瓦斯发电管理系统设计与分析
作者:jnscsh 时间:2021-06-29 09:08:17 浏览次数:次
摘要:瓦斯作为一种温室气体,温室效应突出,当前CDM能源组织要求各国要减少瓦斯排放量。瓦斯发电技术作为新能源发电技术,主要运用小型发电机组,结合烟气回热技术以及小型燃气能源转换装置,基于提升燃气燃烧效率的基础上尽可能地降低能源损耗,从而提高能源利用效能。在现阶段,瓦斯热电联产应用较广,主要将用户的采暖、电力以及供热等需求进行整合,充分利用发电后的余热,将其用作采暖或发电,一定程度上提高了热水供应效能,解决了电力紧张等问题。
关键词:瓦斯发电;管理系统;设计
1、瓦斯发电工艺技术
1.1锅炉带蒸汽轮机组发电技术
锅炉带蒸汽轮机组发电工艺方法为直接燃烧瓦斯气加热锅炉,燃气产生的热能通过锅炉将水转化为蒸汽,最终利用高温高压蒸汽作为动能冲转汽轮机拖带发电机组发电。该工艺流程复杂,由燃烧系统、锅炉系统、软水处理系统、给水系统、冷却循环水系统、汽轮机发电机组系统、高低压供配电系统和DCS控制系统等组成。一般以浓度较高的天然气为燃气的项目采用此种工艺方法,若以瓦斯气作为燃气,虽然对燃气品质要求低,但工艺复杂,站场要求大,配套水资源要求高,工程建设周期长,瓦斯抽采过程中造成气源波动稳定性差等,只适用于小型工业锅炉。有些电站采用燃煤燃气混合加热锅炉的方式,此时需配置两套燃烧方案,面对燃煤造成的高耗能高污染及国家政策管控,瓦斯发电带来的能源利用率低,当前规划的瓦斯电站已淘汰此种装机形式。由于锅炉带蒸汽轮机组发电技术较复杂,涉及的控制设备和控制测点较多,一般使用DCS集散控制系统作为面向工业级过程控制的平台,通过网络将重要数据上传至管理层实现数据监控及管理。
1.2燃气轮机发电技术
燃气轮机工作原理效仿喷气式飞机发动机,是以空气和燃气为媒介的旋转式发电设备。其结构相对简单,由动力涡轮、空压机和燃烧室3部分构成,具体工作原理为外部空气经压缩机压缩后送入燃烧室,同时也向燃烧室注入瓦斯燃料,定压混配后燃烧。利用燃烧后的高温高压烟气在燃气轮机内膨胀做功,促使驱动叶轮高速旋转带动发电机发电。燃气轮机发电较锅炉蒸汽轮机发电具有工艺方法简单、单机效率高、功率大、站场小、运营成本低等优势,但燃气轮机进气压力要求高,面对十几千帕的矿井抽采瓦斯被加压至近兆帕,必须保证瓦斯安全极限(甲烷浓度高于40%),若考虑安全输送保障,需扩大1.2倍安全系数,要求矿井抽采瓦斯浓度必须约为50%。燃气轮机发电工艺必须建立在高浓度瓦斯矿井,若气源浓度不能维持高而稳定的状态则将直接导致机组时常启停,近些年来这种装机形式也正在退出市场。此工艺技术相对简单,一般采用PLC可编程逻辑控制系统做平台,将相关重要数据封装成块,可通过数据传输的标准协议将封装的数据远程传输至管理层面,形成数据的统筹管理。以上两种发电工艺的数据传输管理方式可以满足日常工作需求,但在数据的管控一体化的方法和技术方面存在瓶颈关口难以解决。
2、瓦斯发电管理系统设计
2.1设计思路及原则
电站作为发电实体就是利用发电设备生产电能,管理和维护好核心设备,保证其安全、稳定、经济运行是重中之重。设备管理要最大程度降低设备故障率和设备运行维护成本,规范作业流程,保证安全生产。综合管理系统则以现场生产数据为基础,实现数据在线查询功能,共享及追溯数据来源信息,构造资源丰富的数据库,形成实时数据存储管理系统,为管理层提供了实时信息化平台,可对数据进行二次加工处理,面向生产管理和运营决策提供有利的数据。综合管理系统不仅能采集过程控制系统的数据,还能采集能源流向相关数据,满足了各层用户对生产过程中相关数据的采集、监控、存储、报警等功能需求。
