CN1800717A

CN1800717A - 一种气体能量的在线控制系统

Info

Publication number: CN1800717A
Application number: CN 200510023109
Authority: CN
Inventors: 沈炜; 陈新海
Original assignee: SHANGHAI EUROFO TRADE CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI EUROFO TRADE CO Ltd
Priority date: 2005-01-04
Filing date: 2005-01-04
Publication date: 2006-07-12

Abstract

一种气体能量的在线控制系统涉及气体能量控制技术，尤指焦炉煤气的在线控制，包括气体净化装置；气体组分测量装置，气体热值测量装置；气体存储稳压装置；气体能量控制装置；能量转换装置；余能副回路系统；数控在线伺服机构；反馈回路以及气体传输系统。该系统能综合调节影响气体总能量释放的各种变化因素，动态的检测和控制负荷功率的稳定输出。本发明的设计原理不仅可应用于煤气、天然气、液化气等可燃气体，同样对于医药、化工、印染、冶金等行业中气体合成工艺；或气体热反应工艺；都具有广泛的应用前景。

Description

一种气体能量的在线控制系统

技术领域

本发明涉及气体能量控制技术，特别是一种气体能量的在线控制系统。

背景技术

随着国民经济的快速发展，我国对能源的需求量日益提高，焦炉煤气的综合治理、利用，东、西部油气田的开发利用，已成为我国经济命脉的重要举措。

然而，作为气体能源的开发和利用，对我国而言是近十年才开始实施的，许多技术领域还处于相对空白。由于没有实现气体能量的在线调节(控制)，不能在能量源头实施控制，造成一方面许多工业领域的由于能源问题开工不足；甚至停工、怠工，而另一方面又有许多领域存在着能源的很大浪费，污染着生态环境。

此外，气体能源作为一个新兴能源，其不仅可用于开发相关的新兴产业链，而且对于传统产业链的改造也是一个契机，许多领域传统的气体发生装置也将会因此而改变(或省略)。总之，无论是电力、机械、冶金、医药、化工领域，还是人们烧饭、取暖，如何合理、有效地综合利用气体能源，是摆在各行专业人士面前重要课题，事关国计民生。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种气体能量的在线控制系统，该系统包括气体传输系统；气体净化装置；气体组分检测装置，气体热值测量装置；气体能量补偿装置；气体能量控制装置；能量热功转换装置；余能副回路装置；以及数控在线伺服机构。其特征在于该系统可以实现在气体释放能量前对其组分、热值进行测定，并通过控制装置动态地调节该气体的供给量，从而保证气体能量供应的稳定。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。

图1为本发明工艺流程示意图。

具体实施方式

本发明通过燃气轮机发电机组发电实施作为最佳实施例子以阐述具体实施方式：

作为燃气轮机发电机组与普通汽轮发电机组工作原理的最大区别就在于：它是直接在燃烧室燃烧燃料气体并使其膨胀，当达到一定压力值后释放。继而使压缩气体推动透平机旋转发电。如果直接采用燃气直接燃烧发电会存在以下变数：

1.气体变数

由于可燃气体种类很多，且在可燃气体产生时其物理特性会发生变化。如由于气体组分的变化会引起热值的变化，且这种变化在使用化学方法产生可燃气体时时常出现(例如在炼焦过程中，其产生的焦炉煤气成份是时刻变化的，从而引起其热值变化)。

2.负荷变数

由于电力资源是一种即时能源，电网上的电能随着负荷用量随时调整。在电力负荷要求稳定时，不允许由于气体燃料能量的变化引起电网负荷输出波动而造成电网供电品质的降低。

对于上述的不确定变数，本发明公开了一种气体能量的在线控制系统(参见图1)：在电网所需负荷稳定而气体热值发生变化时通过在线调节气体的供应量，确保气体所供能量与电网所需供能量平衡。

为便于说明，以焦炉煤气作为燃料为例，使用该系统实现电力负荷的稳定输出。

1.气体净化

由于焦炭冶炼是一个复杂的化学过程，在该冶炼过程中会产生硫化物、氮化物、炭氢化合物、炭水化合物等等无机及有机化合物。出于环保要求，气体净化装置可根据设计要求，除去这些不需要成份，具体方法有水洗法；吸附法；比重法；过滤法，可复合净化处理，也可分级、多级净化处理。直到符合净化及燃气轮机对气体成份的设计要求。

