TEG热发电机运行维护及常见故障处理

TEG热发电机运行维护及常见故障处理二O一二年六月宜昌维抢修中心主要内容二、简要介绍TEG发电机的发电原理三、TEG发电机的操作和运行维护四、TEG常见故障检查与检修五、注意事项一、TEG发电机的组成部分及各部分的结构本篇讲述的整体思路：先了解TEG发电机各组成部分的结构、工作原理、用途及性能，进而了解基本的操作、维护和故障排除，从而达到“四懂三会”（即懂原理、构造、用途、性能，会操作、维护、排除故障）要求。讲解思路一台典型的热发电机，由以下两大系统组成：GPRS减压箱系统、TEG发电机系统。两大系统又包括各自的微观部分和系统构件。一、TEG发电机的组成部分及各部分的结构减压箱由以下部件组成：双路双入口减压系统：入口法兰、球阀、主管道压力表、一级过滤器、一级减压阀（一级压力表）、一级安全释放阀、流量开关、二级过滤器、二级减压阀（二级压力表）、二级安全阀、流量计及催化加热器系统。（一）减压箱的基本结构减压箱内部结构（二）减压箱（GPRS）零件作用及压力设定1、一、二级过滤器：是用于过滤天然气中的杂质，如水、灰尘等。其中，一级过滤器前的压力表显示的是主管道压力；2、一级减压阀：它将主管道压力减至设定压力（3.4MPa）；3、二级减压阀：它将一级减压后的压力减至设定压力（0.2MPa）；4、一级安全释放阀：当一级减压阀工作不正常时，超压泄放，设定压力是3.8MPa；5、二级安全释放阀：当二级减压阀工作不正常时，超压泄放，它的设定压力是0.7MPa；6、加热器系统的H2S过滤器：过滤天然气中的H2S，以保护加热器。7、加热器系统的低压减压阀：将二级减压后的压力继续减低至加热器所需压力，1.7kPa；8、加热器系统的温控器该温控器是用于控制减压箱内的温度。当探头感测到的减压箱温度达到设定温度值时，加热器以最小功率运行（此时加热器的供气压力约为0.5kPa），否则加热器以最大功率运行（此时加热器的供气压力约为1.7kPa）；以满足冬季和夏季不同供热负荷的需要。9、涡轮流量计用于计量减压箱系统和TEG发电机消耗的燃料气流量：分为累计流量、瞬时流量。单台8550型TEG发电机消耗天然气约为2方/h，故瞬时流量显示为45～60方/d。涡轮流量计的内部结构10、加热器系统的加热器该加热器是一个防爆加热器。它利用催化原理使天然气在较低的温度下与氧气反应产生红外线热能，对减压系统进行加热，以防止减压过程造成的冰堵。（三）CATA-DYNE加热器工作原理催化加热器系统包括：H2S过滤器、低压减压阀天然气减压阀、温控器及催化加热器。加热器的心脏是加拿大环球独特的专利产品催化床，这些催化床由陶瓷纤维组成，含有两组化学成分并促成催化放热反应。首先由电子元件将催化床预热到120ºC，此时燃气进入气体散发器，燃气通过催化床分散，同时空气中的氧气通过散发器的前端进入，氧气在催化床内与燃气相遇使之发生催化反应，并产生无火焰燃烧以产生红外线热能（一经点燃，CATA－DYNE加热器不需要任何电力来操作），一旦氧化开始，其燃烧将持续到断开燃气或氧气为止（见下图）。在反应过程中，催化表面的最高温度能达到430ºC（防爆型，川气东送为防爆型）或600ºC（非防爆型）。（四）TEG发电机系统川气东送管道阀室内热发电机（TEG）由加拿大环球热电技术公司生产，额定功率550W，主要组成包括：1、燃烧器：有文丘里管、燃烧室、点火电极、点火系统、燃料供给系统。燃烧器由下列部件组成：燃烧器顶板组件，燃烧过程在此进行；废气罩组件，用来收集并排放废气。散热管：注满液体的密封传热器件，配有冷却散热片，它用于冷却发电单元的冷接点。发电单元：发电机的密封部分，内含热电材料。6720型限压器是一种固态线性放大器分路调节器。限压器电路通过一组电阻和晶体管感测出TEG的输出电压值。6720型限压器跨接在发电机输出上，与用户负载并联连接。它们可以用于多台发电机系统，达到:（A）向TEG提供一个最优化的负载状态；（B）向用户负载提供一个恒定的可调电压值。