低濃度瓦斯發(fā)電廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　低濃度瓦斯發(fā)電廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：簡(jiǎn)要介紹了瓦斯性質(zhì)特點(diǎn)，說(shuō)明了低濃度瓦斯發(fā)電的意義，詳細(xì)論述了低濃度瓦斯發(fā)電的自動(dòng)化控制方案。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：低濃度瓦斯 甲烷 自動(dòng)化控制系統(tǒng) 分散控制系統(tǒng) </p><p>　　中圖分類號(hào)：O625.14 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p>

2、　　煤層氣在煤礦稱為煤礦瓦斯、煤層甲烷，它是成煤過(guò)程中經(jīng)過(guò)生物化學(xué)熱解作用以吸附或游離狀態(tài)賦存于煤層及固巖的自儲(chǔ)式天然氣體，也就是煤層在開(kāi)采過(guò)程釋放出來(lái)的瓦斯或沼氣。對(duì)于煤礦開(kāi)采是一種有害氣體，在空氣中含量達(dá)到5~16%時(shí)，遇明火就會(huì)發(fā)生爆炸，給工業(yè)生產(chǎn)以及周圍環(huán)境帶來(lái)很大的危害。 </p><p>　　1. 瓦斯的性質(zhì)特點(diǎn) </p><p>　　瓦斯的主要成份是甲烷，是一種主要的溫室氣體

3、。另一方面甲烷的發(fā)熱量高達(dá)35818kJ/Nm&sup3;以上，每1000m&sup3;純瓦斯相當(dāng)于1噸燃油或1.25噸標(biāo)煤，1m&sup3;純瓦斯可發(fā)電約3~4千瓦時(shí)（度）。瓦斯是一種優(yōu)質(zhì)氣體燃料，屬于潔凈能源，燃燒時(shí)只產(chǎn)生微量的煙塵、二氧化硫和氮氧化物氣體，是潔凈的一次氣體燃料和寶貴的化工原料。 </p><p>　　2. 低濃度瓦斯發(fā)電的意義 </p><p>

4、;　　低濃度瓦斯是指甲烷濃度低于25%的瓦斯，目前沒(méi)有非常有效的利用方式。每年我國(guó)低濃度瓦斯排放占到瓦斯排放量的一半以上，如果不進(jìn)行利用直接排入大氣，不僅增加溫室效應(yīng)、破壞大氣臭氧層，而且還是煤礦安全生產(chǎn)的最大隱患。 </p><p>　　利用低濃度瓦斯發(fā)電既可以有效地解決煤礦瓦斯事故、改善煤礦安全生產(chǎn)條件，又有利于增加潔凈能源供應(yīng)、減少溫室氣體排放，達(dá)到保護(hù)生命、保護(hù)資源、保護(hù)環(huán)境的多重目標(biāo)。 </p&g

5、t;<p>　　3. 低濃度瓦斯發(fā)電廠自動(dòng)化控制系統(tǒng) </p><p>　　3. 1自動(dòng)化控制水平 </p><p>　　為了提高機(jī)組運(yùn)行管理水平，降低運(yùn)行費(fèi)用，低濃度瓦斯發(fā)電廠通常采用分散控制系統(tǒng)（DCS）對(duì)機(jī)組進(jìn)行監(jiān)視、控制。其功能范圍包括：數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)（DAS），模擬量控制系統(tǒng)（MCS）和輔機(jī)順序控制系統(tǒng)（SCS），并配置必要的后備監(jiān)控設(shè)備，以保證當(dāng)分散控制系統(tǒng)故

6、障時(shí)，機(jī)組能安全停機(jī)。 </p><p>　　在控制室內(nèi)，以LCD和鍵盤作為主要監(jiān)控手段，對(duì)機(jī)組的監(jiān)視控制可達(dá)到以下水平： </p><p>　　——在就地運(yùn)行人員配合下，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的啟/停 </p><p>　　——實(shí)現(xiàn)正常工況的監(jiān)視和控制 </p><p>　　——實(shí)現(xiàn)異常工況的監(jiān)視和控制 </p><p>　　——

7、機(jī)組負(fù)荷的控制和調(diào)整 </p><p>　　——數(shù)據(jù)保存、記錄和打印 </p><p><b>　　3.2 控制方式 </b></p><p>　　低濃度瓦斯發(fā)電廠通常采用就地集中控制方式。 </p><p>　　燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組、余熱回收裝置及其附屬系統(tǒng)采用集中控制?？刂剖也贾迷谥骺剞k公樓內(nèi)?？刂剖蚁略O(shè)電纜夾層。 &l

8、t;/p><p>　　瓦斯發(fā)電機(jī)組自帶的控制系統(tǒng)，通過(guò)專用的模塊提供界面給DCS系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)只對(duì)瓦斯發(fā)電機(jī)組進(jìn)行參數(shù)顯示、改變單機(jī)的負(fù)荷大小、運(yùn)行的臺(tái)數(shù)、啟動(dòng)或停機(jī)，而不能對(duì)其控制系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行改變，通訊協(xié)議為工業(yè)以太網(wǎng)MOUDBUS TCP/IP，接口方式為RJ45。 </p><p>　　瓦斯氣輸送系統(tǒng)及細(xì)水霧部分的控制也在控制室內(nèi)進(jìn)行控制，控制系統(tǒng)由設(shè)備自帶，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與機(jī)組的DC

