專利名稱：煤礦就地氣化的數(shù)控地面控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種礦物能源應(yīng)用的控制裝置，確切地說，涉及一種把煤炭在煤礦里就地氣化的地面控制裝置。
隨著當(dāng)代工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和人類精神物質(zhì)文明發(fā)展的需要，對(duì)能源的需求也越來越高，傳統(tǒng)的礦物能源轉(zhuǎn)換模式已不能適應(yīng)當(dāng)代需要。由于大規(guī)模的開采，石油天然氣資源的儲(chǔ)存量正在急驟減少，而地底下煤炭的資源則要豐富得多，但是傳統(tǒng)方式的煤的開采運(yùn)輸和應(yīng)用很不適應(yīng)當(dāng)代文明發(fā)展。隨著人類科技水平的提高，可以采用新的模式開采煤礦，既可以擺曉沉重勞累的體力勞動(dòng)，又大大減少環(huán)境污染，還可以象石油一樣方便使用。新的模式之一就是將煤在地下就地氣化，這種方式在化學(xué)工藝上已經(jīng)試驗(yàn)過關(guān)，國內(nèi)已經(jīng)采用比較傳統(tǒng)的人工操作方法投入小規(guī)模應(yīng)用。例如山東德州煤炭礦務(wù)局已經(jīng)采用地下氣化而獲取每立方熱量達(dá)3800大卡的煤氣?，F(xiàn)在的問題是如何實(shí)現(xiàn)大規(guī)模地下氣化的開發(fā)條件。由于在煤礦進(jìn)行地下氣化反應(yīng)，其裝置的結(jié)構(gòu)不可能象地面上的煤氣發(fā)生爐那樣規(guī)范，而必須使參與反應(yīng)的各項(xiàng)操作參數(shù)(如氧氣、水、溫度、蒸汽等)都能隨著地下結(jié)構(gòu)條件的變化而進(jìn)行隨機(jī)調(diào)整。所以，如果采用傳統(tǒng)的分離設(shè)備、自動(dòng)化儀表和集散式微機(jī)控制的方式來組成控制裝置，其復(fù)雜程度將是異乎尋常的，且從研制、中試到產(chǎn)品定型要有相當(dāng)漫長的過程，不可能在短期內(nèi)實(shí)施產(chǎn)業(yè)化。
本實(shí)用新型的目的是提供一種利用航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)為主體而構(gòu)成的煤礦就地氣化的數(shù)控地面控制裝置。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的包括有渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、換熱器、水泵，其特征在于在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)后側(cè)裝有數(shù)控電機(jī)驅(qū)動(dòng)的螺桿壓縮機(jī)，在發(fā)動(dòng)機(jī)前側(cè)裝有與燃?xì)鉁u輪同軸的發(fā)電機(jī)，設(shè)有將渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)排出的高熱富氧壓縮空氣和經(jīng)氣、水換熱器獲取的過熱水蒸汽由數(shù)控水泵分別送至氣化煤層的管道；在管道末端設(shè)有若干個(gè)數(shù)控閥門；上述氣水換熱器的高熱空氣進(jìn)口與渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣出口相連通；在壓縮機(jī)、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、換熱器和水泵的出口處都設(shè)有壓力、溫度傳感器，在裝置近旁還設(shè)有采集上述各傳感器參數(shù)和對(duì)各部件裝置進(jìn)行數(shù)字控制的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。
本實(shí)用新型是利用當(dāng)代高技術(shù)通用單元設(shè)備和航空渦輪燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)研制的產(chǎn)品。以航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)為整套裝置的動(dòng)力核心，構(gòu)成一個(gè)技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)簡單、大功率的數(shù)控壓縮空氣源，滿足煤炭氣化反應(yīng)的受控供氧需要；又利用熱力學(xué)梯級(jí)利用概念和與動(dòng)力裝置配套的換熱器，構(gòu)成高效數(shù)控蒸汽源，滿足氣化反應(yīng)的受控供水條件；還利與上述氣源和蒸汽源伴生的供熱裝置，滿足了氣化反應(yīng)的溫度控制要求；與燃?xì)鉁u輪同軸并被其驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)可輸送電能給裝置作為能源使用。再采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)采集各部件裝置的實(shí)時(shí)參數(shù)，利用先進(jìn)的信息處理方法，使各個(gè)部件裝置都處于最佳工藝參數(shù)狀態(tài)工作，所以，本實(shí)用新型可以適應(yīng)各種條件不同規(guī)模的煤礦作為其就地氣化的地面控制裝置。整個(gè)裝置與采用常規(guī)自動(dòng)化儀表或集散式微機(jī)控制構(gòu)成的設(shè)備相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、能耗少、功能強(qiáng)，可靠性好，易操作維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)；且裝置不需要冷卻水、也不產(chǎn)生有害氣體，不會(huì)有環(huán)境污染、熱利用率可達(dá)95％以上。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)組成示意圖參見
