CN107299831B - 一种煤炭地下气化水煤气变换控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种煤炭地下气化水煤气变换控制系统和方法，所述系统包括：煤层温度监测单元，其用于监测煤层气化工作面的温度；煤气组分分析单元，其用于分析气化炉出气孔中煤气的组分；气化剂水供应单元，其用于向气化炉中输送含有催化剂的气化剂水；煤气流量温度监测单元，其用于监测气化炉出气孔中煤气的流量和温度；数据传输单元，其用于将煤层温度监测单元、煤气组分分析单元、气化剂水供应单元和煤气流量温度监测单元采集的数据传输至数据处理单元，并将过程控制单元的反馈指令传输至气化剂水供应单元；过程控制单元，其用于对数据传输单元传输的数据进行处理，并生成调整气化剂水供应单元的气化剂水流量的反馈指令。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭地下气化技术领域，并且更具体地，涉及一种煤炭地下气化水煤气变换控制系统及控制方法。
背景技术
煤炭地下气化炉位于地下原位煤层中，具有“长气化通道”的特点。当高温煤气从气化工作面开始沿气流方向在气化通道中流动时，会与气化通道四周煤层进行热传导，对于煤气来说，这是一个放热过程，如果煤气中含有高浓度的水蒸气和CO，该放热过程将有利于发生水煤气变换反应，即水蒸气和CO转化为CO2和H2，提高煤气中H2浓度，有利于煤气的后续化工应用。因此当气化工作面通过还原反应能够稳定输出高浓度的CO时，可以向气化炉中输入一定量的水，有利于人为诱发该反应过程，但是水在相变的时候吸热，可能使气化工作面温度低于还原反应的发生温度，将破坏气化过程的稳定性，必须实时监测煤层温度、煤气组分和温度等工业参数，来合理控制水的加入量。
发明内容
为了解决背景技术存在的合理控制水的加入量以保证水煤气变换过程的稳定性的技术问题，本发明提供一种煤炭地下气化水煤气变换控制系统，所述系统包括：
煤层温度监测单元，其用于监测煤层气化工作面的温度，所述煤层温度监测单元按照设定的网格密度分布在气化炉的煤层中；
煤气组分分析单元，其用于分析气化炉出气孔中煤气的组分；
煤气流量温度监测单元，其用于监测气化炉出气孔中煤气的流量和温度；
气化剂水供应单元，其用于向气化炉中输送含有催化剂的气化剂水，以加快水煤气变换反应速率；
数据传输单元，其用于将煤层温度监测单元、煤气组分分析单元、气化剂水供应单元和煤气流量温度监测单元采集的数据传输至数据处理单元，并将过程控制单元的反馈指令传输至气化剂水供应单元；
过程控制单元，其用于对数据传输单元传输的数据进行处理，并生成调整气化剂水供应单元的气化剂水流量的反馈指令，过程控制单元能够及时更新工艺情况，快速实施所述的煤炭地下气化水煤气变换控制方法，有利于气化过程的稳定运行。
优选地，所述煤层温度监测单元是K型热电偶。
优选地，所述煤层温度监测单元在气化炉的煤层中分布的网格的边长为1至2米。
优选地，所述煤气组分分析单元是烟气分析仪。
优选地，所述煤气流量温度监测单元是煤气流量计。
优选地，所述数据传输单元是工业交换机。
优选地，所述气化剂水供应单元向气化炉中输送的是含有Fe2O3的水。利用所述气化剂水供应单元向气化炉中输送含有催化剂Fe2O3的水，参与水煤气变换反应，可使煤气中的CO可以转化为H2和CO2，但是水在相变时会吸收热量导致煤层温度偏低，使水煤气变换反应速率和还原反应速率降低，因此当所述过程控制单元显示，煤层温度监测单元监测到煤层温度降低，同时经所述煤气组分分析单元分析，所输出的煤气有效组分CO、H2、CH4的浓度也降低时，所述过程控制单元发出反馈控制指令，逐渐减小水流量，使煤层温度逐渐回升到还原反应的发生温度。
根据本发明的另一方面，本发明提供一种煤炭地下气化水煤气变换控制方法，所述方法包括：
气化剂水供应单元向气化炉中输送含有催化剂的水参与水煤气变换反应，使煤气中的CO可以转化为H2和CO2；
反应过程中，数据传输单元将煤层温度监测单元、煤气组分分析单元、气化剂水供应单元和煤气流量温度监测单元采集的数据传输至过程控制单元；
过程控制单元根据接收到的数据，生成调整气化剂水供应单元的气化剂水流量的反馈指令；
气化剂水供应单元通过数据传输单元接收到过程控制单元发送的反馈指令后，控制气化剂水供应单元减少气化剂水的流量，使煤层温度逐渐回升到水煤气变换反应的正常温度；
当过程控制单元显示煤层温度低于第一预设值、煤气有效组分的浓度低于第二预设值或者煤气流量波动大于第三预设值时，气化剂水供应单元停止供应气化剂水。
优选地，所述气化剂水供应单元向气化炉中输送的是含有Fe2O3的水。
