CN101560919A

CN101560919A - 一种低燃烧值气体的发电预处理控制方法

Info

Publication number: CN101560919A
Application number: CNA2009101199488A
Authority: CN
Inventors: （请求不公开姓名）
Original assignee: Shidai Taoyuan Environment Science And Technology Co Ltd Beijing
Current assignee: Beijing Fairyland Environmental Technology Co ltd
Priority date: 2008-04-18
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2029-02-27
Also published as: CN101560919B

Abstract

本发明公开了一种低燃烧值气体的发电预处理控制方法，该方法包括：(1)发电预处理控制系统收到启动信号，进行系统自检；(2)发电预处理系统入口处的若干传感器实时检测气体的温度和甲烷浓度；(3)发电预处理系统出口处的传感器实时检测压力是否在设定的阈值范围；(4)发电预处理控制系统收到停机信号后，由PLC控制先关闭进气阀、降风机转速，并开启再循环阀，使部分气体回流到发电预处理系统入口，减小发电预处理系统中的气体压力；然后，由PLC控制停风机、关闭再循环阀、停冷冻压缩机，发电预处理系统正常停机。本发明的控制方法，具有自动增压和超压保护功能，保证预处理系统安全可靠的长期运行。

Description

一种低燃烧值气体的发电预处理控制方法

技术领域

本发明涉及低燃烧值气体发电的技术领域，特别涉及一种低燃烧值气体的发电预处理控制方法。

背景技术

煤炭形成过程中，在高压和厌氧的条件下产生大量气体吸附在煤体上，其成分主要是甲烷，称为煤层气，也即通常所谓的“瓦斯”。在煤炭开采过程中，由于煤体卸压，气体在煤体上的吸附平衡条件受到破坏，大量的煤层气释放出来，形成煤矿安全生产的最大威胁。并且甲烷还是一种强温室效应气体，煤层气大量排入大气将导致气候变暖，影响全球环境。但同时，煤层气又是洁净的能源资源，如能综合利用，将会收到增加洁净能源供应，改善煤矿安全，保护全球环境等多重效益。

中国煤层气资源丰富，储存深度不超过2,000米的煤层气储量预计有37万亿立方米。20世纪80年代以前，中国对煤层气的抽取主要是考虑煤矿安全生产，随着环保和节能的呼声日益高涨，煤层气抽取技术日益完善，利用水平也逐步提高。目前，国内煤层气利用方式有供居民生活用燃料，其甲烷浓度在35％以上；或者作为工业锅炉燃料和化工产品原料，但是，大量开发煤层气还是以发电为主。

在瓦斯——内燃机发电系统中，瓦斯被导入内燃机压缩点火，完成能量转化过程，但由于瓦斯气体含有粉尘、水蒸气等杂质，气体品质达不到发电机组的要求，所以要对瓦斯进行预处理，以满足发电机组的进气要求。而煤矿产生的气体主要由CH₄，N₂，O₂，水蒸气、以及少量的氨气等组成，其中，水蒸气是以饱和状态存在的，气体本身还携带有粉尘颗粒，瓦斯中的这些杂质对系统有较大的危害，如果不进行处理，将产生一系列的问题，其中：

水蒸气的危害：

(1)降低燃烧室温度，发动机点火困难；增大内燃机尾气排气量，导致二噁英等剧毒物质生成的可能性上升，污染环境；

(2)由于水蒸气等无功气体的存在，降低内燃机的效率；

(3)水蒸气与其他酸性物质的化合产生中间产物，对设备产生腐蚀，缩短设备使用寿命，降低装置可靠性；

(4)由于发动机内部中冷器的存在，过高的水蒸气含量可能导致水蒸气在发动机内部凝结、积水，造成设备故障，降低设备寿命和可用率。

固体粉尘的危害：

(1)堵塞管路，流通不畅，加大压损，增加运行费用；

(2)增大机械磨损，降低设备使用寿命。

(3)较大颗粒的杂质容易堵塞发动机前的燃气滤清器，导致滤清器更换频繁，停机次数增加，设备可用率降低，运行成本增加。

鉴于以上原因，为了保证机组安全、可靠、高效运行，瓦斯预处理系统主要就是对进入发电机组之前的瓦斯进行预处理，以满足发动机的要求。瓦斯预处理装置是瓦斯发电工程中的一个重要设备，该设备不仅用于实现对瓦斯的脱水、稳压、去除杂质、安全保护等功能，同时还是煤矿瓦斯收集系统与发动机之间的燃气输送桥梁。

