微电网生物质发电燃气净化与并离网智能控制研究.pdf

第 卷第 期 年 月应 用 化 工 .收稿日期:修改稿日期:基金项目:年度山东以色列科技基金()中国高校产学研创新基金()作者简介:赵文青()男山东潍坊人在读硕士从事人工智能及计算机科学的研究 电话:.通信作者:杨金明男高级工程师硕士从事无机材料、高分子材料、生物基材料的研究 :.微电网生物质发电燃气净化与并离网智能控制研究赵文青杨金明侯绪杰殷海红解永辉(.都柏林大学 计算机科学学院爱尔兰 都柏林 .杭州市化工研究院浙江 杭州.山东秋水化学科技有限公司山东 潍坊.潍坊职业学院 机电工程学院山东 潍坊.山东赛马力发电设备有限公司山东 潍坊)摘 要:针对生物质中燃气含有、等腐蚀性气体容易腐蚀内燃发电机及管道系统采用羟基氧化铁高硫容脱硫技术与复合层长寿命脱氯体系对生物质燃气进行净化同时针对生物质微电网并离网切换过程中存在较大幅度功率不平衡导致的频率越限问题提出了有功功率快速平衡智能响应策略 经研究制备的羟基氧化铁硫容可达到 以上硫化氢出口浓度 /经过复合床层脱氯出口 ./时使用寿命达到 以上 同时通过智能化分布式电源功率调节与负荷精确控制实现孤岛发生时微电网内有功功率的快速平衡使微电网内的频率波动控制在 以内关键词:生物质沼气脱氯脱硫硫容微电网中图分类号:.文献标识码:文章编号:()(.):././.:生物质燃气主要是指生物质进行发酵获得的沼气等气体其主要成分为甲烷还富含、以及少量、经过初步净化去除、之后含有的、微量、等容易对内燃机自身及管道系统造成腐蚀因此必须进行高效率去除才能保障生物质发电系统的长效运行生物质微电网是指以生物质发电为主力电源的微电网 非计划孤岛的发生具有随机性和突发性孤岛后微电网内往往存在较大不平衡功率微电网频率在进行功率调节过程中系统内容易出现频率越限问题本文旨在解决生物质燃气高效长寿命净化与微电网并离网切换中的频率越限问题实现生物质发电系统的长效运行与微电网并离网的智能平滑切换 实验部分.材料与仪器沼气(生物质燃气经过粗处理去除大部分、等气体经盐酸洗除了氨氮)气体中 第 期赵文青等:微电网生物质发电燃气净化与并离网智能控制研究含量.含量././进气空速 /操作压力.操作温度 氢氧化钠()、碳酸氢钠()、碳酸氢铵()、硫酸亚铁()、氧化铝、双氧水()、脱氯剂、分子筛(级)、白土(目)、黏土(目)、羟甲基纤维素()、氢氧化钙()均为工业级 焙烧炉 固定床反应器岛津 气相色谱仪 沼气内燃发电机.羟基氧化铁脱硫剂的制备采用氢氧化钠、碳酸氢钠、碳酸氢铵与硫酸亚铁进行反应中和形成氢氧化亚铁通过氧化形成羟基氧化铁 以羟基氧化铁材料与氧化铝载体混合添加助剂挤条焙烧获得脱硫材料.实验方法按照不同功能将吸附催化剂填装进固定床反应器按照图 进行串联运行对气体进行净化 固定床罐体高度.直径.高径比 有效填装量 图 装填示意图.微电网有功功率快速平衡策略为保证并离网切换过程中不出现频率越限问题通过分布式电源功率调节与负荷精确控制实现孤岛发生时微电网内的功率快速平衡 控制器执行逻辑为(符号与公式见表):()不平衡功率在发电机瞬时功率响应能力范围内即 微电网可自然过渡至孤岛模式不采取措施()不平衡功率超出内燃机瞬时功率响应能力但能由混合储能补足 混合储能出力变化值.为式()()不平衡功率超出发电机和混合储能调节能力此时混合储能优先以最大调节能力参与调整分两种情况:微电网内功率缺额时混合储能出力变化值.如式()所示 此外还需切除部分负荷建立切除负荷最少的目标函数与约束如公式()及式()式中约束条件()中不等号左边的表达式可能会存在负值此时混合储能需重新调整具体如式()微电网内功率盈余时采用功率调节的方式参与到快速功率平衡过程中 混合储能及光伏出力调整值为公式()表 快速平策略中公式及符号 项目内容公式().公式()()公式().公式().公式().公式().(.)联络线传输功率()微电网内各处负荷功率.混合储能最大可增加输出有功功率.最大可减少有功功率光伏有功出力燃气内燃发电机瞬时功率切除的负荷二进制变量表示不切除第 个负荷表示切除第 个负荷.混合储能出力变化值.检测方法.检测方法按照中华人民共和国环境保护标准 中方法进行.检测方法 按照/中方法进行 结果与讨论.生物质燃气脱氯.