同时还具有对TEG发电机具有过载保护、反向电流保护、开路电路、TEG输出电压降至低于预设的最小值时会发出报警状态等功能。规格：电压范围：24-30V功率范围：0-729W6720型限压器功能介绍热管又名热导管或超导管，导热系数是普通金属的100倍以上，热管是抽真空后填充了特殊导热介质的密闭空心管，从结构上分为蒸发段、绝热段和冷凝段三个工作段。热管的工作原理为：当一端受热，蒸发段的液体汽化而流向冷凝段，在冷凝段迅速液化，热量通过管壁和散热翅片传到管外，而气体再次液化而流回蒸发段，如此循环往复从而达到散热效果。热管采用相变换热，换热效果好，热阻相对小，使用寿命长。具有良好的均温性。热管简介二、简要介绍TEG发电机的发电原理TEG是热电发生机的简称，是ThermoelectricGenerator的缩写。它是利用导体的热电效应（塞贝克效应），将热能转换成电能的一种装置。通常TEG大多数应用在30W至1.5kw之间。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。将不同的两种材料在一端连接形成一个热电偶，如果该接点被加热到比另一端温度高，不同材料的两端将产生一个电压。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。TEG是一种能提供维持上述要求条件的系统。右图说明了8550型发电机（TEG）是如何发电的。一个热电偶是由一个P结和一个N结组成，P结和N结的电足由热端电极相连。相邻热电偶用冷端电极在冷端进行电气连接。TEG的每个热电偶都十分类似于一个单体铅酸蓄电池，因为它基本上是一个低电压、高电流的电源。8550型的发电机系统上的每个热电偶在21安培时一般就能产生87毫伏的电压。在标准状况下，325个热电偶，每个产生87毫伏的电压，它们以串联方式连接，从而可产生28伏，21安，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。该炉使用气体燃料。热电偶的冷端由一组热管来维持其较低的温度（163℃）。这种热管依靠自然对流将热量传递到环境空气中。热电偶采用密封封装，因为在运行温度下，如暴露在空气中，它将大受影响，因此，它们由绝热材料包围，将热损耗降低到最低。8550型TEG的冷端由一组热管冷却。每个热管都密封，并注入计量过的定量液体及其饱含蒸汽。该液体受热会沸腾，而在其上部区域却会在散热片的作用下再次冷凝，在此过程中，热以一种非常有效的方式传递到散热片。在热管开始工作时可能会发出破裂声，这是正常的。点火后大约15分钟检查每个热管的端部，观察其是否变热。如果一根或一根以上的热管没有变热，则10分钟后再检查一次。如果所有散热片的温度基本相等，则热管工作正常。三、TEG发电机的操作、运行维护1、打开通向加热器的燃气阀门；2、顺时针旋转温控器表盘到全开位置；3、将加热器的启动引线接上12VDC电源（汽车电瓶）；4、15至30分钟后（取决于外界环境温度），按下100％安全关闭阀上的按钮，按钮会自动复位，但此时阀门内部已经打开（按钮按动时较轻松），燃气已经流向加热器。如果按钮复位后阀门没有打开（按钮按动时较重），这说明预热时间未到还要等上几分钟，然后再按下按钮。这个时间是电元件预热时间。5、当催化反应完全正常以后（用红外测温仪可测得加热器表面温度高于300°C），就可以拆掉12V电源；（经验）。6、在催化反应正常至少半个小时后，才能将温控器调节到所需要的温度；7、关闭加热器的燃气阀门就可以关闭加热器。（一）红外加热器的启停定期检查各压力表显示或设定压力值是否正常；定期更换一、二级过滤器的滤芯：更换周期约为一年，但当天然气较脏时（如，管道通气初期）应适当缩短更换周期；定期更换H2S过滤器的滤芯：当天然气中H2S的浓度为10ppm时，更换周期约为一年，当H2S的浓度增大或减小时，更换周期应随浓度成反比变化（例如，当H2S的浓度为20ppm时，更换周期为半年；当H2S的浓度为5ppm时，更换周期为两年）；减压箱（GPRS）内含有高压爆炸性气体，所以应定期对减压箱所有系统的管路联接进行泄漏测试。