一種瓦斯氣體自動摻混裝置及摻混方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種瓦斯氣體自動摻混裝置，具體的提供一種用于將高低兩種濃度的瓦斯氣體自動按比例進行混合，混合后得到需要的濃度值的瓦斯混合氣的自動控制裝置。
【背景技術】
[0002]目前多數高瓦斯煤礦都存在兩套瓦斯抽放系統，一套低濃度抽放系統，一套高濃度抽放系統，其中高濃度抽放一般農地維持在25%以上，低濃度一般濃度多在8%以下，甚至更低，對于大多數瓦斯利用項目基本以瓦斯發電為主，受目前瓦斯發電技術影響，基本上8%以下濃度無法利用，如果將兩者完全混合利用往往受于瓦斯抽放濃度、壓力、流量波動較大造成混合后濃度極其不穩定而影響生產。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是提供一種瓦斯氣體自動摻混裝置，克服現有技術中濃度低于8%的瓦斯氣體無法利用或者高低濃度瓦斯混合后濃度、流量波動及壓力變化較大造成運行不穩定的缺陷。
[0004]本發明解決上述技術問題的技術方案如下:一種瓦斯氣體自動摻混裝置，包括氣體混合器、控制器、所述氣體混合器上設有低濃度瓦斯進氣口、高濃度瓦斯進氣口及混合瓦斯氣出氣口，所述低濃度瓦斯進氣口連接低濃度瓦斯進氣管道，所述高濃度瓦斯進氣口連接高濃度瓦斯進氣管道，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有壓力傳感器、壓力平衡閥及節流控制閥，所述壓力傳感器、壓力平衡閥及節流控制閥均與所述控制器通過數據線連接；所述混合瓦斯管道上設有濃度探測儀，所述濃度探測儀通過數據線與控制器連接。
[0005]在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。
[0006]本發明如上所述一種瓦斯氣體自動摻混裝置，進一步，所述控制器包括CPU單元和A/D轉換單元。
[0007]本發明的有益效果是:
[0008]本發明當低濃度瓦斯及高濃度瓦斯分別通過低濃度瓦斯進氣管道和高濃度瓦斯進氣管道計入氣體混合器后由濃度探測儀將混合后混合氣的瓦斯濃度信號輸送至控制器，控制器根據瓦斯濃度信號和壓力傳感器輸送的壓力信號調整節流控制閥控制低濃度瓦斯氣體進入氣體混合器的流量，以維持混合瓦斯氣體濃度在設置范圍內，同時調整壓力平衡閥維持整套裝置壓力在規定范圍內。
[0009]本發明還提供一種瓦斯氣體自動摻混方法，采用權利要求1或2所述的瓦斯氣體自動摻混裝置進行摻混，具體包括以下步驟:
[0010]步驟(I)根據壓力傳感器檢測的當前壓力值P及當前節流控制閥的開度值vO，利用公式(I)獲得低濃度瓦斯氣體管道內的當前低濃度瓦斯流量值q，
[0011]q = f (ρ, V)公式(I)；
[0012]步驟(2)連續檢測并獲得單位時間內混合后的瓦斯濃度Cl，c2…，計算連續相鄰時間點濃度變化趨勢值利用公式(2)計算當前節流控制閥的調整幅度系數kl，
[0013]kl = (cl-c2)/cl 公式(2);
[0014]步驟(3)根據當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)計算低濃度瓦斯達到混合后監測點時間差tk，
[0015]tk = q/m 公式⑶；
[0016]步驟(4)根據步驟(3)的時間差tk、當前節流控制閥開度值vO及現場設備調整系數k，利用公式(4)計算節流控制閥調整開度值vl，
[0017]Vl= (kl*v0/tk) *k+v0。
[0018]本發明上述方法為避免節流控制閥調整滯后引起的濃度波動，對控制器主要控制算法和程序采用趨勢預測控制策略，濃度探測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前節流閥反饋的開度值按照一定算法進行變化趨勢預測，根據預測值和即時反饋的瓦斯混合氣濃度值、壓力值及節流閥反饋的開度值做提前調整，快速反應使得經氣體混合器后混合瓦斯氣濃度穩定，波動最小，保證生產正常進行且方便后續利用系統使用。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明一種瓦斯氣體自動摻混裝置結構示意圖。
[0020]附圖中，各標號所代表的部件列表如下:
[0021]1、控制器，2、氣體混合器，3、節流控制閥，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、高濃度瓦斯進氣管道，9、混合瓦斯管道。
【具體實施方式】
[0022]以下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。
[0023]如圖1所示，本發明一種瓦斯氣體自動摻混裝置，包括氣體混合器2、控制器1、所述氣體混合器2上設有低濃度度瓦斯進氣口、高濃度瓦斯進氣口及混合瓦斯氣出氣口，所述低濃度瓦斯進氣口連接低濃度瓦斯進氣管道7，所述高濃度瓦斯進氣口連接高濃度瓦斯進氣管道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上設有壓力傳感器6、壓力平衡閥4及節流控制閥3，所述壓力傳感器6、壓力平衡閥4及節流控制閥3均與所述控制器I通過數據線連接；所述混合瓦斯管道5上設有濃度探測儀5，所述濃度探測儀5通過數據線與控制器I連接。所述控制器I包括CPU單元和A/D轉換單元。