9、S系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，也執(zhí)行TCP/IP協(xié)議，RJ45接口。 </p><p>　　3.3自動(dòng)化控制功能 </p><p>　　3.3.1 瓦斯發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)包括以下的主要功能： </p><p>　　每臺(tái)機(jī)組帶有一臺(tái)就地控制柜和一臺(tái)機(jī)組控制屏。 </p><p>　　就地控制柜可實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)各類參數(shù)（缸溫、排溫、油溫、水溫、水位、水壓、油壓、

10、轉(zhuǎn)速等）的采集，也可采集集裝箱內(nèi)的機(jī)房溫度，氣體泄漏報(bào)警狀態(tài)、軸流風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等。同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)空燃比的自動(dòng)控制、機(jī)組冷卻多風(fēng)扇、油加熱器、防爆燈及空調(diào)等用電設(shè)備的控制等。 </p><p>　　機(jī)組控制屏主要包括監(jiān)控觸摸屏、發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速/負(fù)荷控制器、電量參數(shù)采集控制器和主斷路器等。 </p><p>　　觸摸屏與就地控制柜中的四個(gè)控制器通過(guò)總線進(jìn)行通訊，與兩個(gè)擴(kuò)展模塊通過(guò)485總線通訊。

11、主要功能如下： </p><p>　　(1)顯示發(fā)電機(jī)組及其外圍的所有參數(shù)，對(duì)主要參數(shù)進(jìn)行曲線顯示； </p><p>　　(2)發(fā)出各種控制指令； </p><p>　　(3)對(duì)各個(gè)控制器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置； </p><p>　　(4)運(yùn)行數(shù)據(jù)保存，歷史數(shù)據(jù)查詢； </p><p>　　(5)記錄報(bào)警信息。 </p

12、><p>　　通過(guò)觸摸屏可對(duì)機(jī)組重要參數(shù)進(jìn)行超限報(bào)警設(shè)置。報(bào)警分為三級(jí)：一級(jí)為聲光報(bào)警，二級(jí)為分閘報(bào)警，三級(jí)為停機(jī)報(bào)警。各報(bào)警值在出廠時(shí)均已調(diào)試好，用戶在沒(méi)有專業(yè)人員的許可和指導(dǎo)下不能隨意修改系統(tǒng)的報(bào)警參數(shù)值、該控制系統(tǒng)保護(hù)的參數(shù)及報(bào)警控制功能。 </p><p>　　轉(zhuǎn)速/負(fù)荷控制器主要調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動(dòng)加載、卸載的控制。電量參數(shù)采集控制器采集三相電壓、三相電流、頻率、有功/無(wú)功

13、功率、功率因數(shù)等電量參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)同期并網(wǎng)、功率因數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)。另外機(jī)組控制屏具有數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能與DCS之間通訊。 </p><p>　　3.3.2 瓦斯氣輸送及細(xì)水霧系統(tǒng)具有以下功能： </p><p>　　細(xì)水霧系統(tǒng)也有設(shè)備配套的PLC監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)采集水霧輸送系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)顯示，對(duì)超限參數(shù)進(jìn)行報(bào)警，并自動(dòng)控制輸送系統(tǒng)執(zhí)行相關(guān)操作，保證輸送系統(tǒng)的安全可靠，同時(shí)具有報(bào)警記

14、錄、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、記錄查詢和維護(hù)功能。并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊接口和中控系統(tǒng)連接。 </p><p>　　3.3.3 中控系統(tǒng)功能范圍包括 </p><p>　　1）數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)（DAS） </p><p>　　DAS系統(tǒng)用以對(duì)機(jī)組主輔設(shè)備及其熱力系統(tǒng)的各種信息進(jìn)行采集、處理、監(jiān)視、報(bào)警、顯示和記錄等，以保證機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，主要功能有： </p><

15、p>　　——熱力系統(tǒng)工況顯示：包括所有模擬量、開(kāi)關(guān)量及二次參數(shù)的單點(diǎn) </p><p>　　顯示、成組顯示、相關(guān)顯示、棒圖顯示、報(bào)警顯示、工藝流程圖顯示、趨勢(shì)顯示、操作指導(dǎo)顯示、控制回路各種狀態(tài)顯示及機(jī)組模擬操作站顯示等。 </p><p>　　——打印制表：包括成組打印，報(bào)警及參數(shù)越限打印，事件打印、事 </p><p>　　故追憶打印、定時(shí)制表等。 <

16、;/p><p>　　——連續(xù)監(jiān)視輸入的模擬量、開(kāi)關(guān)量、二次參數(shù)等，一旦異常，發(fā)出 </p><p>　　報(bào)警信號(hào)，并具有多級(jí)和可變報(bào)警限值，單點(diǎn)和成組報(bào)警功能。 </p><p>　　——實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和檢索。 </p><p>　　此外還配置了部分常規(guī)儀表，其配置原則是：當(dāng)分散控制系統(tǒng)通訊故障或操作員站全部故障時(shí)，實(shí)現(xiàn)緊急安全停機(jī)及某個(gè)控制

