一種瓦斯氣體自動(dòng)摻混裝置及摻混方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種瓦斯氣體自動(dòng)摻混裝置，具體的提供一種用于將高低兩種濃度的瓦斯氣體自動(dòng)按比例進(jìn)行混合，混合后得到需要的濃度值的瓦斯混合氣的自動(dòng)控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前多數(shù)高瓦斯煤礦都存在兩套瓦斯抽放系統(tǒng)，一套低濃度抽放系統(tǒng)，一套高濃度抽放系統(tǒng)，其中高濃度抽放一般農(nóng)地維持在25%以上，低濃度一般濃度多在8%以下，甚至更低，對(duì)于大多數(shù)瓦斯利用項(xiàng)目基本以瓦斯發(fā)電為主，受目前瓦斯發(fā)電技術(shù)影響，基本上8%以下濃度無(wú)法利用，如果將兩者完全混合利用往往受于瓦斯抽放濃度、壓力、流量波動(dòng)較大造成混合后濃度極其不穩(wěn)定而影響生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種瓦斯氣體自動(dòng)摻混裝置，克服現(xiàn)有技術(shù)中濃度低于8%的瓦斯氣體無(wú)法利用或者高低濃度瓦斯混合后濃度、流量波動(dòng)及壓力變化較大造成運(yùn)行不穩(wěn)定的缺陷。
[0004]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下:一種瓦斯氣體自動(dòng)摻混裝置，包括氣體混合器、控制器、所述氣體混合器上設(shè)有低濃度瓦斯進(jìn)氣口、高濃度瓦斯進(jìn)氣口及混合瓦斯氣出氣口，所述低濃度瓦斯進(jìn)氣口連接低濃度瓦斯進(jìn)氣管道，所述高濃度瓦斯進(jìn)氣口連接高濃度瓦斯進(jìn)氣管道，所述混合瓦斯氣出氣口連接混合瓦斯管道；所述低濃度瓦斯氣體管道上設(shè)有壓力傳感器、壓力平衡閥及節(jié)流控制閥，所述壓力傳感器、壓力平衡閥及節(jié)流控制閥均與所述控制器通過(guò)數(shù)據(jù)線連接；所述混合瓦斯管道上設(shè)有濃度探測(cè)儀，所述濃度探測(cè)儀通過(guò)數(shù)據(jù)線與控制器連接。
[0005]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。
[0006]本發(fā)明如上所述一種瓦斯氣體自動(dòng)摻混裝置，進(jìn)一步，所述控制器包括CPU單元和A/D轉(zhuǎn)換單元。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:
[0008]本發(fā)明當(dāng)?shù)蜐舛韧咚辜案邼舛韧咚狗謩e通過(guò)低濃度瓦斯進(jìn)氣管道和高濃度瓦斯進(jìn)氣管道計(jì)入氣體混合器后由濃度探測(cè)儀將混合后混合氣的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)輸送至控制器，控制器根據(jù)瓦斯?jié)舛刃盘?hào)和壓力傳感器輸送的壓力信號(hào)調(diào)整節(jié)流控制閥控制低濃度瓦斯氣體進(jìn)入氣體混合器的流量，以維持混合瓦斯氣體濃度在設(shè)置范圍內(nèi)，同時(shí)調(diào)整壓力平衡閥維持整套裝置壓力在規(guī)定范圍內(nèi)。
[0009]本發(fā)明還提供一種瓦斯氣體自動(dòng)摻混方法，采用權(quán)利要求1或2所述的瓦斯氣體自動(dòng)摻混裝置進(jìn)行摻混，具體包括以下步驟:
[0010]步驟(I)根據(jù)壓力傳感器檢測(cè)的當(dāng)前壓力值P及當(dāng)前節(jié)流控制閥的開度值vO，利用公式(I)獲得低濃度瓦斯氣體管道內(nèi)的當(dāng)前低濃度瓦斯流量值q，
[0011]q = f (ρ, V)公式(I)；
[0012]步驟(2)連續(xù)檢測(cè)并獲得單位時(shí)間內(nèi)混合后的瓦斯?jié)舛菴l，c2…，計(jì)算連續(xù)相鄰時(shí)間點(diǎn)濃度變化趨勢(shì)值利用公式(2)計(jì)算當(dāng)前節(jié)流控制閥的調(diào)整幅度系數(shù)kl，
