一种极低浓度煤矿瓦斯锅炉的换向控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于煤矿瓦斯减排利用技术领域和自动化控制技术领域，涉及一种极低浓度煤矿瓦斯锅炉的换向控制方法，通过合理安排极低浓度煤矿瓦斯锅炉各个换向阀的动作时序、调整风机频率等方法，提高极低浓度煤矿瓦斯锅炉安全性和瓦斯利用效率。本技术适用于以甲烷浓度2%?3%的极低浓度煤矿瓦斯作为燃料的瓦斯锅炉自动控制系统。
【背景技术】
[0002]我国煤矿每年通过煤矿抽采泵站排入大气的甲烷约为60?75亿m3，为西气东输工程设计年输气量的50%?63%。当前煤矿瓦斯抽采泵站抽采出的瓦斯气体，其甲烷浓度一般在2%?30% ;除少量甲烷浓度高于9%的抽排瓦斯可以用于内燃机发电以外，甲烷浓度低于9 %的抽排瓦斯目前全部排放大气。对于甲烷浓度2 %?3 %的极低浓度煤矿瓦斯来说，由于存在大量过剩空气因而绝热燃烧温度降低，应用、处理难度极大，目前只有极低浓度瓦斯锅炉技术可以处理、利用术。现有极低浓度瓦斯锅炉系统控制方式粗放，存在换向期间装置流量、压力波动较大问题，对上游设备影响较大，存在安全隐患；另外，瓦斯锅炉换向期间大量未经处理的瓦斯气体直接从烟囱排放，污染环境的同时浪费大量能源。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种极低浓度煤矿瓦斯锅炉的换向控制方法，不仅能减小瓦斯锅炉换向期间流量、压力波动，减小瓦斯锅炉换向对上游设备的影响，确保运行安全；而且避免瓦斯锅炉换向期间未经处理的瓦斯气体直接从烟囱排放，提高瓦斯锅炉处理和利用瓦斯的效率，保护环境、节约能源。
[0004]为了克服现有技术的缺点和不足，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0005]一种极低浓度煤矿瓦斯锅炉，包括掺混鼓风机、抽排瓦斯安全阀组、瓦斯掺混装置、换向阀组、流量孔板、引风机、引风机变频器、锅炉本体、锅炉流量孔板、锅炉引风机、锅炉引风机变频器、烟囱和控制系统，其特征在于:
[0006]抽排瓦斯管道通过所述抽排瓦斯安全阀组连接所述瓦斯掺混装置的瓦斯进口，所述掺混鼓风机连接所述瓦斯掺混装置的空气进口，所述瓦斯掺混装置的出口通过所述换向阀组连接所述锅炉本体；所述换向阀组还连接所述引风机的进风口，所述锅炉本体的烟气出口连接所述锅炉引风机的进风口，所述引风机和所述锅炉引风机的出风口都连接至所述烟囱；
[0007]所述换向阀组包括第一换向阀、第二换向阀、第三换向阀和第四换向阀，所述第一换向阀的一端和所述第二换向阀的一端并联至所述瓦斯掺混装置的出口 ；所述第一换向阀的另一端连接所述第三换向阀的一端；所述第二换向阀的另一端连接所述第四换向阀的一端；所述第三换向阀的另一端和所述第四换向阀的另一端并联至所述引风机的进风口 ；所述锅炉本体的第一进出口与所述第一换向阀和所述第三换向阀之间的管道连通；所述锅炉本体的第二进出口与所述第二换向阀和所述第四换向阀之间的管道连通；
[0008]所述第三换向阀和所述第四换向阀并联与所述引风机进风口连接的管道上设置所述流量孔板，所述锅炉本体的烟气出口与所述锅炉引风机进风口连接的管道上设置所述锅炉流量孔板，所述引风机与所述引风机变频器电连接，所述锅炉引风机与所述锅炉引风机变频器电连接；
[0009]所述换向阀为带信号反馈电磁阀，所述换向阀、引风机变频器、锅炉引风机变频器与所述控制系统电连接。
[0010]一种极低浓度煤矿瓦斯锅炉的换向控制方法，其特征在于包括如下步骤:
[0011]I)开始换向后，第三换向阀关闭；
[0012]2)控制系统接受第三换向阀位置信号，记录关闭动作时间，判断第三换向阀到位动作时间是否€动作允许时间
[0013]如果是，执行步骤3);如果否，报警并停止动作，人工排查故障检修；
[0014]3)第二换向阀关闭同时第一换向阀开启；
[0015]4)控制系统接受第一、二换向阀位置信号，记录换向动作时间，判断第一、二换向阀到位动作时间是否 < 动作允许时间h:
[0016]如果是，执行步骤5);如果否，报警并停止动作，人工排查故障检修；
[0017]5)第四换向阀开启；
[0018]6)控制系统接受第四换向阀位置信号，记录开启动作时间，判断第四换向阀到位动作时间是否€动作允许时间
[0019]如果是，执行步骤7);如果否，报警并停止动作，人工排查故障检修；
[0020]7)换向结束，经过时间固定的换向周期后，执行步骤8);
