，将所述调节档位第一次切换到-5到5之间的档位，每个档位下对应着预设沼气成分参数值，ecu控制单元2根据预设沼气成分参数值计算燃料阀3的开度，进而控制沼气的理论进气量，并通过氧传感器4检测排气中氧浓度值，ecu控制单元2根据排气中氧浓度值对应计算沼气的实际进气量，由此能得到第一次档位下的闭环系数cl，判断闭环系数cl是否位于正常区间内，当闭环系数cl位于正常区间内时，说明第一次试错成功，无需进行后面的步骤，若闭环系数cl不位于正常区间内时，说明需要继续切换调节档位。
52.值得注意的是，cl值的正常区间为0.9-1.1，但是cl值偏差过大，超出这个范围，反映出发动机混合气可能过稀或者过浓，增加了发动机异常运行的风险，通过调节档位输入预设沼气成分参数值或者输入沼气的实际沼气成分参数值两个手段目的是为了让发动机实际运行时混合气浓度能与设定值保持近乎一致，即cl在0.9～1.1的安全可控范围内。
53.进一步的，在步骤(4)中，当闭环系数cl不在正常区间时，操作人员根据闭环系数
cl与正常区间的相对大小来循环步骤(3)，直至闭环系数cl位于正常区间内，具体循环过程为：当闭环系数cl小于正常区间时，也即cl≤0.9，操作人员向档位升高方向切换所述调节档位，这是因为，当cl≤0.9，说明废气中的氧浓度比较低，也说明混合气体比较浓，所以需要向档位升高方向切换所述调节档位来减小燃料阀3的开度；当闭环系数cl大于正常区间时，也即cl≥1.1，操作人员向档位降低方向切换所述调节档位，这是因为，cl≥1.1时，说明废气中的氧浓度比较高，也说明混合气体比较稀，所以需要向档位降低方向切换所述调节档位来增加燃料阀3的开度，增加燃气的量。
54.根据本发明实施例的发电机组沼气成分调节系统的控制方法与上述发电机组沼气成分调节系统具有相同的优势，此处不再赘述。
55.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。