TEG燃气发电机在西气东输的应用及常见故障处理

时间:2022-09-10 05:19:41

TEG燃气发电机在西气东输的应用及常见故障处理

摘要:TEG以热能直接转换为电能的方式发电。它采用热电偶原理发电。不同的两种材料在一端连接形成一个热电偶,如果该点被加热到比另一端温度高,不同材料的两个冷端将产生一个电压。此时可向电路中的负载送电。温差若能保持,这一过程将持续。

关键词:TEG 热电偶 电压 温差

1、TEG发电机简介

热电偶发电机(TEG) 是一种远距离供电电源。它采用热电偶原理将燃烧天然气或丙烷的热量直接转换成直流电。该发电机以其极高的可靠性、没有移动部件、长达20年的经济寿命和低噪音等特在西一线各阀室有这惯犯的应用。西一线采用两台8550型发电机互为备用,功率为550W,直流24伏输出。被用于管道防腐的阴极保护、数据采集和监控、远距离终端设备及通讯供电系统中。

2、TEG发电机的组成

TEG发电机主要由减压系统、燃烧炉,密封的热电偶堆,热管组成。

(1)减压系统

减压箱由以下元件组成:进口法兰(绝缘垫、套)、球阀、一级过滤器(主管道压力表)、一级减压阀(一级压力表)、一级安全阀、流量开关、二级过滤器、二级减压阀(二级压力表)、二级安全阀及加热器系统。

加热器系统包括:H2S过滤器、低压减压阀、天然气减压阀、温控器及加热器。

(2)燃烧炉

燃烧炉低端连接有文丘里管,燃料气通过文丘里管与空气混合进入燃烧炉,初始阶段由点火电池和点火电极组成的点火系统不间断的点火来维持燃料气的燃烧从产生大量热量维持发电机热端的高温。

(3)密闭的热电偶堆

密闭的热电偶堆及发电单元堆,在标准条件下由325个PN极热电偶用冷端电极在冷端进行电气连接而成,每个热电偶产生87毫伏的电压,他们以串联的方式连接,从而产生28V,21A,功率达到590瓦的电力,热电偶的热端由燃烧炉产生的高温(538℃)来维持。

(4)热管

TEG的12个一组的热管构成TEG的散热系统,它是依靠自然对流将热量传递到环境空气中去,来维持发电单元堆热电偶冷端的较低温度(163℃),从而保持TEG稳定的电压输出。

3、TEG的工作流程

燃料气通过减压系统供给TEG50KPa左右的燃料气,进入燃气电磁阀(电磁阀上连接有压力开关和底部的超温关断继电器,压力开关过气时内部的触电由开路进入闭合状态而它的另一端通过点火模块连接点火电极和点火电池,控制功能点火系统持续点火,当TEG进入稳定输出时,即设定模块进入高电位后,点火模块中的继电器常闭回路打开,断开点火回路,停止点火;超温关断继电器有固定的12V电压输入保持工作,正常状态是用来传导热电偶发出的电压供给电池阀保持电池阀的开启状态,它的12V电压是通过设定模块的供给来实现的,当TEG散热正常时模块的触点是开启的,只有当散热不好时TEG顶端12个热管间的热开关将导通,设定模块就会切断超温关断模块的电源供给,从而断开热电偶输出回路,继而关闭电磁阀),进而进入燃料铜管(燃料铜管有两个通道,一个是旁通它有一个限制进气量的装置,初始时进入少量的燃气跟空气混合以保证顺利点火;另一个是运行通道,它上面通过一个开关阀和进气保持直通,即在确已点着火的情况下,打开开关阀增加燃气进入量保持TEG正常功率输出),然后通过文丘里管(文丘里管是燃料气和空气进行混合的场所)喷入燃烧炉,通过燃烧产生的高温保持发电单元堆热端保持较高温度,而燃烧后的废气通过烟道散发出去,这样就形成了一个工作过程。

4、TEG的常见故障处理(这里我们以手动发电机为例)

(1)TEG不能启动(启动后燃料气不通)

a、电磁阀故障:这里很容易判断,电磁阀掐死或线圈损坏不能吸合,更换电磁阀即可

b、燃料气不通:检查气路是否有堵塞,观察启动前后的压力表系数变化,重点检查燃料过滤器部分,铜管部分,文丘里管部分和喷嘴。

(2)TEG不能启动(启动后有燃料气通过但不燃烧)

a、燃料管中有空气:这时会发现点火电极有点火的啪嗒声,也有过气的嗡嗡声但不能燃烧,这时排空燃料气重新冲压即可。

b、点火电极故障:点火电极不点火跟很多部件有关,首先是点火电极本身,看是否有开裂现象,如有需更换;再者是点火电极点火必须要在燃烧炉内跟炉壁约3mm的距离才能打火,这就需要在点火过程中进行调整;三者是跟压力开关有关,如果压力开关触点不吸合点火回路是无法接通的;最后就要跟点火模块有关了,点火模块损坏或其中的点火电池没电都能照成点火电极不能点火。

(3)燃烧但不能持续

a、连接不紧固:燃烧室热电偶与超温继电器及启动(关闭)阀的连接有松动。

b、超温关断模块故障:检测超温模块下部端子上最右侧两个端子的电压(输出电压),应为名义12V(约13~14V),如果没有则需要查看模块内的保险管是否损坏,如果没有则需对热开关进行检查,如有常闭即为损坏,如果上述都没有问题则需对电路板进行检查了,检查模块下部端子上的电压,每相邻两个为一对;最左侧两个端子之间是输入电压,应为负载电压(约24~27V);其余每相邻两端子之间的电压都应为名义12V(约13~15V)。

c、燃烧室热电偶故障:燃烧室热电偶在TEG正常运行时,其尾端应有约20mV电压,如过低则说明其损坏。

d、超温继电器故障:超温关断继电器在端子输入12VDC情况下,常开触点是闭合的,检查开关触点即可。

e、启动(关闭)阀故障:启动(关闭)阀是由热电偶提供的20mV电压而维持启动的,如果热电偶正常但关闭阀不能保持开启,则说明关闭阀故障。

(4)TEG偷停

a、燃气供应系统故障:这一般发生在长时间运行的发电机设备上,它有可能是燃气本身的油气杂质堵塞管线造成的,一般清理减压箱内各部件及加热器就可以。

b、连接不良:这种偷停是很有规律可言的,一般发生在刚维修过的发电机,或者是局限于某几台发电机,一般是运行中的震动造成,紧固内部零件即可解除。

(5)输出功率过高或过低

a、燃料压力调节不正确:一般喷嘴运行压力(TEG机箱内压力表在运行时的显示值)应为6~8.5psi(41~59kPa),故调整燃料气压力即可。

b、发电单元烧损:发电单元堆烧毁一般表现在功率不足上,电压低,电流小,无论怎么调整设定模块都无法解决,则需要对发电单元堆进行更换了。

注意:严禁TEG在开路状态下运行,即使进行发电单元测试而必须拆下负载,也不得在开路状态下运行TEG超过20秒钟。

结束语

本文对加拿大环球热电技术公司的TEG发电机做了比较详尽的介绍,并对发电机故障处理做了经验的总结,希望对西气东输生产运行有所裨益。

参考文献:

[1]热电发电机(TEG)系统维护检修说明.

[2]TEG发电机运行维护手册.

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