综合管理系统设计准则必须具有安全性、稳定性、可靠性、可集成性和可扩展性。1)安全性体现在隔离技术,在综合管理系统与过程控制系统之间建立单向数据传输通道,系统完备的策略保证过程控制系统稳定运行,可靠的网络安全手段保证历史/实时数据库服务器不受病毒侵扰和数据恶意读写,从而保证了数据的一致性和完整性。2)稳定性体现在系统软件和硬件组成架构,设计选型应满足工业应用级要求,包括软硬件的冗余容错配置,局部故障不会影响系统中断。3)可集成性体现在设计时需充分利用现有资源,使新增数据信息与原数据库无缝互联进行数据交换,从而排除各个子系统形成信息孤岛的可能性。4)可扩展性体现在系统软件和硬件对第三方兼容性,无论过程控制系统是DCS或是PLC,只需提供OPC标准协议接口就能实现数据相互通讯。
2.2系统网络配置
综合管理系统网络架构设计是以企业工控交换机为核心,光纤网络传输为主干,覆盖电站生产和办公区域,实现与更高层级生产管控和信息互联共享的网络平台。平台的硬件、软件及网络协议等需符合开放系统的标准,同时相关软硬件需要较强的冗余容错能力,在网络的关键环节采取备份冗余配置,避免单点故障造成的网络中断。网络平台架构高度集成化、标准化,具有控制指令输出、历史数据追溯、实时数据动态采集、安全策略诊断等功能。系统网络以区域化和模块化建设,网络系统拓扑架构分为数据采集区、服务器区、核心区及办公信息区,实现从生产一线岗、调度岗、管理岗的数据共享,降低了员工劳动强度和运行管理费用,提高生产效率、管理质量及数据信息的传输和分析能力。综合管理系统网络平台解决方案,软件可归纳为采用先进网络骨干技术,通过运营商对接Internet,将平台进行虚拟网络划分,控制网络广播风暴,对操作权限进行级别分类,监测网络中的非法流量,增加网络安全预警。硬件配置以“设备性能稳定可靠,通讯链路冗余,带宽千兆到桌面”为准则。
2.3系统软件架构及配置
综合管理系统运用先进的SOA服务架构,采用浏览器/服务器(B/S)访问模式,支持分布式结构部署,集成化管理,實现了开发平台、管理平台、运营平台智能一体化系统架构,可与企业门户(ERP、CRM、SCM、HR)、业务流程重组(BPR)等先进技术平台无缝集成。这样为不同的领域提供了标准的技术结构平台,同时形成了一套基础数据模型,使企业信息化管理高度集成。
3、结论
综合管理系统经过多年的发展,拥有了较为成熟的解决方案,将生产工艺、业务流程、信息网络技术有机地结合,形成一套能满足当代工业各个领域的信息管理方案,能达到工业各个领域的生产管理要求。其中MIS系统可以从生产计划、生产调度、生产管理及统计、能源管理、质量把控等方面与ERP系统有机结合,其模块化架构完全满足生产使用单位各岗位、各层次级别用户的需求。
参考文献:
[1]李磊.低浓度瓦斯发电技术研究现状及展望[J].矿业安全与环保,2014,02:86-89+96.
[2]张国昌.煤矿瓦斯发电技术综述[J].车用发动机,2008,05:9-15.
作者简介:姓名桂三中,大专学历,1976年8月出生,籍贯湖南永州,单位贵州盘江煤层气开发利用有限责任公司。现职称工程师,主要从事煤矿瓦斯发电,项目设计,建设管理,以及生产管理等工作。
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