优选地，所述第一预设值是900℃，第二预设设值是20％，第三预设值是±20％。
本发明所提供的技术方案具有如下有益技术效果：
1、提高煤气中H2浓度，有利于煤气的后续工业应用；
2、快速有效地控制加水量，在气化过程稳定运行的前提下，实施水煤气变换过程；
3、混合催化剂Fe2O3的气化剂水，能够进一步改善水煤气变换效果。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1是本发明具体实施方式的煤炭地下气化水煤气变换控制系统的结构图；
图2是本发明具体实施方式的煤炭地下气化水煤气变换控制方法的流程图；
图3是本发明具体实施方式的煤炭地下气化水煤气变换控制系统的示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1是本发明具体实施方式的煤炭地下气化水煤气变换控制系统的结构图。如图1所示，本发明所述的煤炭地下气化水煤气变换控制系统100包括：
煤层温度监测单元101，其用于监测煤层气化工作面的温度，所述煤层温度监测单元按照设定的网格密度分布在气化炉的煤层中；
煤气组分分析单元102，其用于分析气化炉出气孔中煤气的组分；
煤气流量温度监测单元103，其用于监测气化炉出气孔中煤气的流量和温度；
气化剂水供应单元104，其用于向气化炉中输送含有催化剂的气化剂水，以加快水煤气变换反应速率；
数据传输单元105，其用于将煤层温度监测单元、煤气组分分析单元、气化剂水供应单元和煤气流量温度监测单元采集的数据传输至数据处理单元，并将过程控制单元的反馈指令传输至气化剂水供应单元；
过程控制单元106，其用于对数据传输单元传输的数据进行处理，并生成调整气化剂水供应单元的气化剂水流量的反馈指令，过程控制单元能够及时更新工艺情况，快速实施所述的煤炭地下气化水煤气变换控制方法，有利于气化过程的稳定运行。
优选地，所述煤层温度监测单元101是K型热电偶。
优选地，所述煤层温度监测单元在气化炉的煤层中分布的网格的边长为1至2米。
优选地，所述煤气组分分析单元102是烟气分析仪。
优选地，所述煤气流量温度监测单元103是煤气流量计。
优选地，所述数据传输单元105是工业交换机。
优选地，所述气化剂水供应单元104向气化炉中输送的是含有Fe2O3的水。利用所述气化剂水供应单元104向气化炉中输送含有催化剂Fe2O3的水，参与水煤气变换反应，可使煤气中的CO可以转化为H2和CO2，但是水在相变时会吸收热量导致煤层温度偏低，使水煤气变换反应速率和还原反应速率降低，因此当所述过程控制单元106显示，煤层温度监测单元101监测到煤层温度降低，同时经所述煤气组分分析单元102分析，所输出的煤气有效组分CO、H2、CH4的浓度也降低时，所述过程控制单元106发出反馈控制指令，逐渐减小水流量，使煤层温度逐渐回升到还原反应的发生温度。
图2是本发明具体实施方式的煤炭地下气化水煤气变换控制方法的流程图。如图2所示，本发明所述的煤炭地下气化水煤气变换控制方法200从步骤201开始。
在步骤201，气化剂水供应单元向气化炉中输送含有催化剂的水参与水煤气变换反应，使煤气中的CO可以转化为H2和CO2；
在步骤202，反应过程中，数据传输单元将煤层温度监测单元、煤气组分分析单元、气化剂水供应单元和煤气流量温度监测单元采集的数据传输至过程控制单元；
在步骤203，过程控制单元根据接收到的数据，生成调整气化剂水供应单元的气化剂水流量的反馈指令；
在步骤204，气化剂水供应单元通过数据传输单元接收到过程控制单元发送的反馈指令后，控制气化剂水供应单元减少气化剂水的流量，使煤层温度逐渐回升到水煤气变换反应的正常温度；
在步骤205，当过程控制单元显示煤层温度低于第一预设值、煤气有效组分的浓度低于第二预设值或者煤气流量波动大于第三预设值时，气化剂水供应单元停止供应气化剂水。
优选地，所述气化剂水供应单元向气化炉中输送的是含有Fe2O3的水。
优选地，所述第一预设值是900℃，第二预设设值是20％，第三预设值是±20％。
图3是本发明具体实施方式的煤炭地下气化水煤气变换控制系统的示意图。如图3所示，在所述煤炭地下气化水煤气变换控制系统中，所述煤层温度监测单元101是K型热电偶、所述煤气组分分析单元102是烟气分析仪、所述煤气流量温度监测单元103是煤气流量计，并且所述数据传输单元105是工业交换机。
