卡特彼勒燃气发电机组使用手册
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卡特彼勒
燃气发电机组介绍
信昌机器动力系统部
一. 卡特彼勒公司介绍
创建于1863年，总部位于美国依利诺斯州 是世界上最大的土方工程机械和建筑机械的生产商 是全球最大（千瓦计）的往复式发动机生产商 是全球高品质柴油发动机和柴油发电机组的首席供应商 近年的年销售额超过300亿美金，世界500强企业之一 全球拥有70，000多名员工，200多家代理商，1700个代理分支机构，21个零件配送中心 在全球23个国家拥有115个工厂；总计有300多种产品销往200多个国家和地区 CAT发动机的生产能力和耐用性久经考验 ACERT技术发动机可以满足欧II，美国环境保护署（EPA），国际海事组织（IMO）等组织严格的排放要求 柴油发电机组是行业内唯一从发动机、发电机、控制系统及所有部件均由卡特彼勒公司一家厂家统一设计、质 量控制、测试及保用，是目前全球最优的发电机组产品之一 产品的设计和生产符合ISO9001和QS9000质量认证，满足或优越于下列规范和标准： 美国标准：AS1359、AS2789、ABGSM TM3 英国标准：BS4999、BS5000、BS5514 西德工业化标准：DIN6271、DIN6280、EGSA101P、JEM1359、 IEC34/1 国际标准化组织标准：ISO 3046/1, ISO / DIS8528、 美国全国电气制造商协会标准：NEMA、MG1-22
什么叫热值？
• 燃料“含有”能量的测量
– 高热值 (HHV) – 燃料中总的热值 – 低热值 (LHV) – 燃料中有用的热值 – HHV = LHV + （水）汽化所需要的热值
Water Vapor Steam CH4 + 2O2 = 2H2O + CO2
热值有什么用？
燃烧过程中，燃料和一定量氧气燃烧释放出总热量
卡特彼勒公司介绍
卡特彼勒燃气发电机组的历史
• 卡特彼勒1947年开始研制生产燃气内燃机，有超 过60年的发展历史。 • 现有G3600、G3500、G3400、G3300系列40多种 机型产品，功率范围覆盖80kw-3000kw。 • 超过33000台燃气内燃机在世界各地稳定运行。 • 利用了多项成熟可靠的技术，使产品保持了技术 先进性和可靠性
三、燃气内燃机技术特点
• 5、投资成本低，投资回收期快
相对于燃气内燃机，其他燃气发电设备如燃气轮 机、微轮机、燃料电池等，投资成本要比燃气内 燃机高得多。
• 6、安全可靠：机组具有发动机保护和电力 保护等多种保护措施。
三、燃气内燃机技术特点
7、机组操作方便，启动停车迅速，维护简单。
机组可机旁操作或在中央集中控制室操作;启动需时030S,停机需时0-5MIN。
2.34
0.93 0.72 0.88
将用户气体成分MOL值输入到 CAT甲烷数计算程序中，可得到如下结果：
甲烷数与压缩比的对应关系
Low
Compression ratio 8:1 11:1 12:1 Bio Gas Natural Gas Field Gas Propane
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
:注:储气罐由用户自行提供,我司可提供技术支持
2)
气体的前处理设备
目的：去除燃气中的有害 杂质，控制燃气品质， 使燃气达到使用要求。
注：前处理设备由专业前处理厂家提供
CAT G3500系列燃气机要求燃气满足以下条件：
• • • • • • • • • • • • 1）硫化氢的含量 <57mg/MJ 2）氯离子的含量 <19mg/MJ 3）油份的含量 <1.19mg/MJ 4）颗粒物的含量 <0.8mg/MJ@<2um 5）硅化物的含量 <0.56mg/MJ 6）氨气的含量 <2.81mg/MJ 7）温度 10——60℃ 8）水分 不能含水分 9）相对湿度 <80% 10）压力 241——276KPa 11）高于露点温度2--3℃，信昌建议为高于露点8--10 ℃ 12）燃气进气压力波动范围+/-6.9KPA..
