低濃度瓦斯發(fā)電廠自動化控制系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　低濃度瓦斯發(fā)電廠自動化控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　摘要：簡要介紹了瓦斯性質(zhì)特點，說明了低濃度瓦斯發(fā)電的意義，詳細論述了低濃度瓦斯發(fā)電的自動化控制方案。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：低濃度瓦斯 甲烷 自動化控制系統(tǒng) 分散控制系統(tǒng) </p><p>　　中圖分類號：O625.14 文獻標識碼： A </p><p>

2、　　煤層氣在煤礦稱為煤礦瓦斯、煤層甲烷，它是成煤過程中經(jīng)過生物化學(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式天然氣體，也就是煤層在開采過程釋放出來的瓦斯或沼氣。對于煤礦開采是一種有害氣體，在空氣中含量達到5~16%時，遇明火就會發(fā)生爆炸，給工業(yè)生產(chǎn)以及周圍環(huán)境帶來很大的危害。 </p><p>　　1. 瓦斯的性質(zhì)特點 </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35818kJ/Nm&sup3;以上，每1000m&sup3;純瓦斯相當(dāng)于1噸燃油或1.25噸標煤，1m&sup3;純瓦斯可發(fā)電約3~4千瓦時（度）。瓦斯是一種優(yōu)質(zhì)氣體燃料，屬于潔凈能源，燃燒時只產(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，目前沒有非常有效的利用方式。每年我國低濃度瓦斯排放占到瓦斯排放量的一半以上，如果不進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，達到保護生命、保護資源、保護環(huán)境的多重目標。 </p&g

5、t;<p>　　3. 低濃度瓦斯發(fā)電廠自動化控制系統(tǒng) </p><p>　　3. 1自動化控制水平 </p><p>　　為了提高機組運行管理水平，降低運行費用，低濃度瓦斯發(fā)電廠通常采用分散控制系統(tǒng)（DCS）對機組進行監(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，機組能安全停機。 </p><p>　　在控制室內(nèi)，以LCD和鍵盤作為主要監(jiān)控手段，對機組的監(jiān)視控制可達到以下水平： </p><p>　　——在就地運行人員配合下，實現(xiàn)機組的啟/停 </p><p>　　——實現(xiàn)正常工況的監(jiān)視和控制 </p><p>　　——實現(xiàn)異常工況的監(jiān)視和控制 </p><p>　　——

7、機組負荷的控制和調(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>　　燃氣內(nèi)燃發(fā)電機組、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)電機組自帶的控制系統(tǒng)，通過專用的模塊提供界面給DCS系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)只對瓦斯發(fā)電機組進行參數(shù)顯示、改變單機的負荷大小、運行的臺數(shù)、啟動或停機，而不能對其控制系統(tǒng)參數(shù)進行改變，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)及細水霧部分的控制也在控制室內(nèi)進行控制，控制系統(tǒng)由設(shè)備自帶，通過工業(yè)以太網(wǎng)與機組的DC

9、S系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通訊，也執(zhí)行TCP/IP協(xié)議，RJ45接口。 </p><p>　　3.3自動化控制功能 </p><p>　　3.3.1 瓦斯發(fā)電機組控制系統(tǒng)包括以下的主要功能： </p><p>　　每臺機組帶有一臺就地控制柜和一臺機組控制屏。 </p><p>　　就地控制柜可實現(xiàn)發(fā)動機各類參數(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)的機房溫度，氣體泄漏報警狀態(tài)、軸流風(fēng)機運行狀態(tài)等。同時還可以實現(xiàn)空燃比的自動控制、機組冷卻多風(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>　　機組控制屏主要包括監(jiān)控觸摸屏、發(fā)電機組轉(zhuǎn)速/負荷控制器、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控制器通過總線進行通訊，與兩個擴展模塊通過485總線通訊。

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

12、><p>　　通過觸摸屏可對機組重要參數(shù)進行超限報警設(shè)置。報警分為三級：一級為聲光報警，二級為分閘報警，三級為停機報警。各報警值在出廠時均已調(diào)試好，用戶在沒有專業(yè)人員的許可和指導(dǎo)下不能隨意修改系統(tǒng)的報警參數(shù)值、該控制系統(tǒng)保護的參數(shù)及報警控制功能。 </p><p>　　轉(zhuǎn)速/負荷控制器主要調(diào)節(jié)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和實現(xiàn)機組自動加載、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/無功

