瓦斯發(fā)電發(fā)展概況修改后

瓦斯發(fā)電發(fā)展概況

及其安全配氣輸氣技術(shù)介紹一、瓦斯發(fā)電發(fā)展概況二、安全配氣輸氣技術(shù)一、瓦斯發(fā)電發(fā)展概況

瓦斯的主要成分甲烷(CH4),其溫室效應(yīng)約為二氧化碳的21倍，在大氣環(huán)境中，甲烷對(duì)全球溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)率高達(dá)18%，僅次于二氧化碳。我國(guó)煤礦每年向大氣排放瓦斯80～100億立方米，居世界第一位瓦斯綜合利用可以回收資源，節(jié)約能源，減少大氣層的污染，保護(hù)自然環(huán)境，促進(jìn)煤礦瓦斯抽采，確保煤礦安全生產(chǎn)。

發(fā)電瓦斯發(fā)電有以下優(yōu)越性:

1.發(fā)電機(jī)組熱能轉(zhuǎn)化率較高，利于節(jié)約資源；1kwh電力耗氣量約0.23～0.3m3。

2.瓦斯發(fā)電效率可高達(dá)55%以上，遠(yuǎn)比燃煤電廠最高發(fā)電效率38%要高的多,單位能量排放的CO2比燃煤電廠下降47%。

世界煤層（瓦斯）氣開發(fā)利用狀況:

據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)(IEA)估計(jì)，全世界煤層（瓦斯）氣資源量達(dá)260萬億m3，每年因采煤向大氣排放的煤層（瓦斯）氣達(dá)315～540億m3

國(guó)別美國(guó)澳大利亞中國(guó)加拿大德國(guó)俄羅斯英國(guó)波蘭瓦斯利用數(shù)量396.4６４３2.82.52.52單位:億立方米

2001年各產(chǎn)煤大國(guó)瓦斯利用量我國(guó)瓦斯綜合利用的產(chǎn)業(yè)政策:

1、我國(guó)政府高度重視瓦斯綜合利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，已把瓦斯的勘探、開發(fā)和利用列入國(guó)家優(yōu)先鼓勵(lì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)和技術(shù)目錄。還相繼出臺(tái)了一系列支持措施和優(yōu)惠政策。

2、我國(guó)政府鼓勵(lì)外商參與從事瓦斯綜合利用產(chǎn)業(yè)。

3、由于瓦斯大量排放對(duì)全球氣候產(chǎn)生影響，有關(guān)國(guó)際組織對(duì)開發(fā)利用瓦斯也十分重視，并提供資金支持。

瓦斯賦存量中國(guó)2000米以淺瓦斯資源量30～35萬億m3，相當(dāng)于450億t標(biāo)煤，居世界第三位，與全國(guó)常規(guī)天然氣資源量相當(dāng)?；茨厦禾餅槲覈?guó)高瓦斯煤田的典型代表，瓦斯資源豐富，瓦斯賦存總量高達(dá)5928億m3。按年開發(fā)瓦斯量10億m3計(jì)，可持續(xù)發(fā)展500年以上。

淮南礦區(qū)為高瓦斯礦井或者煤與瓦斯突出礦井

淮南煤田地處安徽省北部，淮河中游兩岸，東西走向180公里，南北寬約30公里，煤田總面積約3600km2，已探明煤炭?jī)?chǔ)量500億噸，多為松軟低透氣性高瓦斯煤層?；茨厦禾飪?nèi)現(xiàn)有兩大礦業(yè)集團(tuán)，即：淮南礦業(yè)集團(tuán)公司、國(guó)投新集能源公司，以及地方小煤井40余座。目前淮南礦業(yè)集團(tuán)公司共有13對(duì)生產(chǎn)礦井，除張集礦為高瓦斯礦井外，其余均為煤與瓦斯突出礦井?；茨厦禾锿咚官x存總量表

區(qū)塊

合計(jì)

-1000m以上-1000m～-1500m

-1500m以下謝李區(qū)

1096.04

64.55

732.44

299.05

潘集、古溝區(qū)

1311.20

276.61

885.87

158.72

張集、謝橋區(qū)

257.54

127.37

130.17

顧橋、丁集區(qū)

471.73

230.31

241.42

潘北、朱集區(qū)

531.41

173.45

359.96

展溝、口孜集

560.1

375.25

184.85

上窯、沈家崗

1232.46

1232.46

新集、劉莊區(qū)

467.77

158.07

309.70

總計(jì)