第一节 系统结构说明
•
1) 2) 3) 4) 5)
油田伴生气发电项目的总体系统结构分为以下 几部分：
储气罐 气体的前处理设备 燃气发电机组 配电并网及监控系统 溴化锂空调（若做热电联产时才需要）
1)
储气罐
• 作用1:提供稳定的气体供应,缓冲短时间停气 时,机组停机的影响 • 作用2:在产气量很小时,可储存到足够的气量 时,再运行燃气发电机组.
2)压缩比
• 不同的气体能够使用不同的极限压缩比。 下表列出了各个气体的极限压缩比。 • 低甲烷数气体使用高压缩比发动机将产生 严重爆震,以致不能使用。
• 低压缩比
– 适合低甲烷值气体 – 更大的甲烷数范围
• 高压缩比
– 适合高甲烷值气体 – 更好的效率
甲烷数与压缩比的对应关系
Low
Compression ratio 8:1 11:1 12:1 Bio Gas Natural Gas Field Gas Propane
• 燃气公司以高热值(HHV)销售燃料 (总热值) • 燃气发动机从低热值产生出动力 …
– 燃气发动机采用燃料的低热值 – 低热值用于发动机的性能，比如燃料消耗量和 功率
第二节 陆丰13-2平台 燃气发电机组的选型
1、燃气的成分特性
燃料气体间成分差异很大，了解燃料气体 的特点是燃气发动机应用成功的关键因素， 为确保发动机能正常运转
爆震造成的影响
Piston bowl not effected by detonation
Piston fragments welded to piston surface Excessive heat and pressure damage ring in ring land
Skirt area scuffed from eroded piston material
燃气内燃机
容量（kW）
发电效率(%) 综合效率(%)
微型燃气轮机
燃气轮机
燃料电池
20-5000
22-40 70-90
30-1000
18-27 50-70
1000-50000
22-36 50-70
10-2000
30-63 60-80
燃料
启动时间 燃料供应压力 噪音
燃气
10s 低压 或中压 中高
燃气
60s 中压 中
• 8、结构紧凑，重量轻体积小，安装运输方便。
三、燃气内燃机技术特点
• 9、技术先进、成熟，性能稳定
多年的生产研发经验，超过33000台的CAT燃气内 燃机服务于世界各地，历经市场验证的稳定性能， 值得客户信赖。
• 10、主要部件与柴油发电机相同,但热负荷 低,故使用寿命更长，可达20年以上。
四、燃气内燃机与其他发电设备的比较
气体成分分析是选型非常必要的步骤
气体成分分析主要需要确定以下几点
– 热值 – 甲烷数 – 燃料中杂质
用户提供的燃气组分
油田气组分 Component H2S CO2 N2 Mole Percent % 0 18.65 8.72
C1
C2 C3 iC4
54.96
6.6 4.28 1.97
nC4
iC5 nC5 C6
30-50
高
10-40
高
标准环境温度及 其影响
电力成本比较
先进往复发动机系统 贫氧燃烧 稀薄燃烧 小型透平 微透平 高级透平 燃料电池 高级燃料电池 风力
ARES Rich Burn Gas Lean Burn Gas Diesel/SCR Small Turbine Microturbine
柴油机/SCR
天然气
6min---1hr 中压 中
燃气
3hrs—2days 中低压 低
检修时间(kh)
整机成本 运行方式 尺寸
24-60
低
孤岛运行或并网 运行 L5463*W1736* H1862（G3516 770kw） 25°C，高于40 °C时每升高10 °C功率下降4%
5-40
高
孤岛运行需加配黑启动 L9100*W2400*H2900(C8 00 800kw) 15 °C，每升高1 °C功 率下降1%, 35 °C时功 率折损约15%以上
二. 信昌机器工程有限公司简介（1）
