CN1131180A - 煤矿就地气化的数控地面控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种煤矿就地气化的数空地面控制装置，是在航空涡轮发动机的后侧安装有数控电机驱动的螺杆压缩机，前侧装有与燃气涡轮同轴的发电机，和将涡轮发动机排出的高热富氧压缩空气和经由气水换热产生的水蒸汽送至气化煤层的管道和管道末端安装的多个数控阀门所组成，装置还在各部件出口处设有温度、压力传感器及将有关传感参数处理加工及控制各部件装置动作的工业控制计算机，该装置结构简单、能耗少、功能强、工作可靠、易操作维护。

Description

煤矿就地气化的数控地面控制装置
本发明涉及一种矿物能源应用的控制装置，确切地说，涉及一种把煤炭在煤矿里就地气化的地面控制装置。
随着当代工业产业发展和人类精神物质文明发展的需要，对能源的需求也越来越高，传统的矿物能源转换模式已不能适应当代需要。由于大规模的开采，石油天然气资源的储存量正在急骤减少，而地底下煤炭的资源则要丰富得多，但是传统方式的煤的开采运输和应用很不适应当代文明发展。随着人类科技水平的提高，可以采用新的模式开采煤矿，既可以摆晓沉重劳累的体力劳动，又大大减少环境污染，还可以象石油一样方便使用。新的模式之一就是将煤在地下就地气化，这种方式在化学工艺上已经试验过关，国内已经采用比较传统的人工操作方法投入小规模应用。例如山东德州煤炭矿务局已经采用地下气化而获取每立方热量达3800大卡的煤气。现在的问题是如何实现大规模地下气化的开发条件。由于在煤矿进行地下气化反应，其装置的结构不可能象地面上的煤气发生炉那样规范，而必须使参与反应的各项操作参数(如氧气、水、温度、蒸汽等)都能随着地下结构条件的变化而进行随机调整。所以，如果采用传统的分离设备、自动化仪表和集散式微机控制的方式来组成控制装置，其复杂程度将是异乎寻常的，且从研制、中试到产品定型要有相当漫长的过程，不可能在短期内实施产业化。
本发明的目的是提供一种利用航空涡轮发动机为主体而构成的煤矿就地气化的数控地面控制装置。
本发明是这样实现的：包括有涡轮发动机、换热器、水泵，其特征在于：在涡轮发动机后侧装有数控电机驱动的螺杆压缩机，在发动机前侧装有与燃气涡轮同轴的发电机，设有将涡轮发动机排出的高热富氧压缩空气和经气、水换热器获取的过热水蒸汽由数控水泵分别送至气化煤层的管道；在管道末端设有若干个数控阀门；上述气水换热器的高热空气进口与涡轮发动机的排气出口相连通；在压缩机、涡轮发动机、换热器和水泵的出口处都设有压力、温度传感器，在装置近旁还设有采集上述各传感器参数和对各部件装置进行数字控制的工业控制计算机。
本发明是利用当代高技术通用单元设备和航空涡轮燃气发动机研制的产品。以航空涡轮发动机为整套装置的动力核心，构成一个技术先进、结构简单、大功率的数控压缩空气源，满足煤炭气化反应的受控供氧需要；又利用热力学梯级利用概念和与动力装置配套的换热器，构成高效数控蒸汽源，满足气化反应的受控供水条件；还利与上述气源和蒸汽源伴生的供热装置，满足了气化反应的温度控制要求；与燃气涡轮同轴并被其驱动的发电机可输送电能给装置作为能源使用。再采用工业控制计算机采集各部件装置的实时参数，利用先进的信息处理方法，使各个部件装置都处于最佳工艺参数状态工作，所以，本发明可以适应各种条件不同规模的煤矿作为其就地气化的地面控制装置。整个装置与采用常规自动化仪表或集散式微机控制构成的设备相比，具有结构简单、能耗少、功能强，可靠性好，易操作维护等诸多优点；且装置不需要冷却水、也不产生有害气体，不会有环境污染、热利用率可达95％以上。