在维护或修理时，在打开任何管路接头之前，系统必须彻底泄压。当开启阀门向一个系统通压时，阀门都应慢慢开启以避免对气路元件造成的压力冲击负荷，这可能造成元件的损坏。（二）减压箱系统的维护滤芯的位置，更换周期在之前已经讲述。更换过程为，首先关闭TEG热发电机，对TEG减压箱中A、B两个天然气调压支路进行前后截断放空；用扳手拆卸下一、二级过滤器的下端盖，对滤芯进行清理或者更换，完成后回装（注意过滤器下端盖上有一个“O”型密封圈，要安装好，再紧固）；安装过滤器后对气密性进行检验，之后恢复减压箱内天然气流程；启动减压箱内两路天然气红外加热器；最后，启动TEG热发电机。(三)TEG滤芯的更换TEG发电机启动按下述步骤开展：1、确认GPRS减压箱系统完好并处于启动状态；2、检查并确认TEG各部件连接牢固可靠，无松动现象，供气管线无天然气泄漏；3、检查并确认通向TEG燃烧器的气路阀门处于开启状态；其点火系统燃料压力为5～10psi（34-69kPa），从燃烧室的压力表可以看到，一般为7个psi。4、将风门适当调小，保证空气与天然气的混合比例合适。5、用手一直按下按钮打开自动切断阀，点火时会出现一连串的噼啪声。如果在5秒内不能点火，则释放按钮并进行检查，确保燃料能到达燃烧器。6、慢慢地打开燃烧器运行阀（向上为开启，向下为关闭）。7、将风门调到全开位置，注意燃烧器声音的变化。（四）TEG发电机启动8、如果火焰熄灭，则关闭燃烧器控制阀，重新点火，然后再开启控制阀。切勿连续多次按下电磁阀，连续点火可能产生爆鸣声。9、打开燃烧器运行阀5分钟后，慢慢松开按钮（此之前过程中始终用手按在按钮上，为此维修队专门制作了按钮固定扳手）。此时内部的电磁体会使自动切断阀保持开启状态。10、将万用表打至DC电压档，从TB-1的端子6（+）和4（-）可测量TEG发出的电压（大概28V左右）；将万用表打至DC电压档，通过测量TB—1端子6（+）和7（—），得出该分路的电流（大概21mv，21A，因该分路的1毫伏电压等于1安培电流）。TEG发电机的启动过程（五）TEG配电柜巡检配电柜主要检查内容：1、配电柜正面上方发电机发电电压、电流的检查：第一、第二台发电装置电压、24V母线电压、24V母线电流、电池电流；2、是否有报警信息。3、主要开关状态。4、各负载指示灯状态：RTU机柜、火气系统、阀室照明、发电机加热负载等。由配电柜可判断TEG发电机的几种运行状态TEG正常运行，电池充、放电中。TEG稳定运行，电池浮充。TEG启动中，未达到额定工况。TEG停机，或TEG发电机运行异常。通过电池巡检装置检查蓄电池电压、温度及单只电池的电压。电池巡检装置巡检TEG发电机在运行过程中容易出现以下故障或者问题：1.TEG不能启动（启动后燃料气体不通过）。2.TEG不能启动（启动后有燃气通过但不燃烧）。3.燃烧器燃烧，但不能持续维持。4.输出功率过低5.输出电压过低四、TEG发电机常见故障处理现象原因诊断解决方法1.TEG不能启动（启动后燃料气体不通过）1.1启动（关闭）阀故障检查该阀按下后是否能通气更换新配件1.2喷嘴中无燃料气检查气路是否有堵塞、阀门是否打开，并观察压力表显示数值及启动前后压力显示的变化1.2.1气体压力过低或减压阀设置有误重新设置减压阀出口压力1.2.2气路阀门未开打开阀门1.2.3燃料过滤器过脏更换新滤芯1.2.4喷嘴堵塞清洁喷嘴或更换新配件2.TEG不能启动（启动后有燃气通过但不燃烧）2.1燃料管中有空气点火电极可以点火并有气流声，但不能点燃燃料气打开过滤器排空阀排放燃气2.2点火电极不点火从燃烧器中拔出点火电极，使点火端点距机箱壁约3mm（注意用钳子夹住电极杆而不是直接用手拿，以防高压电击）。按下启动阀按钮，观察是否有电弧2.2.1点火电极不到位调整电极位置2.2.2点火电极损坏更换新配件2.2.3压力开关损坏或连