1928年 成立于上海 1946年 公司迁至香港 1962年 被卡特彼勒委任为在香港及澳门地区的总代理 1972年 成为森那美集团（Simedarby Group）附属机构 1982年 被卡特彼勒委任为广东、广西及海南省总代理；同年在广州设立办事处 1994年 通过ISO9000质量管理认证 1995年 遷往元朗現址（占地16751平方米） 1997年 在广东省顺德市成立顺德信昌机器工程有限公司，现称为佛山市顺德区信昌机器工程有限公司， 厂房占地面积15075平方米 1999年 被卡特彼勒委任为福建、江西及湖南省总代理；同年在厦门成立厦门森那美信昌机器工程有限公 司
• 60年代后开始使用甲烷数来衡量燃气的性能。
1)甲烷数，Methane Number,简称（MN)
– 甲烷含量不等于甲烷数,高甲烷含量不一定甲烷 数高 – 经验方式是对气体进行采样，和甲烷和氢气比较
(甲烷 = 100, 氢气 = 0)
– 高甲烷值表明抗爆震能力强 – 缓慢燃烧的气体 (低热值气体), 甲烷值会超过100 – 卡特彼勒燃气机不能使用甲烷数小于30的气体
燃气发电机组选型需要确定的因素
• • • • • • 1）燃气的成分特性 2）压缩比 3）发电机组功率和最低连续运行负荷 4）现场使用环境 5）机组具体配置要求 6) 客户使用要求
机组选型前先了解几个重要名词
• • • •
1)甲烷数 2)压缩比 3)爆震 4)热值
1)甲烷数
• 甲烷数：测量燃料对非控制燃烧（爆震）的抵抗 能力,是衡量气体性能的指标 • 在上世纪60年代以前一直使用辛烷值来衡量燃气 的性能，但因为辛烷值不能很好的反映气体的抗 爆震能力。
二.信昌机器工程有限公司简介（3）
信昌机器在中国的代理区域
二.信昌机器工程有限公司简介（4）
信昌机器组织结构图
信昌机器
动力系统部 石油系统 船舶动力系统 工业动力及车用发动机系统 电力系统 工程机械部 售后服务部
三、燃气内燃机技术特点
• 1、发电效率高：
发电效率在33%——41%左右，若采用热电冷联 供效率可达到80%以上
• 2、对气源要求低：
对气源进气压力（中、低压）、进气温度要求低， 热值范围广。
三、燃气内燃机技术特点
• 3、使用功率范围宽广
功率范围覆盖80kw-3480kw，可以单机运行也可 以多台机组并机、并网运行，建站灵活。
• 4、环境温度、海拔高度适应范围广。
在环境温度40℃，海拔500米条件下，机组 额定功率不折损，可以100%输出。
二.信昌机器工程有限公司简介（2）
2001年 信昌机器在广州市设立零件保税仓 2002年 信昌机器通过OHSAS18001职业安全健康认证 2002年 被卡特彼勒委任为新疆地区总代理；至此，信昌机器服务区域包括广东、广西、福建、江西、 湖南、海南、新疆和香港，澳门两特别行政区一区域超过260万平方公里 2005年3月佛山市顺德区信昌机器工程有限公司通过ISO9001 质量管理和OHSAS18001职业安全健康认证 （挪威船级社-DNV） 2005年 通过F&IU安全管理系统评审 2006年 成立厦门信昌重机设备有限公司 成立厦门信昌重机设备有限公司东莞分公司 我们将凭倚中国最资深的卡特彼勒独立代理商身份，努力成为您购买动力设备产品及服务支持的首选及 优势供应商
Advanced Microturbine Fuel Cell
Advanced Fuel Cell Wind 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 $/kWh
Capital
0.05
Non-Fuel O&M
0.06 0.07 0.08
Fuel
五、陆丰13-2项目 燃气发电机组项目基础知识
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
High
Methane number
什么是爆震？ 正常燃烧过程
点火中心 wk.baidu.com焰前端 “尾气”
爆震
压力急速升高
气缸内压力
气缸压力极限
气缸压力
燃气发动机
负载
气缸内压力
气缸压力极限
气缸压力
爆震
燃气发动机