[0021]8)再次换向，第四换向阀关闭；
[0022]9)控制系统接受第四换向阀位置信号，记录关闭动作时间，判断第四换向阀到位动作时间是否€动作允许时间
[0023]如果是，执行步骤10);如果否，报警并停止动作，人工排查故障检修；
[0024]10)第一换向阀关闭同时第二换向阀开启；
[0025]11)控制系统接受第一、二换向阀位置信号，记录换向动作时间，判断第一、二换向阀到位动作时间是否 < 动作允许时间h:
[0026]如果是，执行步骤12);如果否，报警并停止动作，人工排查故障检修；
[0027]12)第三换向阀开启；
[0028]13)控制系统接受第三换向阀位置信号，记录开启动作时间，判断第三换向阀到位动作时间是否<动作允许时间
[0029]如果是，执行步骤14);如果否，报警并停止动作，人工排查故障检修；
[0030]14)经过时间固定的换向周期后，开始再次换向并执行步骤I);
[0031]所述每个换向阀的动作允许时间为20-40秒。
[0032]换向过程开始时，通过所述锅炉引风机变频器将所述锅炉引风机频率降至最小值，同时通过所述引风机变频器将所述引风机频率增大，保持换向过程中所述流量孔板显示数值与所述锅炉流量孔板显示数值的总和同换向过程开始前保持一致，保持极低浓度煤矿瓦斯锅炉流量不变。
[0033]换向过程结束后，恢复所述锅炉引风机变频器及所述引风机变频器设置参数，始终保持极低浓度煤矿瓦斯锅炉流量不变。
[0034]本发明的极低浓度煤矿瓦斯锅炉的换向控制方法，其创新点在于:一、4个换向阀按照既定动作时序配合动作完成换向，保证所有安装在同一管道上的不同换向阀先关闭、后开启，绝对避免了因换向阀门开启、关闭未到位时的泄漏现象，避免了换向期间未经处理的极低浓度瓦斯气体直接从入口管道泄漏进出口管道排放大气。二、换向过程中，通过调节锅炉引风机变频器及引风机变频器设置参数，保持换向过程中流量孔板显示数值与锅炉流量孔板显示数值的总和同换向过程开始前、结束后保持一致，始终保持极低浓度煤矿瓦斯锅炉流量不变，减小极低浓度瓦斯锅炉换向对上游设备的影响，确保运行安全。
[0035]本发明的优点在于:一、避免极低浓度瓦斯锅炉换向期间未经处理的极低浓度瓦斯气体通过换向阀泄漏、直接从烟囱排放，提高极低浓度瓦斯锅炉处理和利用瓦斯的效率，保护环境、节约能源；二、极低浓度瓦斯锅炉换向期间流量、压力波动极小，瓦斯锅炉换向对上游设备没有影响，消除安全隐患、确保安全生产。
【附图说明】
[0036]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0037]图1是本发明实施例的系统原理图；
[0038]图2是本发明换向阀组换向动作的控制时序图；
[0039]图3是本发明换向阀组换向控制流程图。
[0040]图中:
[0041]掺混鼓风机(I)、抽排瓦斯安全阀组(2)、瓦斯掺混装置(3)、第一换向阀(4)、第二换向阀(5)、第三换向阀(6)、第四换向阀(7)、流量孔板(8)、引风机(9)、引风机变频器
(10)、锅炉本体(11)、锅炉流量孔板(12)、锅炉引风机(13)、锅炉引风机变频器(14)、烟囱
(15)、第一进出口(16)、第二进出口(17)。
【具体实施方式】
[0042]为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
[0043]图1为本发明的一种极低浓度煤矿瓦斯锅炉的系统原理图，其包括掺混鼓风机1、抽排瓦斯安全阀组2、瓦斯掺混装置3、换向阀组、流量孔板8、引风机9、引风机变频器10、锅炉本体11、锅炉流量孔板12、锅炉引风机13、锅炉引风机变频器14、烟囱15和控制系统(未示出)。抽排瓦斯管道通过抽排瓦斯安全阀组2连接瓦斯掺混装置3的瓦斯进口，掺混鼓风机I连接瓦斯掺混装置3的空气进口，瓦斯掺混装置3的出口通过换向阀组连接锅炉本体11。换向阀组还连接引风机9的进风口，锅炉本体11的烟气出口连接锅炉引风机13的进风口，引风机9和锅炉引风机12的出风口都连接至烟囱15。
[0044]其中，换向阀组包括第一换向阀4、第二换向阀5、第三换向阀6和第四换向阀7。第一换向阀4的一端和第二换向阀5的一端并联至瓦斯掺混装置3的出口 ；第一换向阀4的另一端连接第三换向阀6的一端；第二换向阀5的另一端连接第四换向阀7的一端；第三换向阀6的另一端和第四换向阀7的另一端并联至引风机9的进风口。锅炉本体11的第一进出口 16与第一换向阀4和第三换向阀6之间的管道连通；锅炉本体4的第二进出口17与第二换向阀5和第四换向