圖1，本實(shí)用新型裝置的動(dòng)力核心是航空渦輪燃?xì)廨啓C(jī)1，由其為主提供煤礦氣化反應(yīng)所需的氧氣、水蒸汽和與上述高熱氣體伴生的溫度條件。在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)1的后側(cè)裝有數(shù)控電機(jī)3驅(qū)動(dòng)的數(shù)控螺桿壓縮機(jī)2，用于為燃?xì)廨啓C(jī)1提供燃料并控制渦輪燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)1的工作狀態(tài)。渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)1可采用普通的航空燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)或改裝，毋需作結(jié)構(gòu)上的過多改動(dòng)，甚至可以直接使用退役或淘汰的軍用或民用渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，由其作為空氣動(dòng)力站和熱源，渦輪燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)1與普通燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)一樣，是由空氣壓氣機(jī)、燃燒室、燃?xì)鉁u輪和燃?xì)庋a(bǔ)燃燃燒室組成，工作時(shí)，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)1經(jīng)其中部燃燒室排出的燃?xì)馐呛趿枯^高(約20－22％)、溫度較高(約140－150℃)、壓力稍低些(約0.25MPa)的壓縮空氣，經(jīng)管道6被引入氣化煤層10。經(jīng)補(bǔ)燃燃燒室送出的燃?xì)鈩t是含氧量較低(約15－18％)、溫度較低(100－110℃)、壓力較高(0.3－0.4MPa)的壓縮空，該壓縮空氣的出口與氣水換熱器4的進(jìn)口相連通可將壓縮空氣引入由廢熱鍋爐改裝而成的氣水換熱器4進(jìn)行熱交換，將從數(shù)控水泵5送入換熱器4中的水加熱成水蒸汽，經(jīng)管道7送入氣化煤層10。同時(shí)渦輪燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)1中的燃?xì)鉁u輪驅(qū)動(dòng)其前端安設(shè)的發(fā)電機(jī)9旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能，供給整個(gè)裝置使用。在上述管道6、7的末端設(shè)置有若干個(gè)數(shù)控閥門V1－Vn，以控制壓縮空氣和水蒸汽的排放。在數(shù)控壓縮機(jī)2、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)1、換熱器4和水泵5的出口處都設(shè)有壓力、溫度傳感器11－19，本裝置近旁還設(shè)有采集上述各個(gè)傳感器11－19的數(shù)據(jù)和對(duì)上述各個(gè)部件裝置(如數(shù)控電機(jī)3、數(shù)控壓縮機(jī)2、數(shù)控水泵5和各個(gè)數(shù)控閥門V1－Vn進(jìn)行數(shù)字控制的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)8。上述數(shù)控閥門V1－Vn分別是熱空氣分配閥組和蒸汽分配閥組，其用途是嚴(yán)格按照煤炭氣化反應(yīng)過程的需要定時(shí)控制注入各注氣進(jìn)口壓縮空和蒸汽。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)8可以采用PC－1型工業(yè)過程控制工作站，關(guān)鍵是需采用實(shí)時(shí)過程控制軟件包，例如在PARAGON或功能更強(qiáng)的控制軟件中裝入氣化反應(yīng)工藝控制策略的實(shí)時(shí)操作軟件進(jìn)行協(xié)調(diào)運(yùn)行。
由于本發(fā)發(fā)明是采用當(dāng)代成熟的高科技成果組合構(gòu)成，且由信息處理設(shè)備聯(lián)成有機(jī)整體，其工作可靠性比任何傳統(tǒng)的煤炭氣化裝置高得多，特別適合各種條件和規(guī)模的煤礦作為就地氣化的地面控制裝置，而且與常規(guī)裝置相比較，無論是功能、維護(hù)管理、工程施工、投資還是工作可靠、能源消耗和環(huán)境保護(hù)等方面都有著顯著的優(yōu)點(diǎn)和進(jìn)步。其中航空燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)可以選用民航或空軍倉庫中存放的退役斯貝(SPEY)512航空發(fā)動(dòng)機(jī)，毋需進(jìn)行結(jié)構(gòu)改裝，只要再配設(shè)其他通用標(biāo)準(zhǔn)部件和數(shù)控軟件，就可構(gòu)成本實(shí)用新型，應(yīng)用于各種不同大小規(guī)模的煤礦，使煤炭就地氣化。
權(quán)利要求1.一種煤態(tài)就地氣化的數(shù)控地面控制裝置，包括有渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、換熱器、水泵，其特征在于在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)后側(cè)裝有數(shù)控電機(jī)驅(qū)動(dòng)的螺桿壓縮機(jī)，在發(fā)動(dòng)機(jī)前側(cè)裝有與燃?xì)鉁u輪同軸的發(fā)電機(jī)，設(shè)有將渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)排出的高熱富氧壓縮空氣和經(jīng)氣、水換熱器獲取的過熱水蒸汽由數(shù)控水泵分別送至氣化煤層的管道；在管道末端設(shè)有若干個(gè)數(shù)控閥門；上述氣水換熱器的高熱空氣進(jìn)口與渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣出口相連通；在壓縮機(jī)、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、換熱器和水泵的出口處都設(shè)有壓力、溫度傳感器，在裝置近旁還設(shè)有采集上述各傳感器參數(shù)和對(duì)各部件裝置進(jìn)行數(shù)字控制的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。
專利摘要一種煤礦就地氣化的數(shù)控地面控制裝置，是在航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的后側(cè)安裝有數(shù)控電機(jī)驅(qū)動(dòng)的螺桿壓縮機(jī)，前側(cè)裝有與燃?xì)鉁u輪同軸的發(fā)電機(jī)，和將渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)排出的高熱富氧壓縮空氣和經(jīng)由氣水換熱產(chǎn)生的水蒸氣送至氣化煤層的管道和管道末端安裝的多個(gè)數(shù)控閥門所組成，裝置還在各部件出口處設(shè)有溫度、壓力傳感器及將有關(guān)傳感參數(shù)處理加工及控制各部件裝置動(dòng)作的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，該裝置結(jié)構(gòu)簡單、能耗少、功能強(qiáng)、工作可靠、易操作維護(hù)。
文檔編號(hào)E21B43/285GK2215020SQ9520503
公開日1995年12月13日 申請(qǐng)日期1995年3月16日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月16日
發(fā)明者石行 申請(qǐng)人:北京市西城區(qū)新開通用試驗(yàn)廠