通常，从气柜出来的瓦斯首先经过汽水分离，除去液态水，然后进入一次过滤器进行过滤除去大颗粒杂质；从一次过滤器出来的瓦斯气体然后流经除湿设备进行冷冻干燥，干燥后的气体随后经风机升压后进入风冷器冷却降温，然后进入二次过滤器除去小颗粒的固体杂质，最后进入瓦斯发电机组，发电机组入口的流量和压力通过控制系统变频调节风机转速来实现，但是，很难控制气体的温度和流量的稳定。

发明内容

本发明的目的在于，为了实现气体预处理系统的上述功能，提出了一种低燃烧值气体的发电预处理控制方法。

为实现上述发明目的，本发明的一种低燃烧值气体的发电预处理控制方法，该发电预处理的控制系统包括：传感器，PLC及其通讯模块，所述控制方法包括步骤如下：

(1)发电预处理控制系统收到启动信号，进行系统自检，如果系统自检成功，则通过PLC开启进气阀使低燃烧值气体进入发电预处理系统、启动风机调节发电预处理系统出口的气体压力；如果失败，则发出警报信号，系统停机；

(2)发电预处理系统入口处的若干传感器实时检测气体的温度和甲烷浓度，如果甲烷浓度小于设定的阈值，则发出气体浓度低报警信号，系统停机；如果气体温度大于设定的阈值，则PLC启动冷冻压缩机，用于将气体冷却、降温；

(3)发电预处理系统出口处的传感器实时检测压力是否在设定的阈值范围，如果小于设定的阈值范围，则PLC开启再循环阀，以使部分气体回流到发电预处理系统入口，提高风机的转数，用于增大气体压力；如果大于设定的阈值范围，在超压情况下，PLC开启旁路阀，将气体送往火炬炉；如果在设定的阈值范围，则PLC关闭再循环阀，用于增大系统出口的气体压力；

(4)发电预处理控制系统收到停机信号后，由PLC控制先关闭进气阀、降风机转速，并开启再循环阀，使部分气体回流到发电预处理系统入口，减小发电预处理系统中的气体压力；然后，由PLC控制停风机、关闭再循环阀、停冷冻压缩机，发电预处理系统正常停机。作为本发明的一种改进，所述的低燃烧值气体的发电预处理控制方法还进一步包括一紧急自动停机的步骤：当发电预处理控制系统收到紧急停机信号时，由PLC控制先停风机、关闭进气阀、开启再循环阀，再关闭再循环阀、停冷冻压缩机，发电预处理系统紧急停机。

