瓦斯发电发展概况修改后.ppt

瓦斯发电发展概况及其安全配气输气技术介绍,一、瓦斯发电发展概况二、安全配气输气技术,一、瓦斯发电发展概况,瓦斯的主要成分甲烷(CH4),其温室效应约为二氧化碳的21倍，在大气环境中，甲烷对全球温室效应的贡献率高达18%，仅次于二氧化碳。我国煤矿每年向大气排放瓦斯80100亿立方米，居世界第一位瓦斯综合利用可以回收资源，节约能源，减少大气层的污染，保护自然环境，促进煤矿瓦斯抽采，确保煤矿安全生产。,发电瓦斯发电有以下优越性:1.发电机组热能转化率较高，利于节约资源；1kwh电力耗气量约0.230.3m3。2.瓦斯发电效率可高达55%以上，远比燃煤电厂最高发电效率38%要高的多,单位能量排放的CO2比燃煤电厂下降47%。,世界煤层（瓦斯）气开发利用状况:据国际能源机构(IEA)估计，全世界煤层（瓦斯）气资源量达260万亿m3，每年因采煤向大气排放的煤层（瓦斯）气达315540亿m3,单位:亿立方米,2001年各产煤大国瓦斯利用量,我国瓦斯综合利用的产业政策:1、我国政府高度重视瓦斯综合利用产业的发展，已把瓦斯的勘探、开发和利用列入国家优先鼓励发展的产业和技术目录。还相继出台了一系列支持措施和优惠政策。2、我国政府鼓励外商参与从事瓦斯综合利用产业。3、由于瓦斯大量排放对全球气候产生影响，有关国际组织对开发利用瓦斯也十分重视，并提供资金支持。,瓦斯赋存量中国2000米以浅瓦斯资源量3035万亿m3，相当于450亿t标煤，居世界第三位，与全国常规天然气资源量相当。淮南煤田为我国高瓦斯煤田的典型代表，瓦斯资源丰富，瓦斯赋存总量高达5928亿m3。按年开发瓦斯量10亿m3计，可持续发展500年以上。,淮南矿区为高瓦斯矿井或者煤与瓦斯突出矿井,淮南煤田地处安徽省北部，淮河中游两岸，东西走向180公里，南北宽约30公里，煤田总面积约3600km2，已探明煤炭储量500亿吨，多为松软低透气性高瓦斯煤层。淮南煤田内现有两大矿业集团，即：淮南矿业集团公司、国投新集能源公司，以及地方小煤井40余座。目前淮南矿业集团公司共有13对生产矿井，除张集矿为高瓦斯矿井外，其余均为煤与瓦斯突出矿井。,淮南煤田瓦斯赋存总量表,2009年利用矿井利用情况表,谢桥奥地利颜巴赫21416kw发电机组,21416kw瓦斯发电站,潘一南风井德国道依茨21360kw发电机组,道依茨机组气处理设施,淮南矿业集团瓦斯发电站分布情况,2007年4月6日下午，中国科学院院士、工程院院士王思敬参观了潘一南风井发电站。,淮南矿业集团瓦斯综合利用规划总体目标：,二、低浓度瓦斯发电安全配气、输气技术,1.配气输气系统2.多变量系统的耦合与解耦3配气输气子系统控制策略和参数的确定,1.配气输气系统,低浓瓦斯输送主要方法,细水雾混合输送法,气水二项流法,水合物法,1.传感器的选择,硬件选型,2.其它硬件设备选型,瓦斯浓度检测传感器的选择,气体压力传感器的选择,气体流量传感器的选择,罗茨鼓风机的选择,变频器的选择,电动阀门的选择,系统控制难度,强耦合系统,干扰源多,延迟较严重,采用解耦控制方法,设置多个传感器,构造自适应预测补偿器,二、低浓度瓦斯发电安全配气、输气技术,1.配气输气系统2.多变量系统的耦合与解耦3配气输气子系统控制策略和参数的确定,2.多变量系统的耦合与解耦,1）耦合是多变量控制系统在生产时普遍存在的一种现象。,多变量系统,而且存在交联现象,其输入量对输出量都会产生影响。,通常要求一个输入量只对一个输出量有影响。这就是多变量系统的解耦问题。