13、功率、功率因數(shù)等電量參數(shù)，并實現(xiàn)自動同期并網(wǎng)、功率因數(shù)自動調(diào)節(jié)。另外機組控制屏具有數(shù)據(jù)遠傳功能與DCS之間通訊。 </p><p>　　3.3.2 瓦斯氣輸送及細水霧系統(tǒng)具有以下功能： </p><p>　　細水霧系統(tǒng)也有設(shè)備配套的PLC監(jiān)控系統(tǒng)，通過采集水霧輸送系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，實現(xiàn)運行參數(shù)實時顯示，對超限參數(shù)進行報警，并自動控制輸送系統(tǒng)執(zhí)行相關(guān)操作，保證輸送系統(tǒng)的安全可靠，同時具有報警記

14、錄、數(shù)據(jù)存儲、記錄查詢和維護功能。并通過網(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)用以對機組主輔設(shè)備及其熱力系統(tǒng)的各種信息進行采集、處理、監(jiān)視、報警、顯示和記錄等，以保證機組的安全經(jīng)濟運行，主要功能有： </p><

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

16、;/p><p>　　——連續(xù)監(jiān)視輸入的模擬量、開關(guān)量、二次參數(shù)等，一旦異常，發(fā)出 </p><p>　　報警信號，并具有多級和可變報警限值，單點和成組報警功能。 </p><p>　　——實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的存儲和檢索。 </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，實現(xiàn)緊急安全停機及某個控制

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

18、瓦斯?jié)舛瓤刂啤Ｍㄟ^控制低濃度瓦斯排空管道上調(diào)節(jié)閥的開度，來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)備的可控性進行設(shè)置，一般包括電動閥門的啟?？刂坪洼o機設(shè)備的啟停控制及相應(yīng)的聯(lián)鎖保護。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>　　——補水泵子組 </b></p><p>　　4）保護及報警信號系統(tǒng) </p><p><b>　　①聯(lián)鎖信號 </b>&l

20、t;/p><p>　　a.下列工況時應(yīng)打開煙氣旁路門: </p><p>　　——瓦斯發(fā)電機事故停機 </p><p>　　——余熱回收裝置事故等 </p><p>　　b．瓦斯發(fā)電機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，報警并自動打開全部軸流風(fēng)機；當(dāng)大于1%時，關(guān)閉瓦斯氣支管上的快速切斷閥，停燃氣發(fā)電機組，同時打開支管上的電

21、動碟閥放散。 </p><p>　　c. 瓦斯發(fā)電機組間及瓦斯氣輸送間的感煙探測器動作時或線型感溫 </p><p>　　探測器火警信號動作時停全部風(fēng)機，確定火警信號后停瓦斯發(fā)電機組。 </p><p>　　d. 當(dāng)瓦斯總管甲烷濃度低于10%時，報警；當(dāng)瓦斯總管甲烷濃度低于9%時，關(guān)閉各瓦斯支管電動閘閥﹑電動蝶閥和燃機進口瓦斯支管上電磁式快速關(guān)斷閥，停燃機，同時打開

22、瓦斯泵站抽放系統(tǒng)放空管電動閘閥及瓦斯支管電動閘閥前的放散管電動蝶閥。 </p><p>　　②燃氣內(nèi)燃發(fā)電機保護 </p><p>　　停機保護項目詳見燃氣內(nèi)燃發(fā)電機組控制系統(tǒng)的主要功能。 </p><p><b>　?、蹐缶到y(tǒng) </b></p><p>　　機組熱工報警功能主要由DCS系統(tǒng)的LCD實現(xiàn)，常規(guī)報警信號系

23、統(tǒng)作為LCD報警的補充，部分重要項目為重復(fù)設(shè)置。 </p><p>　　進入常規(guī)報警裝置的信號包括以下內(nèi)容： </p><p>　　——最主要的參數(shù)偏離正常值 </p><p>　　——機組保護跳閘的主要原因 </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)保意識的不斷提高，越來越多的低濃度瓦斯發(fā)電廠將投資建設(shè)。本文對低濃度瓦斯發(fā)電廠自動化控制方案進行了詳細介紹，以期對低濃度瓦斯發(fā)電廠自動化控制系統(tǒng)設(shè)計提供參考和借鑒。 </p><p><b>　　參考文獻： </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>