所述步骤(1)中的系统自检，包括采用常规手段对空气压缩机、循环水泵、风机、气动阀和风冷机的电源检测。

作为本发明的再一种改进，所述的低燃烧值气体的发电预处理控制方法还包括在发电预处理系统正常运行时，对环境温度的实时检测与控制：

(1)温度传感器检测到环境温度大于设定的阈值时，PLC启动通风风扇，以降低环境温度；

(2)环境温度大于临界温度时，PLC启动通风风扇，同时发出环境温度超高报警信号，系统停机。

所述步骤(2)的入口气体的甲烷浓度的阈值为30％。

所述步骤(3)的出口气体压力的阈值范围为10～35KPa。

所述步骤(3)的出口处的传感器实时检测压力，

在超压情况下，如果气体压力持续走高，则由PLC控制设置在管路上的安全阀自动开启，将气体送往火炬炉；

如果在设定的阈值范围，则PLC关闭再循环阀，并对风机启动PID调节功能，发电预处理系统正常运行。通过PID调节功能，可以保证出口压力非常稳定。

所述步骤(4)还通过变频器反馈信号检测风机频率，如果风机频率大于设定的阈值，则降风机转速；如果风机频率小于设定值，则由PLC停风机。

进一步地，如果风机频率小于阈值，则进一步判断风机频率是否小于设定的极小值，如果小于极小值，则PLC发出系统故障报警信号，系统停机；如果大于极小值，则PLC开启对空排放阀，风机变频降低转速，用来降低系统出口的气体压力；所述风机频率的极小值为5Hz。

本发明的方法，传感器检测到燃气压力过高、燃气气压过低、燃气含量过低、燃气湿度多高、燃气温度过高、风机电机温度过高，吸入口负压高和过滤器压差大时，将发出报警、停机信号。当预处理系统的处理量与发电机组的耗气量不匹配时，预处理系统出口的气体可以通过自动旁路回流到系统入口进行再循环，在压力严重超标的时候，通往大气的泄压阀会开启，泄压旁路也可以作为启动、调试时候的放空通道。

本发明的优点在于：

由于瓦斯属于易燃易爆的气体，安全应该作为设计的第一原则，同时兼顾系统的可靠性、经济性。本发明的气体预处理方法具有瓦斯发动机运行时要求的流量可控、压力稳定，温度适宜，该预处理方法具备以下功能：

1、使气体预处理系统具有自动增压和超压保护功能，稳定系统气体的出口压力、温度和流量；

2、使气体预处理系统具有在线监测、报警功能，保证系统安全可靠的长期运行；

3、使气体预处理系统具有全自动运行，具备自身数据采集、显示和远程通讯的功能。

附图说明

图1是本发明控制系统自动启动程序流程图；

图2为本实施例详细的逻辑控制流程图；

图3是本发明控制系统正常自动停机程序流程图；

图4是本发明控制系统紧急自动停机程序流程图；

图5是本发明控制系统对环境温度的实时检测与控制流程图；

图6是本发明控制系统对系统出口气体压力的实时检测与控制流程图。

具体实施方式

本实施例中的低燃烧值的气体为甲烷，整个预处理系统要求满足3台发电机组满功率运行耗气量的运行要求，处理能力为4538Nm³/h。

从气柜出来的瓦斯首先经过汽水分离，除去液态水，然后进入一次过滤器进行过滤除去大颗粒杂质。从一次过滤器出来的瓦斯气体然后流经除湿设备进行冷冻干燥，干燥后的气体随后经风机升压后进入风冷器冷却降温，然后进入二次过滤器除去小颗粒的固体杂质，最后进入瓦斯发电机组。