[0013]kl = (cl-c2)/cl 公式(2);
[0014]步驟(3)根據(jù)當(dāng)前低濃度瓦斯流量值q和氣體混合器截面積m利用公式(3)計(jì)算低濃度瓦斯達(dá)到混合后監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)間差tk，
[0015]tk = q/m 公式⑶；
[0016]步驟(4)根據(jù)步驟(3)的時(shí)間差tk、當(dāng)前節(jié)流控制閥開度值vO及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備調(diào)整系數(shù)k，利用公式(4)計(jì)算節(jié)流控制閥調(diào)整開度值vl，
[0017]Vl= (kl*v0/tk) *k+v0。
[0018]本發(fā)明上述方法為避免節(jié)流控制閥調(diào)整滯后引起的濃度波動(dòng)，對(duì)控制器主要控制算法和程序采用趨勢(shì)預(yù)測(cè)控制策略，濃度探測(cè)儀反饋的瓦斯混合氣濃度值和壓力傳感器器反饋的壓力值及當(dāng)前節(jié)流閥反饋的開度值按照一定算法進(jìn)行變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)，根據(jù)預(yù)測(cè)值和即時(shí)反饋的瓦斯混合氣濃度值、壓力值及節(jié)流閥反饋的開度值做提前調(diào)整，快速反應(yīng)使得經(jīng)氣體混合器后混合瓦斯氣濃度穩(wěn)定，波動(dòng)最小，保證生產(chǎn)正常進(jìn)行且方便后續(xù)利用系統(tǒng)使用。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明一種瓦斯氣體自動(dòng)摻混裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下:
[0021]1、控制器，2、氣體混合器，3、節(jié)流控制閥，4、壓力平衡閥，5、混合瓦斯管道，6、壓力傳感器，7、低濃度瓦斯氣體管道，8、高濃度瓦斯進(jìn)氣管道，9、混合瓦斯管道。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明一種瓦斯氣體自動(dòng)摻混裝置，包括氣體混合器2、控制器1、所述氣體混合器2上設(shè)有低濃度度瓦斯進(jìn)氣口、高濃度瓦斯進(jìn)氣口及混合瓦斯氣出氣口，所述低濃度瓦斯進(jìn)氣口連接低濃度瓦斯進(jìn)氣管道7，所述高濃度瓦斯進(jìn)氣口連接高濃度瓦斯進(jìn)氣管道8，所述混合瓦斯氣出氣口連接混合瓦斯管道9 ;所述低濃度瓦斯氣體管道7上設(shè)有壓力傳感器6、壓力平衡閥4及節(jié)流控制閥3，所述壓力傳感器6、壓力平衡閥4及節(jié)流控制閥3均與所述控制器I通過(guò)數(shù)據(jù)線連接；所述混合瓦斯管道5上設(shè)有濃度探測(cè)儀5，所述濃度探測(cè)儀5通過(guò)數(shù)據(jù)線與控制器I連接。所述控制器I包括CPU單元和A/D轉(zhuǎn)換單元。
[0024]本發(fā)明一種瓦斯氣體自動(dòng)摻混裝置當(dāng)?shù)蜐舛韧咚辜案邼舛韧咚狗謩e通過(guò)低濃度瓦斯進(jìn)氣管道和高濃度瓦斯進(jìn)氣管道計(jì)入氣體混合器后由濃度探測(cè)儀將混合后混合氣的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)輸送至控制器，控制器根據(jù)瓦斯?jié)舛刃盘?hào)和壓力傳感器輸送的壓力信號(hào)調(diào)整節(jié)流控制閥控制低濃度瓦斯氣體進(jìn)入氣體混合器的流量，以維持混合瓦斯氣體濃度在設(shè)置范圍內(nèi)，同時(shí)調(diào)整壓力平衡閥維持整套裝置壓力在規(guī)定范圍內(nèi)。
[0025]本發(fā)明瓦斯氣體自動(dòng)摻混裝置能夠精確、靈敏的瓦斯氣體摻混控制，使得高低濃度兩種瓦斯氣體混合后濃度穩(wěn)定在8%?40%濃度范圍內(nèi)任意預(yù)值。