End gas uncontrolled “explosions” (detonation) erode piston surface
燃气发电机组介绍
信昌机器动力系统部
一. 卡特彼勒公司介绍
创建于1863年，总部位于美国依利诺斯州 是世界上最大的土方工程机械和建筑机械的生产商 是全球最大（千瓦计）的往复式发动机生产商 是全球高品质柴油发动机和柴油发电机组的首席供应商 近年的年销售额超过300亿美金，世界500强企业之一 全球拥有70，000多名员工，200多家代理商，1700个代理分支机构，21个零件配送中心 在全球23个国家拥有115个工厂；总计有300多种产品销往200多个国家和地区 CAT发动机的生产能力和耐用性久经考验 ACERT技术发动机可以满足欧II，美国环境保护署（EPA），国际海事组织（IMO）等组织严格的排放要求 柴油发电机组是行业内唯一从发动机、发电机、控制系统及所有部件均由卡特彼勒公司一家厂家统一设计、质 量控制、测试及保用，是目前全球最优的发电机组产品之一 产品的设计和生产符合ISO9001和QS9000质量认证，满足或优越于下列规范和标准： 美国标准：AS1359、AS2789、ABGSM TM3 英国标准：BS4999、BS5000、BS5514 西德工业化标准：DIN6271、DIN6280、EGSA101P、JEM1359、 IEC34/1 国际标准化组织标准：ISO 3046/1, ISO / DIS8528、 美国全国电气制造商协会标准：NEMA、MG1-22
什么叫热值？
• 燃料“含有”能量的测量
– 高热值 (HHV) – 燃料中总的热值 – 低热值 (LHV) – 燃料中有用的热值 – HHV = LHV + （水）汽化所需要的热值
Water Vapor Steam CH4 + 2O2 = 2H2O + CO2
热值有什么用？
燃烧过程中，燃料和一定量氧气燃烧释放出总热量
卡特彼勒公司介绍
卡特彼勒燃气发电机组的历史
• 卡特彼勒1947年开始研制生产燃气内燃机，有超 过60年的发展历史。 • 现有G3600、G3500、G3400、G3300系列40多种 机型产品，功率范围覆盖80kw-3000kw。 • 超过33000台燃气内燃机在世界各地稳定运行。 • 利用了多项成熟可靠的技术，使产品保持了技术 先进性和可靠性
三、燃气内燃机技术特点
• 5、投资成本低，投资回收期快
相对于燃气内燃机，其他燃气发电设备如燃气轮 机、微轮机、燃料电池等，投资成本要比燃气内 燃机高得多。
• 6、安全可靠：机组具有发动机保护和电力 保护等多种保护措施。
三、燃气内燃机技术特点
7、机组操作方便，启动停车迅速，维护简单。
机组可机旁操作或在中央集中控制室操作;启动需时030S,停机需时0-5MIN。
2.34
0.93 0.72 0.88
将用户气体成分MOL值输入到 CAT甲烷数计算程序中，可得到如下结果：
甲烷数与压缩比的对应关系
Low
Compression ratio 8:1 11:1 12:1 Bio Gas Natural Gas Field Gas Propane
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
:注:储气罐由用户自行提供,我司可提供技术支持
2)
气体的前处理设备
目的：去除燃气中的有害 杂质，控制燃气品质， 使燃气达到使用要求。
注：前处理设备由专业前处理厂家提供
CAT G3500系列燃气机要求燃气满足以下条件：
• • • • • • • • • • • • 1）硫化氢的含量 <57mg/MJ 2）氯离子的含量 <19mg/MJ 3）油份的含量 <1.19mg/MJ 4）颗粒物的含量 <0.8mg/MJ@<2um 5）硅化物的含量 <0.56mg/MJ 6）氨气的含量 <2.81mg/MJ 7）温度 10——60℃ 8）水分 不能含水分 9）相对湿度 <80% 10）压力 241——276KPa 11）高于露点温度2--3℃，信昌建议为高于露点8--10 ℃ 12）燃气进气压力波动范围+/-6.9KPA..