[0024]本發明一種瓦斯氣體自動摻混裝置當低濃度瓦斯及高濃度瓦斯分別通過低濃度瓦斯進氣管道和高濃度瓦斯進氣管道計入氣體混合器后由濃度探測儀將混合后混合氣的瓦斯濃度信號輸送至控制器，控制器根據瓦斯濃度信號和壓力傳感器輸送的壓力信號調整節流控制閥控制低濃度瓦斯氣體進入氣體混合器的流量，以維持混合瓦斯氣體濃度在設置范圍內，同時調整壓力平衡閥維持整套裝置壓力在規定范圍內。
[0025]本發明瓦斯氣體自動摻混裝置能夠精確、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定在8%?40%濃度范圍內任意預值。
[0026]應用實例:鄉寧縣吉寧瓦斯發電站使用本套系統，其中高濃度瓦斯氣體濃度在35%，低濃度瓦斯氣體濃度4%，經本套系統混合后，能夠自動調整混合濃度維持在18%，混合前低濃度瓦斯壓力8KPa，低濃度瓦斯調節節流控制閥后流量84M3/MIN，混合后流量為153MVMIN ;如采用人工方法調整，濃度波動范圍在13?21 %，波動范圍較大，發動機運行不太穩定，采用提前預測自動調整，根據采集到的濃度、壓力信號變化趨勢按照一定算法對混合后的瓦斯濃度進行預測，提前調整，濃度波動范圍基本能夠維持在16.5?19%，能夠保證發動機穩定運行。
[0027]本發明CPU采集到濃度探測儀采集的混合后瓦斯濃度信號及壓力傳感器6檢測到的低濃度瓦斯進氣管道內的壓力信號，進而控制壓力平衡閥4及節流控制閥3的開啟度。具體是:根據檢測壓力信號P、當前節流控制閥3開度值vO，通過經驗數據表格(經驗數據表格根據本領域常規的試驗方法取得)查出當前低濃度瓦斯流量q，再根據單位時間連續檢測混合后濃度信號Cl，c2…，連續計算相鄰時間點濃度變化趨勢值作為當前節流控制閥3調整幅度系數kl，當變化趨勢值接近或達到預設值后，根據當前低濃度瓦斯流量值和氣體混合器2截面積m計算低濃度瓦斯達到混合后監測點時間差tk，利用該時間差tk作為節流控制閥3調整速度系數計算閥門開度值。
[0028]具體計算過程:
[0029]q = f(p, v)；
[0030]kl = (cl_c2)/cl ；
[0031]tk = q/m ；
[0032]Vl = (kl*v0/tk)*k+v0，其中k為現場設備調整系數，vO節流控制閥當前開度值，vl為節流控制閥調整開度值。k為現場設備調整系數根據具體的設備現場調試，例如當預設混合后的瓦斯濃度為18%，當濃度波動范圍過大或過小時調整k的大小控制濃度在較小的范圍內波動。
[0033]本發明由于采用了上述的方法可以提前調整節流控制閥的開度值，快速反應使得經氣體混合器后混合瓦斯氣濃度穩定，波動最小，保證生產正常進行且方便后續利用系統使用。
[0034]以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種瓦斯氣體自動摻混裝置，其特征在于，包括氣體混合器、控制器，所述氣體混合器上設有低濃度瓦斯進氣口、高濃度瓦斯進氣口及混合瓦斯氣出氣口，所述低濃度瓦斯進氣口連接低濃度瓦斯進氣管道，所述高濃度瓦斯進氣口連接高濃度瓦斯進氣管道，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有壓力傳感器和壓力平衡閥及節流控制閥，所述壓力傳感器、壓力平衡閥及節流控制閥均與所述控制器通過數據線連接；所述混合瓦斯管道上設有濃度探測儀，所述濃度探測儀通過數據線與控制器連接。2.根據權利要求1所述一種瓦斯氣體自動摻混裝置，其特征在于，所述控制器包括CPU單元和A/D轉換單元。3.—種瓦斯氣體自動摻混方法，其特征在于，采用權利要求1或2所述的瓦斯氣體自動摻混裝置進行摻混，具體包括以下步驟: 步驟(I)根據壓力傳感器檢測的當前壓力值P及當前節流控制閥的開度值vO，利用公式(I)獲得低濃度瓦斯氣體管道內的當前低濃度瓦斯流量值q，q = f (ρ, V)公式(I); 步驟(2)連續檢測并獲得單位時間內混合后的瓦斯濃度Cl，c2...，計算連續相鄰時間點濃度變化趨勢值利用公式(2)計算當前節流控制閥的調整幅度系數kl，kl = (cl-c2)/cl 公式⑵； 步驟(3)根據當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)計算低濃度瓦斯達到混合后監測點時間差tk，tk = q/m 公式(3)； 步驟(4)根據步驟(3)的時間差tk、當前節流控制閥開度值vO及現場設備調整系數k，利用公式(4)計算節流控制閥調整開度值vl，Vl = (kl*v0/tk)*k+v0。
【專利摘要】本發明涉及一種瓦斯氣體自動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氣口、高濃度瓦斯進氣口及混合瓦斯氣出氣口分別連接低濃度瓦斯進氣管道、高濃度瓦斯進氣管道、混合瓦斯管道；低濃度瓦斯氣體管道上設有壓力傳感器、壓力平衡閥及節流控制閥。本發明當低濃度瓦斯及高濃度瓦斯分別通過低濃度瓦斯進氣管道和高濃度瓦斯進氣管道計入氣體混合器后由濃度探測儀將混合后混合氣的瓦斯濃度信號輸送至控制器，控制器根據瓦斯濃度信號和壓力傳感器輸送的壓力信號調整節流控制閥控制低濃度瓦斯氣體進入氣體混合器的流量，以維持混合瓦斯氣體濃度在設置范圍內，同時調整壓力平衡閥維持整套裝置壓力在規定范圍內。
【IPC分類】B01F3/02, B01F15/04, B01F15/02
【公開號】CN104906993
【申請號】CN201510271506
【發明人】狄小偉
【申請人】北京揚德環境科技股份有限公司
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年5月25日