5928.25

1395.61

2842.41

1690.23

項(xiàng)目礦井抽采量（萬m3）可利用量（萬m3）利用量（萬m3）利用率（%）民用發(fā)電鍋爐合計(jì)潘一礦3134120597.68704.5359.03861.2561潘三礦2535120161.50492.08553.5846新莊孜41392271352.8040.40393.2017謝一礦19131081147.43303.14450.5741謝橋礦825561238.55238.5542張集礦3440192728.4828.481.4合計(jì)159868246659.411807.1859.032525.63312009年利用礦井利用情況表謝橋奧地利顏巴赫2×1416kw發(fā)電機(jī)組2×1416kw瓦斯發(fā)電站潘一南風(fēng)井德國(guó)道依茨

2×1360kw發(fā)電機(jī)組道依茨機(jī)組氣處理設(shè)施

謝一礦新莊孜礦潘一礦潘三礦謝橋礦張集礦（國(guó)產(chǎn)）低濃6×500kW移動(dòng)2×500kW（進(jìn)口）1360kW中央風(fēng)井（國(guó)產(chǎn)）2×500kW南風(fēng)井（進(jìn)口）2×1360kW（國(guó)產(chǎn)）4×1200kW（進(jìn)口）2×1800kW（進(jìn)口）2×1416kW（國(guó)產(chǎn)）2×500kW（進(jìn)口）2×1360kW淮南礦業(yè)集團(tuán)瓦斯發(fā)電站分布情況2007年4月6日下午，中國(guó)科學(xué)院院士、工程院院士王思敬

參觀了潘一南風(fēng)井發(fā)電站。

淮南礦業(yè)集團(tuán)瓦斯綜合利用規(guī)劃總體目標(biāo)：規(guī)劃期裝機(jī)容量萬kw發(fā)電量萬kwh瓦斯用量萬Nm32010年7.3264100214002020年14.32125400418002050年30.3226560088500二、低濃度瓦斯發(fā)電

安全配氣、輸氣技術(shù)1.配氣輸氣系統(tǒng)

2.多變量系統(tǒng)的耦合與解耦

3

配氣輸氣子系統(tǒng)控制策略和參數(shù)的確定1.配氣輸氣系統(tǒng)低濃瓦斯輸送主要方法細(xì)水霧混合輸送法氣水二項(xiàng)流法水合物法1.傳感器的選擇硬件選型2.其它硬件設(shè)備選型★瓦斯?jié)舛葯z測(cè)傳感器的選擇★氣體壓力傳感器的選擇★氣體流量傳感器的選擇★羅茨鼓風(fēng)機(jī)的選擇★變頻器的選擇★電動(dòng)閥門的選擇系統(tǒng)控制難度強(qiáng)耦合系統(tǒng)干擾源多延遲較嚴(yán)重采用解耦控制方法設(shè)置多個(gè)傳感器構(gòu)造自適應(yīng)預(yù)測(cè)補(bǔ)償器二、低濃度瓦斯發(fā)電

安全配氣、輸氣技術(shù)1.配氣輸氣系統(tǒng)

2.多變量系統(tǒng)的耦合與解耦

3

配氣輸氣子系統(tǒng)控制策略和參數(shù)的確定2.多變量系統(tǒng)的耦合與解耦1）耦合是多變量控制系統(tǒng)在生產(chǎn)時(shí)普遍存在的一種現(xiàn)象。多變量系統(tǒng),而且存在交聯(lián)現(xiàn)象,其輸入量對(duì)輸出量都會(huì)產(chǎn)生影響。

通常要求一個(gè)輸入量只對(duì)一個(gè)輸出量有影響。這就是多變量系統(tǒng)的解耦問題。

例如：雙變量系統(tǒng)的輸出與輸入關(guān)系解耦的方法是加入一組補(bǔ)償器,使最后的閉環(huán)傳遞矩陣成為對(duì)角線矩陣,這樣可以使n個(gè)輸入和n個(gè)輸出互相獨(dú)立,達(dá)到消除相互干擾的目的。補(bǔ)償后的系統(tǒng)傳遞函數(shù)矩陣成為對(duì)角線矩陣耦合程度的度量——相對(duì)增益相對(duì)增益用來衡量一個(gè)控制量μj對(duì)一個(gè)被控制量yi的影響。開環(huán)增益矩陣（靜態(tài)耦合）雙變量耦合系統(tǒng)第一放大系數(shù)：是指控制量μj改變了一個(gè)△μ時(shí)，其它控制量μr(r≠j)均不變的情況下，μj與yi之間通道的開環(huán)增益。顯然它就是除μj到y(tǒng)i通道外，其它通道全部斷開時(shí)所得到的μj到y(tǒng)i通道的靜態(tài)增益。第二放大系數(shù)：在所有其它回路均閉合，即保持其它被控制量都不變的情況下，找出各通道的開環(huán)增益，記作矩陣Q。它的元素qij的靜態(tài)值稱為μj到y(tǒng)i通道的第二放大系數(shù)。相對(duì)增益=第一放大系數(shù)/第二放大系數(shù)μj到y(tǒng)i這個(gè)通道的相對(duì)增益為:

若λij＝1，表明由yi和μj組成的控制回路與其它回路之間沒有關(guān)聯(lián)。若λij=0，即pij=0，表明控制量μj不影響被控量yi，則不能用μj來控制yi。若λij→∞，即qij=0，表明其它閉合回路的存在使得yi不受μj的影響。[例]一條母管上有兩個(gè)并聯(lián)支路的系統(tǒng)如圖9-4所示。各支路均有流量控制，流經(jīng)兩管的總流量是不變的。假如兩管道情況相同，它們的增益也相同。結(jié)論：（1）當(dāng)通道的相對(duì)增益接近于1，例如1.2>λ>0.8,則表明其它通道對(duì)該通道的關(guān)聯(lián)作用很小,不必采取特別的解耦措施。（2）當(dāng)相對(duì)增益小于零或接近于零，說明使用本通道調(diào)節(jié)器不能得到良好的控制效果。即這個(gè)通道的變量選配不恰當(dāng)，應(yīng)重新選擇。（3）一般在0.7>或>1.3范圍內(nèi)時(shí),表明系統(tǒng)中存在嚴(yán)重的耦合,需進(jìn)行耦合設(shè)計(jì)。2）解耦控制方法

解耦的本質(zhì)在于設(shè)置一個(gè)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，減少或解除耦合，以保證各個(gè)單回路控制系統(tǒng)能獨(dú)立地工作。解耦常用的方法有三種:一、串聯(lián)解耦控制二、反饋解耦控制三、前補(bǔ)償法1>、串聯(lián)解耦控制

Y(s)=W(s)

(s)

(s)=D(s)

T(s)Y(s)=W(s)D(s)

T(s)設(shè)計(jì)D(s)，使W(s)D(s)相乘后成為對(duì)角陣，這樣就解除了系統(tǒng)間的耦合，使兩個(gè)控制回路不再關(guān)聯(lián)。WT1(s)WT2(s)對(duì)角矩陣法解耦器數(shù)學(xué)模型為WT1(s)WT2(s)W11(s)W22(s)2>、反饋解耦控制

WTFWR

T

YFd根據(jù)串聯(lián)解耦控制求Fd，再求F3>、前補(bǔ)償法

前補(bǔ)償法是在控制器之前(控制對(duì)象后)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?。WT1(s)WT2(s)W11(s)W21(s)K1W12(s)K2W22(s)現(xiàn)在考慮反饋矩陣H(s)為單位矩陣的情況,于是可得

式中

由[I+G0(s)]左乘上式

得以[I-G(s)]-1右乘上式的兩邊,則可得

所以解耦矩陣為例多變量控制系統(tǒng)如圖所示,試確定一組補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)矩陣,使得閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)矩陣為解:

由于解耦后系統(tǒng)前向通道的傳遞矩陣得到根據(jù)所以因此二、低濃度瓦斯發(fā)電

安全配氣、輸氣技術(shù)1.配氣輸氣系統(tǒng)

2.多變量系統(tǒng)的耦合與解耦

3

配氣輸氣子系統(tǒng)控制策略和參數(shù)的確定3.

配氣輸氣子系統(tǒng)控制策略

和參數(shù)的確定計(jì)算對(duì)象的靜態(tài)增益:耦合對(duì)象的特性可表示為:將F1開度與濃度T進(jìn)行配對(duì):確定各支路的激勵(lì)頻率:配對(duì)的控制對(duì)象其閉環(huán)傳遞函數(shù)為：其閉環(huán)傳遞函數(shù)特征方程式為：可求得同理求得其他激勵(lì)頻率同理求得其他激勵(lì)頻率則由配對(duì)的相對(duì)放大系數(shù)表為：可求得耦合對(duì)象的動(dòng)態(tài)增益矩陣：則系統(tǒng)的相對(duì)放大系數(shù)陣列表為：對(duì)比配對(duì)的相對(duì)放大系數(shù)表可知應(yīng)將配對(duì)，進(jìn)行解耦則根據(jù)解耦不變性原理，6個(gè)解耦支路模型分別為：將解耦模型進(jìn)行簡(jiǎn)化后，可得解耦網(wǎng)絡(luò)方框圖為:針對(duì)系統(tǒng)中各器件存在延遲的問題，