当煤炭地下气化过程稳定运行时，气化工作面通过C与CO2和H2O的还原反应产生CO和H2，该反应的发生温度为900～1200℃，同时煤气中CO和H2的浓度均超过30％；此时，可以利用气化剂水供应单元通过定向钻孔向气化炉中输入一定量的含有催化剂Fe2O3的水，促使煤气中的CO与水进行水煤气变换反应，在反应过程中，工业交换机将热电偶、烟气分析仪、气化剂水供应单元和煤气流量计采集的数据传输至过程控制单元，过程控制单元根据接收到的数据，生成调整气化剂水供应单元的气化剂水流量的反馈指令，气化剂水供应单元通过工业交换机接收到过程控制单元发送的反馈指令后，控制气化剂水供应单元减少气化剂水的流量，使煤层温度逐渐回升到水煤气变换反应的正常温度，当过程控制单元显示煤层温度低于第一预设值、煤气有效组分的浓度低于第二预设值或者煤气流量波动大于第三预设值时，气化剂水供应单元停止供应气化剂水。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该【装置、组件等】”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
Claims (10)
1.一种煤炭地下气化水煤气变换控制系统，其特征在于，所述系统包括：
煤层温度监测单元，其用于监测煤层气化工作面的温度，所述煤层温度监测单元按照设定的网格密度分布在气化炉的煤层中；
煤气组分分析单元，其用于分析气化炉出气孔中煤气的组分；
煤气流量温度监测单元，其用于监测气化炉出气孔中煤气的流量和温度；
气化剂水供应单元，其用于向气化炉中输送含有催化剂的气化剂水，以加快水煤气变换反应速率，以及接收到过程控制单元发送的反馈指令后，控制气化剂水供应单元减少气化剂水的流量，使煤层温度逐渐回升到水煤气变换反应的正常温度；
数据传输单元，其用于将煤层温度监测单元、煤气组分分析单元、气化剂水供应单元和煤气流量温度监测单元采集的数据传输至过程控制单元，并将过程控制单元的反馈指令传输至气化剂水供应单元；
过程控制单元，其用于对数据传输单元传输的数据进行处理，并在煤层温度监测单元监测到煤层温度降低，同时经所述煤气组分分析单元分析，所输出的煤气有效组分CO、H2、CH4的浓度也降低时，生成调整气化剂水供应单元的气化剂水流量的反馈指令，控制气化剂水供应单元减少气化剂水的流量，使煤层温度逐渐回升到水煤气变换反应的正常温度。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述煤层温度监测单元是K型热电偶。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述煤层温度监测单元在气化炉的煤层中分布的网格的边长为1至2米。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述煤气组分分析单元是烟气分析仪。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气化剂水供应单元向气化炉中输送的是含有Fe2O3的水。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述煤气流量温度监测单元是煤气流量计。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据传输单元是工业交换机。
8.一种煤炭地下气化水煤气变换控制方法，其特征在于，所述方法包括：
气化剂水供应单元向气化炉中输送含有催化剂的水参与水煤气变换反应，使煤气中的CO转化为H2和CO2；
反应过程中，数据传输单元将煤层温度监测单元、煤气组分分析单元、气化剂水供应单元和煤气流量温度监测单元采集的数据传输至过程控制单元；
当煤层温度监测单元监测到煤层温度降低，同时经所述煤气组分分析单元分析，所输出的煤气有效组分CO、H2、CH4的浓度也降低时，过程控制单元根据接收到的数据，生成调整气化剂水供应单元的气化剂水流量的反馈指令；
气化剂水供应单元通过数据传输单元接收到过程控制单元发送的反馈指令后，控制气化剂水供应单元减少气化剂水的流量，使煤层温度逐渐回升到水煤气变换反应的正常温度；
当过程控制单元显示煤层温度低于第一预设值、煤气有效组分的浓度低于第二预设值或者煤气流量波动大于第三预设值时，气化剂水供应单元停止供应气化剂水。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述气化剂水供应单元向气化炉中输送的是含有Fe2O3的水。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一预设值是900℃，第二预设值是20%，第三预设值是±20%。
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