[0026]應(yīng)用實(shí)例:鄉(xiāng)寧縣吉寧瓦斯發(fā)電站使用本套系統(tǒng)，其中高濃度瓦斯氣體濃度在35%，低濃度瓦斯氣體濃度4%，經(jīng)本套系統(tǒng)混合后，能夠自動(dòng)調(diào)整混合濃度維持在18%，混合前低濃度瓦斯壓力8KPa，低濃度瓦斯調(diào)節(jié)節(jié)流控制閥后流量84M3/MIN，混合后流量為153MVMIN ;如采用人工方法調(diào)整，濃度波動(dòng)范圍在13?21 %，波動(dòng)范圍較大，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行不太穩(wěn)定，采用提前預(yù)測(cè)自動(dòng)調(diào)整，根據(jù)采集到的濃度、壓力信號(hào)變化趨勢(shì)按照一定算法對(duì)混合后的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行預(yù)測(cè)，提前調(diào)整，濃度波動(dòng)范圍基本能夠維持在16.5?19%，能夠保證發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。
[0027]本發(fā)明CPU采集到濃度探測(cè)儀采集的混合后瓦斯?jié)舛刃盘?hào)及壓力傳感器6檢測(cè)到的低濃度瓦斯進(jìn)氣管道內(nèi)的壓力信號(hào)，進(jìn)而控制壓力平衡閥4及節(jié)流控制閥3的開啟度。具體是:根據(jù)檢測(cè)壓力信號(hào)P、當(dāng)前節(jié)流控制閥3開度值vO，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格(經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格根據(jù)本領(lǐng)域常規(guī)的試驗(yàn)方法取得)查出當(dāng)前低濃度瓦斯流量q，再根據(jù)單位時(shí)間連續(xù)檢測(cè)混合后濃度信號(hào)Cl，c2…，連續(xù)計(jì)算相鄰時(shí)間點(diǎn)濃度變化趨勢(shì)值作為當(dāng)前節(jié)流控制閥3調(diào)整幅度系數(shù)kl，當(dāng)變化趨勢(shì)值接近或達(dá)到預(yù)設(shè)值后，根據(jù)當(dāng)前低濃度瓦斯流量值和氣體混合器2截面積m計(jì)算低濃度瓦斯達(dá)到混合后監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)間差tk，利用該時(shí)間差tk作為節(jié)流控制閥3調(diào)整速度系數(shù)計(jì)算閥門開度值。
[0028]具體計(jì)算過(guò)程:
[0029]q = f(p, v)；
[0030]kl = (cl_c2)/cl ；
[0031]tk = q/m ；
[0032]Vl = (kl*v0/tk)*k+v0，其中k為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備調(diào)整系數(shù)，vO節(jié)流控制閥當(dāng)前開度值，vl為節(jié)流控制閥調(diào)整開度值。k為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備調(diào)整系數(shù)根據(jù)具體的設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，例如當(dāng)預(yù)設(shè)混合后的瓦斯?jié)舛葹?8%，當(dāng)濃度波動(dòng)范圍過(guò)大或過(guò)小時(shí)調(diào)整k的大小控制濃度在較小的范圍內(nèi)波動(dòng)。
[0033]本發(fā)明由于采用了上述的方法可以提前調(diào)整節(jié)流控制閥的開度值，快速反應(yīng)使得經(jīng)氣體混合器后混合瓦斯氣濃度穩(wěn)定，波動(dòng)最小，保證生產(chǎn)正常進(jìn)行且方便后續(xù)利用系統(tǒng)使用。