2.气体热值测定

由于焦炉煤气为多成份混合气体，其主要组分为H₂、CH₄、C₂H₂；和不确定组分C_mH_n，考虑到每个组分所占的比例不同，成份不同，单位体积内焦炉煤气的燃烧热值随时都在发生变动，就必须动态的检测出焦炉煤气的热值，并将测量信号输入计算机，由计算机根据测量热值计算出总燃烧热值。为了能使测量值更加准确，可采用分级组合、多点取样的测试方法，计算出一个平均值。

3.气体储存

由于焦炉煤气热值有其波动范围，一般为为4000～4500大卡/标准立方米，按照电力设计规程设计安排相关储气罐容积，储气罐主要作为气体稳压使用。

4.气体能量控制

根据能量守恒定律，设定工况(如标准工况)时，按单位体积焦炉煤气的热值K乘以该工况时气体体积流量Q所得出的气体能量与输出负荷W存在线性关系，设立确定输出负荷W为常量定值，以设定单位气体的热值、流量，并将二者作为常量定值，以流量作为变量控制值，以控制能量释放的大小或多少。

即 KQ＝W/η

η-燃气轮机能量系统效率

5.功率反馈回路

在计算机控制系统中，输出负荷W的设定值为功率反馈回路设定，通过测量电网给定的W值，将W值动态反馈给计算机控制系统作为参数设定值。

6.气体能量调节

考虑到单位体积内焦炉煤气的燃烧热值随时都在发生变动，总燃烧热值也会随之相应波动，就必须对其进行动态热值的调节，本发明设计了一个调节装置，它是按照设计需要安置的标准气体储存罐(其压力、体积、温度、湿度等参数可根据输出功率及炼焦工艺设计而定)。当计算机测算出气体燃烧热值与设定值有差异时，由计算机结合反馈回路给定的设定值发出指令调节供气阀，以调节总燃烧热值与设定值匹配。

7.余能副回路

当输出负荷W由于用户使用功率下降而变小时或由于单位气体热值变大时，前级(能量转换)会产生剩余热能，计算机发出指令调节副回路控制机构，把满足能量供应外的多余部分气体已旁路形式回收利用。

8.能量转换

由于行业不同，应用气体能量转换的方式也各不相同，本发明是作为燃气轮机发电机组直接燃烧气体燃料发电，也可以在冶金、化工等行业作为预热装置；助燃装置；或动力装置；化学热反应装置等形式。

工作原理

本发明计算机控制系统根据发出的指令打开气体储存罐阀门，由气体传输机构输入燃料气体和一定比例的惰性保护气体(如N₂)，待到符合使用条件(压力和温度)后，依次打开气体净化装置、气体热值测量装置、功率反馈回路、气体能量调节装置、余能副回路；根据单位气体热值调节燃气轮机发电机组进气量(能量热功转换计算)，按照设定输出功率并入电网。

当焦炉煤气热值发生变化时，计算机测量出单位气体的热值，根据电力负荷不变的要求，通过计算，向气体能量调节装置、余能副回路装置发出指令：调节气体流量(能量转换计算，同时调节余能副回路装置调节多余热能的回收量)，在电网所需负荷不变时，根据单位气体热值调整进气量，维持能量输入的恒定，确保(电)能量输出的稳定。

同样，在运行中，同步监测电网负荷波动，一旦负荷使用功率变化，传感器将信号反馈至计算机控制系统，计算机控制系统根据单位气体热值的测量值向气体能量调节装置、余能副回路装置发出指令：调节气体流量(能量转换计算，同时调节余能副回路装置调节多余热能的回收量)，匹配电网所需负荷。

综上实施例所述，本发明能根据实际气体热值，结合(电)能量的输出要求，通过能量转化计算，在线调整气体进气流量，确保满足能量稳定输出的要求。本发明的设计原理不仅可应用于煤气、天然气、液化气等可燃气体，同样对于医药、化工、印染、冶金等行业中气体合成工艺；或气体热反应工艺；都具有广泛的应用前景。

Claims

1.一种气体能量的在线控制系统，包括气体净化装置；气体组分测量装置，气体热值测量装置；气体存储稳压装置；气体能量控制装置；能量转换装置；余能副回路系统；数控在线伺服机构；反馈回路以及气体传输系统。其特征在于该系统能综合调节影响气体总能量释放的各种变化因素，动态的检测和控制负荷功率的稳定输出。

2.根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于该装置可以是燃气发电装置；或燃气预热装置；或燃气助燃装置；或燃气发动机装置；或气体热反应装置；或气体合成反应装置。

3.根据权利要求1所述的气体，其特征在于该气体可以是燃气；也可以是工业合成气体或化学单质气体。