瓦斯预处理满足连续运行工况，具备以下功能：

1、瓦斯预处理装置应满足连续性自动运行要求，达到无人值守的控制要求。

2、自动负荷卸载，如果发电机组减负荷，则应以预定的程序，进行变频降负荷。当发电机组发生故障，则断开供气管路，自动停机。

3、系统设有超压保护旁路，在超压情况下，旁路阀开启，将气体送往火炬；如果压力持续升高，在极端情况下，设置在管路上的安全阀将自动开启。

4、管路上设有甲烷分析仪，在甲烷浓度较低的情况下，入口的燃气切断阀将自动关闭。

5、系统入口设有压力传感仪，当系统负压大于设定值，系统自动报警、停机。

6、控制系统能够将检测到的参数给主控室。

7、控制系统具备历史数据查询、趋势图查阅等功能。

8、控制系统的触摸屏能够直观地显示各种运行参数，而且能在触摸屏上进行相关操作。

预处理装置会采集并传输下列信号给业主集中控制室：风机转速、气体进、出口压力、温度、气体出口甲烷浓度、流量、湿度、二次过滤器前后压。

控制系统组成：

1.控制系统由可编程控制器(PLC SIEMENS S7300)和嵌入式工控机组成。

2.控制系统供一个标准的通信接口与电站相应的控制系统连接。

3.控制系统配有17”的液晶触摸屏一个。

4.控制系统配有手操屏一个。

5.132kW变频器两个。

6.控制柜1面、变频柜2面、配电柜3面。

7.触摸屏上按钮和指示至少包括：

温度、压力等现场仪表；

温度、压力、流量、湿度、甲烷含量等在线连续测量仪表。

8.配电柜(含变频器、断路器等、UPS)。

9.控制柜(含PLC、软件、工业以太网通信模块、I/O模块)，

控制柜上的至少具有以下操作功能：

1.系统启动、停止开关；

2.就地/远程选择开关；

3.紧急停机按钮；

4.复位、控制开关；

5.风机启动、停止开关；

6.风机转速；

7.循环水泵启动、停止开关；

8.制冷机启动、停止开关。

针对此预处理系统的控制方法包括：

(1)自动启动程序，如图1所示，详细的控制逻辑流程如图2所示：

(1a)发电预处理控制系统收到启动信号，进行系统自检，如自检成功则进入步骤(1b)，如失败，则发出警报信号、系统停机；

(1b)PLC开启空气压缩机，延时10秒，开启循环水泵，延时10秒，开启制冷机组、风冷器，延时10秒，风机启动，以10Hz运行，风机出口气动阀开启，延时10秒，开启对空排放阀；

(1c)PLC开启进气阀，以使甲烷气体进入发电预处理系统；

(1d)PLC开启再循环阀，以使部分气体回流到发电预处理系统入口，提高风机的转数；

(1e)延时90秒，传感器检测发电预处理系统入口处甲烷浓度是否大30％；

(1f)如果小于30％，则发出甲烷浓度低报警信号，系统停机；如果大于30％，PLC启动冷冻压缩机，用于将气体冷却、降温；

(1g)传感器检测发电预处理系统出口压力是否在10～35KPa，如果不是，则返回到步骤(1d)；如果是，PLC关闭再循环阀；

(1h)PLC启动发动机，发电预处理系统正常运行。

(2)正常自动停机程序，如图3所示：

(2a)发电预处理控制系统收到停机信号；

(2b)PLC开启再循环阀，使部分气体回流到发电预处理系统入口，减小系统中的气体压力；

(2c)PLC关闭进气阀；

(2d)PLC降风机转速；

(2e)传感器检测风机频率是否小于10Hz，如果大于10Hz，则返回到步骤(2d)；如果小于10Hz，则PLC停风机；

(2f)PLC关闭再循环阀；

(2g)PLC停冷冻压缩机，发电预处理系统工作结束。

(3)紧急自动停机程序，如图4所示：

(3a)发电预处理控制系统收到紧急停机信号；

(3b)PLC停风机；

(3c)PLC关闭进气阀；

(3d)PLC开启再循环阀，用于减小发电预处理系统内气体压力；

(3e)PLC关闭再循环阀；

(3f)PLC停冷冻压缩机，发电预处理系统工作结束。

其中，所述步骤(1a)中的系统自检，包括：对空气压缩机、循环水泵、风机、气动阀和风冷机的电源检测。

其中，还包括在发电预处理系统正常运行时，对环境温度的实时检测与控制，如图5所示：

(1)传感器检测环境温度大于39.5℃时，PLC启动通风风扇，以降低环境温度；

(2)环境温度大于40℃，PLC启动通风风扇，同时发出环境温度超高报警信号，系统停机。

其中，还包括在发电预处理系统正常运行时，对系统出口气体压力的实时检测与控制，如图6所示：

(1)传感器检测系统出口的压力是否在35～40KPa，如果低于40KPa，PLC关闭循环阀，用于增大系统出口的气体压力，如果此时压力小于35KPa，则风机变频，提升转速，用于增大气体压力。