[0034]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種瓦斯氣體自動(dòng)摻混裝置，其特征在于，包括氣體混合器、控制器，所述氣體混合器上設(shè)有低濃度瓦斯進(jìn)氣口、高濃度瓦斯進(jìn)氣口及混合瓦斯氣出氣口，所述低濃度瓦斯進(jìn)氣口連接低濃度瓦斯進(jìn)氣管道，所述高濃度瓦斯進(jìn)氣口連接高濃度瓦斯進(jìn)氣管道，所述混合瓦斯氣出氣口連接混合瓦斯管道；所述低濃度瓦斯氣體管道上設(shè)有壓力傳感器和壓力平衡閥及節(jié)流控制閥，所述壓力傳感器、壓力平衡閥及節(jié)流控制閥均與所述控制器通過(guò)數(shù)據(jù)線連接；所述混合瓦斯管道上設(shè)有濃度探測(cè)儀，所述濃度探測(cè)儀通過(guò)數(shù)據(jù)線與控制器連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種瓦斯氣體自動(dòng)摻混裝置，其特征在于，所述控制器包括CPU單元和A/D轉(zhuǎn)換單元。3.—種瓦斯氣體自動(dòng)摻混方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1或2所述的瓦斯氣體自動(dòng)摻混裝置進(jìn)行摻混，具體包括以下步驟: 步驟(I)根據(jù)壓力傳感器檢測(cè)的當(dāng)前壓力值P及當(dāng)前節(jié)流控制閥的開度值vO，利用公式(I)獲得低濃度瓦斯氣體管道內(nèi)的當(dāng)前低濃度瓦斯流量值q，q = f (ρ, V)公式(I); 步驟(2)連續(xù)檢測(cè)并獲得單位時(shí)間內(nèi)混合后的瓦斯?jié)舛菴l，c2...，計(jì)算連續(xù)相鄰時(shí)間點(diǎn)濃度變化趨勢(shì)值利用公式(2)計(jì)算當(dāng)前節(jié)流控制閥的調(diào)整幅度系數(shù)kl，kl = (cl-c2)/cl 公式⑵； 步驟(3)根據(jù)當(dāng)前低濃度瓦斯流量值q和氣體混合器截面積m利用公式(3)計(jì)算低濃度瓦斯達(dá)到混合后監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)間差tk，tk = q/m 公式(3)； 步驟(4)根據(jù)步驟(3)的時(shí)間差tk、當(dāng)前節(jié)流控制閥開度值vO及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備調(diào)整系數(shù)k，利用公式(4)計(jì)算節(jié)流控制閥調(diào)整開度值vl，Vl = (kl*v0/tk)*k+v0。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種瓦斯氣體自動(dòng)摻混裝置及摻混方法,包括氣體混合器、控制器，氣體混合器上的低濃度瓦斯進(jìn)氣口、高濃度瓦斯進(jìn)氣口及混合瓦斯氣出氣口分別連接低濃度瓦斯進(jìn)氣管道、高濃度瓦斯進(jìn)氣管道、混合瓦斯管道；低濃度瓦斯氣體管道上設(shè)有壓力傳感器、壓力平衡閥及節(jié)流控制閥。本發(fā)明當(dāng)?shù)蜐舛韧咚辜案邼舛韧咚狗謩e通過(guò)低濃度瓦斯進(jìn)氣管道和高濃度瓦斯進(jìn)氣管道計(jì)入氣體混合器后由濃度探測(cè)儀將混合后混合氣的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)輸送至控制器，控制器根據(jù)瓦斯?jié)舛刃盘?hào)和壓力傳感器輸送的壓力信號(hào)調(diào)整節(jié)流控制閥控制低濃度瓦斯氣體進(jìn)入氣體混合器的流量，以維持混合瓦斯氣體濃度在設(shè)置范圍內(nèi)，同時(shí)調(diào)整壓力平衡閥維持整套裝置壓力在規(guī)定范圍內(nèi)。
【IPC分類】B01F3/02, B01F15/04, B01F15/02
【公開號(hào)】CN104906993
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510271506
【發(fā)明人】狄小偉
【申請(qǐng)人】北京揚(yáng)德環(huán)境科技股份有限公司
【公開日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年5月25日