第一节 系统结构说明
•
1) 2) 3) 4) 5)
油田伴生气发电项目的总体系统结构分为以下 几部分：
储气罐 气体的前处理设备 燃气发电机组 配电并网及监控系统 溴化锂空调（若做热电联产时才需要）
1)
储气罐
• 作用1:提供稳定的气体供应,缓冲短时间停气 时,机组停机的影响 • 作用2:在产气量很小时,可储存到足够的气量 时,再运行燃气发电机组.
2)压缩比
• 不同的气体能够使用不同的极限压缩比。 下表列出了各个气体的极限压缩比。 • 低甲烷数气体使用高压缩比发动机将产生 严重爆震,以致不能使用。
• 低压缩比
– 适合低甲烷值气体 – 更大的甲烷数范围
• 高压缩比
– 适合高甲烷值气体 – 更好的效率
甲烷数与压缩比的对应关系
Low
Compression ratio 8:1 11:1 12:1 Bio Gas Natural Gas Field Gas Propane
• 燃气公司以高热值(HHV)销售燃料 (总热值) • 燃气发动机从低热值产生出动力 …
– 燃气发动机采用燃料的低热值 – 低热值用于发动机的性能，比如燃料消耗量和 功率
第二节 陆丰13-2平台 燃气发电机组的选型
1、燃气的成分特性
燃料气体间成分差异很大，了解燃料气体 的特点是燃气发动机应用成功的关键因素， 为确保发动机能正常运转
爆震造成的影响
Piston bowl not effected by detonation
Piston fragments welded to piston surface Excessive heat and pressure damage ring in ring land
Skirt area scuffed from eroded piston material
燃气内燃机
容量（kW）
发电效率(%) 综合效率(%)
微型燃气轮机
燃气轮机
燃料电池
20-5000
22-40 70-90
30-1000
18-27 50-70
1000-50000
22-36 50-70
10-2000
30-63 60-80
燃料
启动时间 燃料供应压力 噪音
燃气
10s 低压 或中压 中高
燃气
60s 中压 中
• 8、结构紧凑，重量轻体积小，安装运输方便。
三、燃气内燃机技术特点
• 9、技术先进、成熟，性能稳定
多年的生产研发经验，超过33000台的CAT燃气内 燃机服务于世界各地，历经市场验证的稳定性能， 值得客户信赖。
• 10、主要部件与柴油发电机相同,但热负荷 低,故使用寿命更长，可达20年以上。
四、燃气内燃机与其他发电设备的比较
气体成分分析是选型非常必要的步骤
气体成分分析主要需要确定以下几点
– 热值 – 甲烷数 – 燃料中杂质
用户提供的燃气组分
油田气组分 Component H2S CO2 N2 Mole Percent % 0 18.65 8.72
C1
C2 C3 iC4
54.96
6.6 4.28 1.97
nC4
iC5 nC5 C6
30-50
高
10-40
高
标准环境温度及 其影响
电力成本比较
先进往复发动机系统 贫氧燃烧 稀薄燃烧 小型透平 微透平 高级透平 燃料电池 高级燃料电池 风力
ARES Rich Burn Gas Lean Burn Gas Diesel/SCR Small Turbine Microturbine
柴油机/SCR
天然气
6min---1hr 中压 中
燃气
3hrs—2days 中低压 低
检修时间(kh)
整机成本 运行方式 尺寸
24-60
低
孤岛运行或并网 运行 L5463*W1736* H1862（G3516 770kw） 25°C，高于40 °C时每升高10 °C功率下降4%
5-40
高
孤岛运行需加配黑启动 L9100*W2400*H2900(C8 00 800kw) 15 °C，每升高1 °C功 率下降1%, 35 °C时功 率折损约15%以上
二. 信昌机器工程有限公司简介（1）