(2)如果气体压力大于40KPa，判断风机频率是否小于8Hz，如果风机频率大于8Hz，则风机变频降低转速；如果风机频率小于8Hz，则判断风机频率是否小于5Hz，如果小于5Hz，则PLC发出系统故障报警信号，系统停机，如果大于5Hz，则PLC开启对空排放阀，风机变频降低转速，用来降低系统出口的气体压力；

(3)在超压情况下，PLC开启旁路阀，将气体送往火炬炉；如果气体压力持续走高，设置在管路上的安全阀将自动开启。

其中，传感器检测到燃气压力过高、燃气气压过低、燃气含量过低、燃气湿度多高、燃气温度过高、风机电机温度过高，吸入口负压高和过滤器压差大时，将发出报警、停机信号。

Claims

1、一种低燃烧值气体的发电预处理控制方法，该发电预处理的控制系统包括：传感器，PLC及其通讯模块，所述控制方法包括步骤如下：

(3)发电预处理系统出口处的传感器实时检测压力是否在设定的阈值范围，如果小于设定的阈值范围，则PLC开启再循环阀，以使部分气体回流到发电预处理系统入口，提高风机的转数；如果大于设定的阈值范围，在超压情况下，PLC开启旁路阀，将气体送往火炬炉；如果在设定的阈值范围，则PLC关闭再循环阀；

(4)发电预处理控制系统收到停机信号后，由PLC控制先关闭进气阀、降风机转速，并开启再循环阀，使部分气体回流到发电预处理系统入口，减小发电预处理系统中的气体压力；然后，由PLC控制停风机、关闭再循环阀、停冷冻压缩机，发电预处理系统正常停机。

2、根据权利要求1所述的低燃烧值气体的发电预处理控制方法，其特征在于，还进一步包括一紧急自动停机的步骤：当发电预处理控制系统收到紧急停机信号时，由PLC控制先停风机、关闭进气阀、开启再循环阀，再关闭再循环阀、停冷冻压缩机，发电预处理系统紧急停机。

3、根据权利要求1或2所述的低燃烧值气体的发电预处理控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中的系统自检，包括采用常规手段对空气压缩机、循环水泵、风机、气动阀和风冷机的电源检测。

4、根据权利要求1或2所述的低燃烧值气体的发电预处理控制方法，其特征在于，还包括在发电预处理系统正常运行时，对环境温度的实时检测与控制：

5、根据权利要求1或2所述的低燃烧值气体的发电预处理控制方法，其特征在于，所述步骤(2)的入口气体的甲烷浓度的阈值为30％。

6、根据权利要求1或2所述的低燃烧值气体的发电预处理控制方法，其特征在于，所述步骤(3)的出口气体压力的阈值范围为10～35KPa。

7、根据权利要求1或2所述的低燃烧值气体的发电预处理控制方法，其特征在于，所述步骤(3)的出口处的传感器实时检测压力，

在超压情况下，如果气体压力持续走高，则由PLC控制设置在管路上的安全阀自动开启，将气体送往火炬；

如果在设定的阈值范围，则PLC关闭再循环阀，并对风机启动PID调节功能，发电预处理系统正常运行。

8、根据权利要求1或2所述的低燃烧值气体的发电预处理控制方法，其特征在于，所述步骤(4)还通过变频器反馈信号检测风机频率，如果风机频率大于设定的阈值，则降风机转速；如果风机频率小于设定值，则由PLC停风机。

9、根据权利要求8所述的低燃烧值气体的发电预处理控制方法，其特征在于，如果风机频率小于阈值，则进一步判断风机频率是否小于设定的极小值，如果小于极小值，则PLC发出系统故障报警信号，系统停机；如果大于极小值，则PLC开启对空排放阀，风机变频降低转速，用来降低系统出口的气体压力。

10、根据权利要求9所述的低燃烧值气体的发电预处理控制方法，其特征在于，所述风机频率的极小值为5Hz。