刘朝杰
【摘 要】详细阐述了瓦斯混合气体的预处理流程,包括阻火防爆、除尘、除湿、温度调控、压力控制及流量和浓度控制等六个方面的控制结构及原理.通过对瓦斯气体进行预处理,提高了自动化水平,减少了值班人员的工作量,最重要的是保障了煤矿的安全稳定生产. 【期刊名称】《机械管理开发》
新型高效台车式退火炉
【年(卷),期】2017(032)005
【总页数】4页(P132-134,138)
【关键词】瓦斯发电;气体预处理;结构原理
【作 者】刘朝杰
工业数据采集控制【作者单位】沁水晋煤瓦斯发电有限公司,山西沁水048205
【正文语种】中 文
【中图分类】TD712
从煤矿矿井抽出的瓦斯气体中含有大量杂质，包括水、粉尘、硫化氢、硫醇、硅氧烷以及氨等。这些杂质会对发动机组造成严重损害，缩短燃气发动机的使用寿命，增大维修量和运行成本，降低发电机组的工作稳定性和工作效率。在瓦斯气体进入到发电机组之前必须要对其进行一定的处理。气体预处理过程主要是对气体进行除尘、去湿、冷却干燥、加压等一系列优化处理，使进入到燃气发电机组的气体达到理想的状态[1-2]。气体的温度过高、湿度过大、压力不够同样会导致发电机组无法正常工作，严重时可能损害机组，增加维修费用。因此，在气体进入到发电机组之前，对气体进行除尘、脱水处理的同时还应对其湿度、温度、浓度、压力及流量等参数进行检测及控制，当其参数不满足要求时可以自动调节并报警，保证发电机组正常工作。本文所设计的系统是在原有技术的基础上加以改进，使瓦斯气体满足发电机组要求的同时符合煤矿安全生产标准，提高了自动化水平并减少了值班人员的工作量[3]。 瓦斯发电气体预处理系统主要用于对气体的处理及参数的控制，其主要由阻火防爆单元（ 包括防火泄爆装置和干式阻火器）、除尘单元、除湿单元、温度调节单元、压力调节单元、流量调节单元以及自动控制系统组成[4]，其结构系统如图1所示。
根据煤矿瓦斯供给的情况，确保瓦斯发电的安全性和经济性，使进入到发电机组的瓦斯气体必须符合发电机组的需求，对瓦斯发电气体预处理系统的气体进行设定，其气体主要性能指标如表1所示[5]。
2.1 阻火防爆单元
因燃气发电机发电是利用瓦斯气体的燃烧来发电的。对发电机气缸中的瓦斯气体进行点火，如果在瓦斯发电的气体预处理系统中没有设置阻火防爆单元，容易引起管道中瓦斯气体的爆燃，存在严重的安全隐患问题。因此，在瓦斯发电气体预处理系统中的气体入口处放置一台防火泄爆装置及在发电机前端放置十式阻火器，可以减少安全隐患。防火泄爆装置结构如下页图2所示。
2.2 除尘单元
系统中设计了初级除尘装置和精密除尘单元，用来处理气体中的粉尘。除尘技术包括重力
织物整理剂
除尘、惯性除尘、布袋除尘及滤网除尘技术等。相比其他技术，滤网除尘技术具有结构简单、气体流通量大等特点，因此得到了广泛应用，本设计就是采用滤网除尘技术。初级除尘装置主要针对气体中颗粒比较大的粉尘，其粉尘直径大于20μm；它能降低气体中粉尘的质量浓度，使其低于42mg/m3。经过初级除尘单元的粉尘再经过精密除尘单元，可以进一步去除气体中的粉尘。初级除尘单元与精密除尘单元的结构相同，只是滤网的网孔大小不同，其结构图如图3所示。其中的自动放水器包含进水阀、积水箱、排水阀及控制器，主要起清除滤网上的粉尘，并将其排出供气管道的作用。在气体的流动过程中，通过控制器开启进水阀，同时关闭排水阀，经由水分吸收气体中的粉尘从而滤除粉尘。当水分在积水箱中积累到一定量时，打开排水阀，关闭进水阀，排除水分和粉尘。排完水分后再关闭排水阀、打开进水阎，进入到下一个除尘环节中。自动放水器的控制过程是由PLC控制实现的。
2.3 除湿单元
发电机组对气体的湿度要求低于60%，而从矿井下抽取的瓦斯气体的湿度较高，一般在70%以上，不利于瓦斯发电。如果瓦斯气体湿度过大，点火时不易点燃，将影响发电机组
的工作效率，甚至损坏发电机组设备。除湿单元的工作原理为利用压缩机使制冷剂在除湿单元中循环流动，使管道中瓦斯气体的温度降低，降温后使气体中的水分冷却渐出，从而降低了瓦斯气体的湿度。除湿单元的结构框图如图4所示。利用湿度传感器采集瓦斯气体的湿度参数，传感器将采集到的参数传输给PLC控制器，控制器经常规PID算法处理后，根据设定的气体湿度来调节压缩机的工作，使瓦斯气体湿度达到最理想的状态。其中，在一般的除湿系统上添加气水分离器及自动放水器，对抽采湿度大的瓦斯气体更加有利，可以更有效地降低瓦斯湿度。自动放水器的功能同除尘单元中一样，气水分离器可以排除气体中的多余水分，而不改变传输管道中瓦斯气体的成份。