1928年 成立于上海 1946年 公司迁至香港 1962年 被卡特彼勒委任为在香港及澳门地区的总代理 1972年 成为森那美集团（Simedarby Group）附属机构 1982年 被卡特彼勒委任为广东、广西及海南省总代理；同年在广州设立办事处 1994年 通过ISO9000质量管理认证 1995年 遷往元朗現址（占地16751平方米） 1997年 在广东省顺德市成立顺德信昌机器工程有限公司，现称为佛山市顺德区信昌机器工程有限公司， 厂房占地面积15075平方米 1999年 被卡特彼勒委任为福建、江西及湖南省总代理；同年在厦门成立厦门森那美信昌机器工程有限公 司
• 60年代后开始使用甲烷数来衡量燃气的性能。
1)甲烷数，Methane Number,简称（MN)
– 甲烷含量不等于甲烷数,高甲烷含量不一定甲烷 数高 – 经验方式是对气体进行采样，和甲烷和氢气比较
(甲烷 = 100, 氢气 = 0)
– 高甲烷值表明抗爆震能力强 – 缓慢燃烧的气体 (低热值气体), 甲烷值会超过100 – 卡特彼勒燃气机不能使用甲烷数小于30的气体
燃气发电机组选型需要确定的因素
• • • • • • 1）燃气的成分特性 2）压缩比 3）发电机组功率和最低连续运行负荷 4）现场使用环境 5）机组具体配置要求 6) 客户使用要求
机组选型前先了解几个重要名词
• • • •
1)甲烷数 2)压缩比 3)爆震 4)热值
1)甲烷数
• 甲烷数：测量燃料对非控制燃烧（爆震）的抵抗 能力,是衡量气体性能的指标 • 在上世纪60年代以前一直使用辛烷值来衡量燃气 的性能，但因为辛烷值不能很好的反映气体的抗 爆震能力。
二.信昌机器工程有限公司简介（3）
信昌机器在中国的代理区域
二.信昌机器工程有限公司简介（4）
信昌机器组织结构图
信昌机器
动力系统部 石油系统 船舶动力系统 工业动力及车用发动机系统 电力系统 工程机械部 售后服务部
三、燃气内燃机技术特点
• 1、发电效率高：
发电效率在33%——41%左右，若采用热电冷联 供效率可达到80%以上
• 2、对气源要求低：
对气源进气压力（中、低压）、进气温度要求低， 热值范围广。
三、燃气内燃机技术特点
• 3、使用功率范围宽广
功率范围覆盖80kw-3480kw，可以单机运行也可 以多台机组并机、并网运行，建站灵活。
• 4、环境温度、海拔高度适应范围广。
在环境温度40℃，海拔500米条件下，机组 额定功率不折损，可以100%输出。
二.信昌机器工程有限公司简介（2）
2001年 信昌机器在广州市设立零件保税仓 2002年 信昌机器通过OHSAS18001职业安全健康认证 2002年 被卡特彼勒委任为新疆地区总代理；至此，信昌机器服务区域包括广东、广西、福建、江西、 湖南、海南、新疆和香港，澳门两特别行政区一区域超过260万平方公里 2005年3月佛山市顺德区信昌机器工程有限公司通过ISO9001 质量管理和OHSAS18001职业安全健康认证 （挪威船级社-DNV） 2005年 通过F&IU安全管理系统评审 2006年 成立厦门信昌重机设备有限公司 成立厦门信昌重机设备有限公司东莞分公司 我们将凭倚中国最资深的卡特彼勒独立代理商身份，努力成为您购买动力设备产品及服务支持的首选及 优势供应商
Advanced Microturbine Fuel Cell
Advanced Fuel Cell Wind 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 $/kWh
Capital
0.05
Non-Fuel O&M
0.06 0.07 0.08
Fuel
五、陆丰13-2项目 燃气发电机组项目基础知识
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
High
Methane number
什么是爆震？ 正常燃烧过程
点火中心 wk.baidu.com焰前端 “尾气”
爆震
压力急速升高
气缸内压力
气缸压力极限
气缸压力
燃气发动机
负载
气缸内压力
气缸压力极限
气缸压力
爆震
燃气发动机
End gas uncontrolled “explosions” (detonation) erode piston surface