低浓度瓦斯发电厂自动化控制系统设计.doc

1、低浓度瓦斯发电厂自动化控制系统设计摘要：简要介绍了瓦斯性质特点，说明了低浓度瓦斯发电的意义，详细论述了低浓度瓦斯发电的自动化控制方案。 关键词：低浓度瓦斯 甲烷 自动化控制系统 分散控制系统 中图分类号：O625.14 文献标识码： A 煤层气在煤矿称为煤矿瓦斯、煤层甲烷，它是成煤过程中经过生物化学热解作用以吸附或游离状态赋存于煤层及固岩的自储式天然气体，也就是煤层在开采过程释放出来的瓦斯或沼气。对于煤矿开采是一种有害气体，在空气中含量达到 516%时，遇明火就会发生爆炸，给工业生产以及周围环境带来很大的危害。 1. 瓦斯的性质特点 瓦斯的主要成份是甲烷，是一种主要的温室气体。另一方面甲烷的发

2、热量高达 35818kJ/Nm以上，每 1000m纯瓦斯相当于 1 吨燃油或 1.25 吨标煤，1m纯瓦斯可发电约 34 千瓦时（度） 。瓦斯是一种优质气体燃料，属于洁净能源，燃烧时只产生微量的烟尘、二氧化硫和氮氧化物气体，是洁净的一次气体燃料和宝贵的化工原料。 2. 低浓度瓦斯发电的意义 低浓度瓦斯是指甲烷浓度低于 25%的瓦斯，目前没有非常有效的利用方式。每年我国低浓度瓦斯排放占到瓦斯排放量的一半以上，如果不进行利用直接排入大气，不仅增加温室效应、破坏大气臭氧层，而且还是煤矿安全生产的最大隐患。 利用低浓度瓦斯发电既可以有效地解决煤矿瓦斯事故、改善煤矿安全生产条件，又有利于增加洁净能源供应

3、、减少温室气体排放，达到保护生命、保护资源、保护环境的多重目标。 3. 低浓度瓦斯发电厂自动化控制系统 3. 1 自动化控制水平 为了提高机组运行管理水平，降低运行费用，低浓度瓦斯发电厂通常采用分散控制系统（DCS）对机组进行监视、控制。其功能范围包括：数据采集和处理系统（DAS） ，模拟量控制系统（MCS）和辅机顺序控制系统（SCS） ，并配置必要的后备监控设备，以保证当分散控制系统故障时，机组能安全停机。 在控制室内，以 LCD 和键盘作为主要监控手段，对机组的监视控制可达到以下水平： 在就地运行人员配合下，实现机组的启/停 实现正常工况的监视和控制 实现异常工况的监视和控制 机组负荷的控

4、制和调整 数据保存、记录和打印 3.2 控制方式 低浓度瓦斯发电厂通常采用就地集中控制方式。 燃气内燃发电机组、余热回收装置及其附属系统采用集中控制。控制室布置在主控办公楼内。控制室下设电缆夹层。 瓦斯发电机组自带的控制系统，通过专用的模块提供界面给 DCS 系统，DCS 系统只对瓦斯发电机组进行参数显示、改变单机的负荷大小、运行的台数、启动或停机，而不能对其控制系统参数进行改变，通讯协议为工业以太网 MOUDBUS TCP/IP，接口方式为 RJ45。 瓦斯气输送系统及细水雾部分的控制也在控制室内进行控制，控制系统由设备自带，通过工业以太网与机组的 DCS 系统进行数据通讯，也执行 TCP/

5、IP 协议，RJ45 接口。 3.3 自动化控制功能 3.3.1 瓦斯发电机组控制系统包括以下的主要功能： 每台机组带有一台就地控制柜和一台机组控制屏。 就地控制柜可实现发动机各类参数（缸温、排温、油温、水温、水位、水压、油压、转速等）的采集，也可采集集装箱内的机房温度，气体泄漏报警状态、轴流风机运行状态等。同时还可以实现空燃比的自动控制、机组冷却多风扇、油加热器、防爆灯及空调等用电设备的控制等。机组控制屏主要包括监控触摸屏、发电机组转速/负荷控制器、电量参数采集控制器和主断路器等。 触摸屏与就地控制柜中的四个控制器通过总线进行通讯，与两个扩展模块通过 485 总线通讯。主要功能如下： (1)