17、器故障時(shí)，維持穩(wěn)定負(fù)荷下短時(shí)安全運(yùn)行并保證安全停機(jī)所必須監(jiān)視的重要參數(shù)。 </p><p>　　操作臺(tái)上布置有屏幕顯示器（LCD）及其鼠標(biāo)和鍵盤，以及機(jī)組緊急停運(yùn)按鈕等主要的監(jiān)控設(shè)備。 </p><p>　　2）模擬量控制系統(tǒng)（MCS） </p><p>　　機(jī)組的模擬量控制系統(tǒng)全部在DCS中完成。主要項(xiàng)目有： </p><p>　　——抽放

18、瓦斯?jié)舛瓤刂啤Ｍㄟ^(guò)控制低濃度瓦斯排空管道上調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，來(lái)控制瓦斯氣混合總管的瓦斯氣濃度。 </p><p>　　3）順序控制系統(tǒng)（SCS） </p><p>　　順序控制的水平將根據(jù)被控設(shè)備的可控性進(jìn)行設(shè)置，一般包括電動(dòng)閥門的啟?？刂坪洼o機(jī)設(shè)備的啟?？刂萍跋鄳?yīng)的聯(lián)鎖保護(hù)。主要設(shè)下列子組： </p><p><b>　　——煙氣門子組 </b>

19、</p><p><b>　　——瓦斯閥門子組 </b></p><p>　　——熱網(wǎng)循環(huán)水泵子組 </p><p><b>　　——補(bǔ)水泵子組 </b></p><p>　　4）保護(hù)及報(bào)警信號(hào)系統(tǒng) </p><p><b>　?、俾?lián)鎖信號(hào) </b>&l

20、t;/p><p>　　a.下列工況時(shí)應(yīng)打開(kāi)煙氣旁路門: </p><p>　　——瓦斯發(fā)電機(jī)事故停機(jī) </p><p>　　——余熱回收裝置事故等 </p><p>　　b．瓦斯發(fā)電機(jī)組間及瓦斯氣輸送間室內(nèi)空氣中甲烷濃度大于或等于0.5%時(shí)，報(bào)警并自動(dòng)打開(kāi)全部軸流風(fēng)機(jī)；當(dāng)大于1%時(shí)，關(guān)閉瓦斯氣支管上的快速切斷閥，停燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，同時(shí)打開(kāi)支管上的電

21、動(dòng)碟閥放散。 </p><p>　　c. 瓦斯發(fā)電機(jī)組間及瓦斯氣輸送間的感煙探測(cè)器動(dòng)作時(shí)或線型感溫 </p><p>　　探測(cè)器火警信號(hào)動(dòng)作時(shí)停全部風(fēng)機(jī)，確定火警信號(hào)后停瓦斯發(fā)電機(jī)組。 </p><p>　　d. 當(dāng)瓦斯總管甲烷濃度低于10%時(shí)，報(bào)警；當(dāng)瓦斯總管甲烷濃度低于9%時(shí)，關(guān)閉各瓦斯支管電動(dòng)閘閥﹑電動(dòng)蝶閥和燃機(jī)進(jìn)口瓦斯支管上電磁式快速關(guān)斷閥，停燃機(jī)，同時(shí)打開(kāi)

22、瓦斯泵站抽放系統(tǒng)放空管電動(dòng)閘閥及瓦斯支管電動(dòng)閘閥前的放散管電動(dòng)蝶閥。 </p><p>　?、谌?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)保護(hù) </p><p>　　停機(jī)保護(hù)項(xiàng)目詳見(jiàn)燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的主要功能。 </p><p><b>　?、蹐?bào)警系統(tǒng) </b></p><p>　　機(jī)組熱工報(bào)警功能主要由DCS系統(tǒng)的LCD實(shí)現(xiàn)，常規(guī)報(bào)警信號(hào)系

23、統(tǒng)作為L(zhǎng)CD報(bào)警的補(bǔ)充，部分重要項(xiàng)目為重復(fù)設(shè)置。 </p><p>　　進(jìn)入常規(guī)報(bào)警裝置的信號(hào)包括以下內(nèi)容： </p><p>　　——最主要的參數(shù)偏離正常值 </p><p>　　——機(jī)組保護(hù)跳閘的主要原因 </p><p>　　——DCS系統(tǒng)和其它重要控制裝置的電源故障 </p><p>　　隨著近些年低濃度瓦斯發(fā)

24、電技術(shù)的不斷成熟和環(huán)保意識(shí)的不斷提高，越來(lái)越多的低濃度瓦斯發(fā)電廠將投資建設(shè)。本文對(duì)低濃度瓦斯發(fā)電廠自動(dòng)化控制方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹，以期對(duì)低濃度瓦斯發(fā)電廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]翟秀靜,劉奎仁,韓慶.新能源技術(shù).北京.化學(xué)工業(yè)出版社.2005 </p><p>