2.4 温度控制单元
经过冷却、除湿后的气体温度较低，达不到发电机组的要求，不利于发电机组的利用，必须将气体的温度调整到一定的范围内，使其达到最佳燃烧热值；通过风机回温，使系统出口气体的温度控制在10～60℃，本控制系统将气体的输出温度控制在35℃。控制温度值不是固定不变的，可以根据用户的要求、实际工况做出相应调整，使瓦斯气体的温度控制在最理想的温度值上。温度控制单元的结构及工作原理如下页图5所示。进气口和出气口的温
度都需进行检测，在其端口处安装温度传感器，气体进口处的温度一般较低，在通过温度控制单元后，温度得以提高。温度控制单元的工作原理是通过压缩机将经过风热交换器加热的气体输送到水热交换器中，水热交换器的温度升高，气体流过交换器时温度也相应地升高，达到理想的温度输出值。其温度传感器采集到的信号传输给PLC控制器，控制器通过调节风换热器的功率来对气体的温度进行调节。其自动放水器功能同除湿单元中的相同。
2.5 压力控制单元
瓦斯发电机组对进气口瓦斯气体的压力也有严格要求，若进入到发电机组的气体压力不够，则不利于气缸中气体的点火，导致发电机不能长期稳定地运转，因此需要对进气口处气体的压力进行精确调节。利用压力传感器对其信号进行采集，由控制器完成对其压力的调节。瓦斯气体的压力控制是使进入到发电机组的气体具有足够的能量，在发电的过程中能充分燃烧。其结构设计如图6所示。经压力传感器采集到的气体压力参数上传给控制器PLC，PLC控制器对上传的参数通过PID算法处理后，完成各开关量的调节，将输出气体的压强控制在10～20 kPa。控制系统根据管道中气体压力的变化，自动调节阀门的开关，快
速调节管道中的气体压力，使气体压力始终保持在一个恒定的压力范围内，实现对瓦斯电厂的恒压供气。气体压缩罐主要起缓冲压力、增加压力的作用。管道中气体压力大于上限值时，打开压缩泵开关，关闭排气阀，将多余的气体压入到压缩罐里，以减少管道瓦斯气体压力；而当管道中的气体压力过小时，又可通过排出压缩罐中的气体，用以增加管道气体的压力。当管道中气体的压力不足，且气体压缩罐中存储的气体压力也不足时，可以打开放空调节阀，在管道中注入空气，以增加气体的压力，使管道中的气体压力达到发电机组所需要的压力。
2.6 流量及浓度控制单元
在瓦斯发电的过程中，瓦斯气体的流量及浓度也要达到一定的稳定值，流量不稳定则发电机组工作状况也就不稳定。只有瓦斯气体流量稳定才能有利于发电机组的运行稳定，气体中甲烷的浓度适当才能使气体充分燃烧，提高发电效率。如果瓦斯流量及浓度范围变化过大，不仅严重影响瓦斯发电质量及效率，而且会对瓦斯发电机组造成损坏，使瓦斯气体利用率低，造成资源浪费和环境污染，所以，必须对输出环节的瓦斯浓度及流量进行控制，设定上下限，控制单元结构示意如图7所示。瓦斯浓度检测采用常规的红外检测仪，而流量
钢丝铠装电缆检测采用V型流量计，将检测到的浓度及流量上传至PLC控制器，控制器再与设定的上下限进行比较，输出调节信号，以实现浓度及流量的控制。
从井下抽采的瓦斯含有粉尘、水等杂质，且气源不稳定，不能满足瓦斯发电机组的要求，因而必须对气体进行预处理。在预处理系统中采用常规PID控制，对气体进行防爆、除尘、除湿处理，并控制其湿度、温度、压力、流量及浓度等参数，使气体以最佳的效果进入到发电机组。通过对瓦斯气体进行预处理，提高了自动化水平，减少了值班人员的工作量，最重要的是保障了煤矿的安全稳定生产。
gu10灯头【相关文献】
[1] 李磊.低浓度瓦斯发电技术研究现状及展望[J].矿业安全与环保，2014（2）：52-55.
[2] 庞敏敏.低浓度瓦斯发电安全输气系统的智能控制研究[D].淮南：安徽理工大学，2012.
[3] 傅国廷.低浓度瓦斯发电技术及应用[J].煤，2009（11）：63-64.
[4] 杜学工，李庆海，赵永城.鸡西矿业集团高寒地区低浓度瓦斯发电及工艺设计[J].中国煤炭，2015（6）：124-126.
[5] 吕荣强，倪克.煤矿瓦斯发电技术的研究与应用[J].煤炭工程，2014（1）：145-146.
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议