6、显示发电机组及其外围的所有参数，对主要参数进行曲线显示； (2)发出各种控制指令； (3)对各个控制器进行参数设置； (4)运行数据保存，历史数据查询； (5)记录报警信息。 通过触摸屏可对机组重要参数进行超限报警设置。报警分为三级：一级为声光报警，二级为分闸报警，三级为停机报警。各报警值在出厂时均已调试好，用户在没有专业人员的许可和指导下不能随意修改系统的报警参数值、该控制系统保护的参数及报警控制功能。 转速/负荷控制器主要调节发动机的转速和实现机组自动加载、卸载的控制。电量参数采集控制器采集三相电压、三相电流、频率、有功/无功功率、功率因数等电量参数，并实现自动同期并网、功率因数自动调节。

7、另外机组控制屏具有数据远传功能与 DCS 之间通讯。 3.3.2 瓦斯气输送及细水雾系统具有以下功能： 细水雾系统也有设备配套的 PLC 监控系统，通过采集水雾输送系统的相关参数，实现运行参数实时显示，对超限参数进行报警，并自动控制输送系统执行相关操作，保证输送系统的安全可靠，同时具有报警记录、数据存储、记录查询和维护功能。并通过网络通讯接口和中控系统连接。 3.3.3 中控系统功能范围包括 1）数据采集和处理系统（DAS） DAS 系统用以对机组主辅设备及其热力系统的各种信息进行采集、处理、监视、报警、显示和记录等，以保证机组的安全经济运行，主要功能有： 热力系统工况显示：包括所有模拟量、开

8、关量及二次参数的单点 显示、成组显示、相关显示、棒图显示、报警显示、工艺流程图显示、趋势显示、操作指导显示、控制回路各种状态显示及机组模拟操作站显示等。 打印制表：包括成组打印，报警及参数越限打印，事件打印、事 故追忆打印、定时制表等。 连续监视输入的模拟量、开关量、二次参数等，一旦异常，发出 报警信号，并具有多级和可变报警限值，单点和成组报警功能。 实现历史数据的存储和检索。 此外还配置了部分常规仪表，其配置原则是：当分散控制系统通讯故障或操作员站全部故障时，实现紧急安全停机及某个控制器故障时，维持稳定负荷下短时安全运行并保证安全停机所必须监视的重要参数。 操作台上布置有屏幕显示器（LCD）

9、及其鼠标和键盘，以及机组紧急停运按钮等主要的监控设备。 2）模拟量控制系统（MCS） 机组的模拟量控制系统全部在 DCS 中完成。主要项目有： 抽放瓦斯浓度控制。通过控制低浓度瓦斯排空管道上调节阀的开度，来控制瓦斯气混合总管的瓦斯气浓度。 3）顺序控制系统（SCS） 顺序控制的水平将根据被控设备的可控性进行设置，一般包括电动阀门的启停控制和辅机设备的启停控制及相应的联锁保护。主要设下列子组： 烟气门子组 瓦斯阀门子组 热网循环水泵子组 补水泵子组 4）保护及报警信号系统 联锁信号 a.下列工况时应打开烟气旁路门: 瓦斯发电机事故停机 余热回收装置事故等 b瓦斯发电机组间及瓦斯气输送间室内空气中

10、甲烷浓度大于或等于0.5%时，报警并自动打开全部轴流风机；当大于 1%时，关闭瓦斯气支管上的快速切断阀，停燃气发电机组，同时打开支管上的电动碟阀放散。 c. 瓦斯发电机组间及瓦斯气输送间的感烟探测器动作时或线型感温 探测器火警信号动作时停全部风机，确定火警信号后停瓦斯发电机组。 d. 当瓦斯总管甲烷浓度低于 10%时，报警；当瓦斯总管甲烷浓度低于 9%时，关闭各瓦斯支管电动闸阀电动蝶阀和燃机进口瓦斯支管上电磁式快速关断阀，停燃机，同时打开瓦斯泵站抽放系统放空管电动闸阀及瓦斯支管电动闸阀前的放散管电动蝶阀。 燃气内燃发电机保护 停机保护项目详见燃气内燃发电机组控制系统的主要功能。 报警系统 机组

11、热工报警功能主要由 DCS 系统的 LCD 实现，常规报警信号系统作为 LCD 报警的补充，部分重要项目为重复设置。 进入常规报警装置的信号包括以下内容： 最主要的参数偏离正常值 机组保护跳闸的主要原因 DCS 系统和其它重要控制装置的电源故障 随着近些年低浓度瓦斯发电技术的不断成熟和环保意识的不断提高，越来越多的低浓度瓦斯发电厂将投资建设。本文对低浓度瓦斯发电厂自动化控制方案进行了详细介绍，以期对低浓度瓦斯发电厂自动化控制系统设计提供参考和借鉴。 参考文献： 1翟秀静,刘奎仁,韩庆.新能源技术.北京.化学工业出版社.2005 2白焰，吴鸿，杨国田。分散控制系统与现场总线控制系统基础、评选、设计和应用。北京.中国电力出版社。2001