,例如：双变量系统的输出与输入关系,解耦的方法是加入一组补偿器,使最后的闭环传递矩阵成为对角线矩阵,这样可以使n个输入和n个输出互相独立,达到消除相互干扰的目的。补偿后的系统传递函数矩阵成为对角线矩阵,耦合程度的度量相对增益,相对增益用来衡量一个控制量j对一个被控制量yi的影响。,开环增益矩阵（静态耦合）,双变量耦合系统,第一放大系数：是指控制量j改变了一个时，其它控制量r(rj)均不变的情况下，j与yi之间通道的开环增益。显然它就是除j到yi通道外，其它通道全部断开时所得到的j到yi通道的静态增益。,第二放大系数：在所有其它回路均闭合，即保持其它被控制量都不变的情况下，找出各通道的开环增益，记作矩阵Q。它的元素qij的静态值称为j到yi通道的第二放大系数。,相对增益=第一放大系数/第二放大系数j到yi这个通道的相对增益为:若ij1，表明由yi和j组成的控制回路与其它回路之间没有关联。若ij=0，即pij=0，表明控制量j不影响被控量yi，则不能用j来控制yi。若ij，即qij=0，表明其它闭合回路的存在使得yi不受j的影响。,例一条母管上有两个并联支路的系统如图9-4所示。各支路均有流量控制，流经两管的总流量是不变的。假如两管道情况相同，它们的增益也相同。,结论：（1）当通道的相对增益接近于1，例如1.20.8,则表明其它通道对该通道的关联作用很小,不必采取特别的解耦措施。（2）当相对增益小于零或接近于零，说明使用本通道调节器不能得到良好的控制效果。即这个通道的变量选配不恰当，应重新选择。（3）一般在0.7或1.3范围内时,表明系统中存在严重的耦合,需进行耦合设计。,2）解耦控制方法,解耦的本质在于设置一个计算网络，减少或解除耦合，以保证各个单回路控制系统能独立地工作。解耦常用的方法有三种:一、串联解耦控制二、反馈解耦控制三、前补偿法,1、串联解耦控制,Y(s)=W(s)(s)(s)=D(s)T(s)Y(s)=W(s)D(s)T(s)设计D(s)，使W(s)D(s)相乘后成为对角阵，这样就解除了系统间的耦合，使两个控制回路不再关联。,对角矩阵法解耦器数学模型为,2、反馈解耦控制,Fd,根据串联解耦控制求Fd，再求F,3、前补偿法,前补偿法是在控制器之前(控制对象后)进行补偿的。,现在考虑反馈矩阵H(s)为单位矩阵的情况,于是可得,式中,由I+G0(s)左乘上式,得,以I-G(s)-1右乘上式的两边,则可得,所以解耦矩阵为,例多变量控制系统如图所示,试确定一组补偿器的传递函数矩阵,使得闭环系统的传递函数矩阵为,解:,由于,解耦后系统前向通道的传递矩阵,得到,根据,所以,因此,二、低浓度瓦斯发电安全配气、输气技术,1.配气输气系统2.多变量系统的耦合与解耦3配气输气子系统控制策略和参数的确定,3.配气输气子系统控制策略和参数的确定,计算对象的静态增益:,耦合对象的特性可表示为:,将F1开度与浓度T进行配对:,确定各支路的激励频率:,配对的控制对象,其闭环传递,函数为：,其闭环传递函数特征方程式为：,可求得,同理求得其他激励频率,同理求得其他激励频率,则由,配对的相对放大系数表为：,可求得耦合对象的动态增益矩阵：,则系统的相对放大系数阵列表为：,对比,配对的相对放大系数表,可知应将,配对，进行解耦,则根据解耦不变性原理，6个解耦支路模型分别为：,将解耦模型进行简化后，可得解耦网络方框图为:,针对系统中各器件存在延迟的问题，采用Smith补偿法来解决，加入Smith补偿网络后的滞后补偿控制系统方框图如下所示：,具有Smith预估器的增量输出计算子程序流程