脱氯材料对生物质燃气 净化的影响分别选用、进行了使用寿命研究结果见图 应用化工第 卷图 不同脱氯材料对穿透时间的影响.由图 可知在出口 .生物质燃气脱硫.碱对羟基氧化铁活性的影响鉴于避免采用危化品分别选用、与 合成的羟基氧化铁()材料氧化剂采用 获得的产品的穿透硫容(质量分数)见表 表 不同碱制备 材料穿透硫容 碱类别穿透硫容/.氧化剂对羟基氧化铁活性的影响分别选用空气、氧气、双氧水作为氢氧化亚铁的氧化剂氧化所用时间与硫容的关系见图 由图 可知常温下由于选用空气最长氧气次之双氧水氧化时间最短约 就可达到高硫容产品 故选用双氧水作为氢氧化亚铁的氧化剂第 期赵文青等:微电网生物质发电燃气净化与并离网智能控制研究图 不同氧化剂氧化时间对硫容的影响.空气.氧气.反应温度对羟基氧化铁活性的影响选用双氧水对氢氧化亚铁进行氧化按照质量分数 的比例进行实验结果见图 图 反应温度对硫容的影响.由图 可知氧化温度在 达到最佳效果硫容最高超过 硫容下降这是因为温度升高后双氧水分解过快造成氧逃逸过快 因此鉴于综合效能考虑反应温度在 最为合适.载体对脱硫剂活性的影响反应温度 选用双氧水对氢氧化亚铁进行氧化按照质量分数 的比例进行 按照质量分数采用不同沉淀剂合成的 羟基氧化铁材料与其 白土、黏土、羟甲基纤维素、氢氧化钙等混合挤条制备脱硫剂其硫容结果见表 由表 可知法制备的脱硫剂穿透硫容高达.表 不同沉淀剂制备的脱硫剂穿透硫容 碱类别穿透硫容/.串装体系对脱硫寿命影响分别采用单罐、双罐串用、三罐体系进行使用双罐方案是指将、罐串联使用由 罐通入罐气体净化流出 罐穿透后不卸剂继续使用到 罐穿透然后 罐不卸剂切换为进气罐 罐卸剂填装新剂转为出气罐以此循环类推 三罐体系是指将、罐串联使用由 罐通入 罐中间 罐气体净化流出 罐穿透后不卸剂继续使用到 罐穿透、罐仍不换剂继续使用到 罐穿透然后 罐卸剂填装新剂转为末端出气罐 转为进气罐 切换到中间罐以此类推 结果见表 表 装填体系对使用寿命的影响数据 项目单罐寿命/双罐寿命/三罐寿命/脱氯剂脱硫剂 由表 可知三罐体系平均使用寿命最长双罐体系次之单罐体系最短 这是因为多罐体系可以有效发挥穿透后催化剂的残余氯容和硫容能够有效提高剂的使用寿命降低成本.净化方案对生物质发电系统的影响脱氯和脱硫气体净化前后对比见表 表 净化前后对发电系统的影响数据 项目检修周期/管线寿命/净化前净化后 由表 可知使用净化体系后发电系统检修周期是原来的.倍管线寿命是原来的.倍 有效提升了生物质发电系统的稳定性与可靠性.微电网有功功率快速平衡策略仿真分析生物质发电系统与分布式电源进行并网调试采用快速平衡策略并网后微电网 发生非计划孤岛功率快速平衡策略执行完成时间为 对快速平衡策略进行仿真仿真情形按照表 执行仿真结果见表 经仿真分析智能快速平策略解决了生物质微电网并离网过程中的频率越限问题应用化工第 卷表 分布式电源可调节功率 电气参数发电机输出功率 光伏额定功率混合储能输出 并离网切换中微电网内功率盈余发电机输出功率 光伏额定功率混合储能吸收有功功率 参数值/参数值/.表 可中断负荷大小 仿真场景负荷/负荷/负荷/负荷/负荷/负荷/负荷/频率越限未发生未发生未发生未发生未发生未发生未发生注:为分布式电源可调节功率与燃气内燃发电机额定功率比 为孤岛发生时微电网内功率不平衡度 结论()以 作为生物质燃气脱氯剂在保护剂的协同作用下实现了高效运行使用寿命可达 ()采用 对 进行沉淀进行氧化制备的羟基氧化铁硫容高达.最佳氧化条件为 时间 ()三罐体系对脱氯脱硫的使用寿命延长是高效的与单罐体系相比使用寿命提升()使用净化体系后发电系统检修周期是原来的.倍管线寿命是原来的.倍 有效提升了生物质发电系统的稳定性与可靠性 采用智能快速平衡策略有效解决了生物质微电网并离网过程中的频率越限问题经仿真分析未发生频率越限问题参考文献:彭成熙马晓茜张超越等.改性水滑石对城市生活垃圾燃烧的脱氯研究.应用化工():.王迎秋郭斌任爱玲等.利用氧化铁净化硫化氢的新工艺研究现状与展望.应用化工():.():.余旺郑雅杰.硫酸亚铁的重结晶对其水热法制粒子的影响.中南大学学报(自然科学版)():.吴鹏辉贾定田许文杰等.钛白粉副产物硫酸亚铁制备氧化铁黄.过程工程学报():.应用化工投稿系统:/.