图1是本发明的结构组成示意图
参见图1，本发明装置的动力核心是航空涡轮燃气轮机1，由其为主提供煤矿气化反应所需的氧气、水蒸汽和与上述高热气体伴生的温度条件。在涡轮发动机1的后侧装有数控电机3驱动的数控螺杆压缩机2，用于为燃气轮机1提供燃料并控制涡轮燃气发动机1的工作状态。涡轮发动机1可采用普通的航空燃气轮机设计或改装，毋需作结构上的过多改动，甚至可以直接使用退役或淘汰的军用或民用涡轮喷气发动机，由其作为空气动力站和热源，涡轮燃气发动机1与普通燃气发动机一样，是由空气压气机、燃烧室、燃气涡轮和燃气补燃燃烧室组成，工作时，涡轮发动机1经其中部然烧室排出的燃气是含氧量较高(约20-22％)、温度较高(约140-150℃)、压力稍低些(约0.25MPa)的压缩空气，经管道6被引入气化煤层10。经补燃燃烧室送出的燃气则是含氧量较低(约15-18％)、温度较低(100-110℃)、压力较高(0.3-0.4MPa)的压缩空，该压缩空气的出口与气水换热器4的进口相连通可将压缩空气引入由废热锅炉改装而成的气水换热器4进行热交换，将从数控水泵5送入换热器4中的水加热成水蒸汽，经管道7送入气化煤层10。同时涡轮燃气发动机1中的燃气涡轮驱动其前端安设的发电机9旋转产生电能，供给整个装置使用。在上述管道6、7的末端设置有若干个数控阀门V1-Vn，以控制压缩空气和水蒸汽的排放。在数控压缩机2、涡轮发动机1、换热器4和水泵5的出口处都设有压力、温度传感器11-19，本装置近旁还设有采集上述各个传感器11-19的数据和对上述各个部件装置(如数控电机3、数控压缩机2、数控水泵5和各个数控阀门V1-Vn进行数字控制的工业控制计算机8。上述数控阀门V1-Vn分别是热空气分配阀组和蒸汽分配阀组，其用途是严格按照煤炭气化反应过程的需要定时控制注入各注气进口压缩空和蒸汽。工业控制计算机8可以采用PC-1型工业过程控制工作站，关健是需采用实时过程控制软件包，例如在PARAGON或功能更强的控制软件中装入气化反应工艺控制策略的实时操作软件进行协调运行。
由于本发发明是采用当代成熟的高科技成果组合构成，且由信息处理设备联成有机整体，其工作可靠性比任何传统的煤炭气化装置高得多，特别适合各种条件和规模的煤矿作为就地气化的地面控制装置，而且与常规装置相比较，无论是功能、维护管理、工程施工、投资还是工作可靠、能源捎耗和环境保护等方面都有着显著的优点和进步。其中航空燃气发动机可以选用民航或空军仓库中存放的退役斯贝(SPEY)512航空发动机，毋需进行结构改装，只要再配设其他通用标准部件和数控软件，就可构成本发明，应用于各种不同大小规模的煤矿，使煤炭就地气化。

Claims (1)

1、一种煤态就地气化的数控地面控制装置，包括有涡轮发动机、换热器、水泵，其特征在于：在涡轮发动机后侧装有数控电机驱动的螺杆压缩机，在发动机前侧装有与燃气涡轮同轴的发电机，设有将涡轮发动机排出的高热富氧压缩空气和经气、水换热器获取的过热水蒸汽由数控水泵分别送至气化煤层的管道；在管道末端设有若干个数控阀门；上述气水换热器的高热空气进口与涡轮发动机的排气出口相连通；在压缩机、涡轮发动机、换热器和水泵的出口处都设有压力、温度传感器，在装置近旁还设有采集上述各传感器参数和对各部件装置进行数字控制的工业控制计算机。
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