低濃度瓦斯發(fā)電技術(shù)及其應(yīng)用探討

王輝

摘 要：近年來(lái)瓦斯的綜合利用在我國(guó)得到快速的發(fā)展，新型、安全性高、高效的低濃度瓦斯發(fā)電技術(shù)也已井在我國(guó)逐步推廣并投入使用，并且也取得了相當(dāng)好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。不過(guò)煤礦在開(kāi)采的過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生大量的瓦斯，如果不及時(shí)的進(jìn)行合理排放的話(huà)，不僅會(huì)對(duì)礦下工作人員的人身安全造成威脅，還很容易出現(xiàn)如瓦斯爆炸等惡性事件的發(fā)生，威脅礦井安全。所以，煤礦地區(qū)的瓦斯資源大多數(shù)都是以廢氣的形式進(jìn)行排除，這樣不僅僅耗費(fèi)了大量的資源并且還嚴(yán)重污染了周邊的生活環(huán)境。所以利用煤礦開(kāi)采過(guò)程中排除的瓦斯氣體來(lái)進(jìn)行發(fā)電，這樣即可以實(shí)現(xiàn)能源的綜合利用又可以實(shí)現(xiàn)清潔能源。隨著我們科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，有一下先進(jìn)設(shè)備已經(jīng)運(yùn)用在煤礦區(qū)域。在應(yīng)用的過(guò)程當(dāng)中，隨著時(shí)間的推移，煤層中的瓦斯含量在逐年的降低，當(dāng)降到30%以下時(shí)就會(huì)無(wú)法滿(mǎn)足瓦斯發(fā)電的需求，這樣就會(huì)造成能源的再次浪費(fèi)。為了能有效提高發(fā)電效率本文特別針對(duì)低濃度瓦斯發(fā)電技術(shù)提出了一些改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：瓦斯；低濃度；發(fā)電技術(shù)；應(yīng)用

引言：瓦斯發(fā)電技術(shù)采用了我們非常成熟的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)，利用瓦斯的燃燒將其熱能轉(zhuǎn)換成為電能，瓦斯?jié)舛仍?%以上就可以使低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組開(kāi)始工作，這樣資源利用率顯著增加。由于開(kāi)采的方式存在差異，煤礦瓦斯中CH4的含量也會(huì)有顯著不一樣，以下對(duì)三種開(kāi)采方式所獲得的瓦斯介紹其特性及利用情況。1、通過(guò)地面鉆井來(lái)進(jìn)行開(kāi)采，煤礦瓦斯的CH4含量一般會(huì)大于90%，它的成分特性和天然氣的特性相似，這種類(lèi)型氣體可以利用天然氣發(fā)電設(shè)備進(jìn)行發(fā)電或著作為民用燃料，技術(shù)相對(duì)比較簡(jiǎn)單和成熟。2、通過(guò)井下瓦斯抽排系統(tǒng)開(kāi)采，煤礦瓦斯的CH4濃度一般會(huì)在3%―80%之間，由于有爆炸的潛在危險(xiǎn)，只有CH4濃度在30%以上的瓦斯得到了有效利用，而CH4濃度在6%―30%之間瓦斯的利用率相對(duì)較低。3、通過(guò)煤礦通風(fēng)設(shè)備排出瓦斯，其CH4含量大多低于1%，一般稱(chēng)它為風(fēng)排瓦斯。這部分瓦斯由于含CH4濃度偏低，在利用的技術(shù)難度和成本都比較大，所有基本都會(huì)做排空處理。要解決瓦斯利用問(wèn)題，必須先解決兩個(gè)技術(shù)難題：1）設(shè)備要對(duì)瓦斯?jié)舛茸兓鲎赃m應(yīng)處理；2）要解決低濃度瓦斯的地面安全輸送問(wèn)題，煤礦巷道里抽排得到的瓦斯?jié)舛戎挡粩嘧兓?，非常不穩(wěn)定。通常在開(kāi)始抽排時(shí)相對(duì)穩(wěn)定，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后就會(huì)下降至規(guī)定的安全標(biāo)準(zhǔn)以下。

一、瓦斯發(fā)電現(xiàn)在存在的問(wèn)題

1.1 高濃度瓦斯資源的稀缺

煤礦地區(qū)的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到50%以上能夠較好的滿(mǎn)足發(fā)電機(jī)組的需求。隨著不斷對(duì)煤炭資源的開(kāi)采以及瓦斯資源的在利用，它的濃度在逐年下降。有大量的5%到25%濃度的瓦斯氣體資源。超過(guò)30%濃度的瓦斯氣體資源的開(kāi)產(chǎn)量不到總量的10%。并且還有在下降的不利趨勢(shì)，根據(jù)預(yù)測(cè)，以這樣的下降速度，本地區(qū)的煤礦瓦斯發(fā)電機(jī)組如果在不進(jìn)行改造的情況下，會(huì)在5年內(nèi)因?yàn)槿狈Ρ匾臐舛韧咚苟黄韧C(jī)。這樣的資源無(wú)法再發(fā)電機(jī)組中直接利用。因此，對(duì)于發(fā)電效率，以及環(huán)境影響的不利因素有所增強(qiáng)。

1.2維修成本高，發(fā)電效率低

因氣量的長(zhǎng)期不足，所以造成了設(shè)備的頻繁啟動(dòng)，發(fā)電效率降低，機(jī)電故障的情況在頻繁的發(fā)生，內(nèi)燃機(jī)的工作效率僅為16%～18%。 由于目前礦井抽放濃度大部分較低，無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)有高濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組的用氣標(biāo)準(zhǔn)，而低濃度（6%～25%）氣源量相對(duì)較大，低濃度瓦斯發(fā)電所需的資源非常充足，對(duì)低濃度瓦斯發(fā)電項(xiàng)目的技術(shù)改造條件已經(jīng)具備。

二、低濃度瓦斯發(fā)電技術(shù)的改進(jìn)策略

在以保證燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組在能夠正常運(yùn)行為的前提下，做到生產(chǎn)工藝流程合理，控制噪聲、電站布局整齊、減少管線(xiàn)交叉。

2.1冷卻循環(huán)系統(tǒng)

為了滿(mǎn)足燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的實(shí)際性能需求，將冷卻系統(tǒng)分為外循環(huán)系統(tǒng)和內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，外循環(huán)使用普通的自來(lái)水，內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)使用經(jīng)過(guò)處理的軟化水，外循環(huán)通過(guò)熱交換器與內(nèi)循環(huán)進(jìn)行換熱。內(nèi)外循環(huán)系統(tǒng)通過(guò)換熱器進(jìn)行換熱工作，內(nèi)外循環(huán)系統(tǒng)又分為高、低溫冷卻系統(tǒng)。高溫冷卻內(nèi)循環(huán)主要是冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體及氣缸蓋等部件，低溫內(nèi)循環(huán)主要是冷卻機(jī)油和空氣。

2.2設(shè)備布置策略

機(jī)組布置在原壓縮機(jī)房?jī)?nèi)，由于空間較小，所以將余熱鍋爐在室外安放。對(duì)原機(jī)房的布局進(jìn)行改造，加裝軸流通風(fēng)機(jī)，頂部安裝天窗，使機(jī)房?jī)?nèi)可自然通風(fēng)散熱，室內(nèi)部分的排氣管均用100mm厚的硅酸鋁纖維管殼包扎，外層用鍍鋅鐵皮來(lái)進(jìn)行保護(hù)，低壓配電室內(nèi)放置1臺(tái)變壓器、3臺(tái)機(jī)組控制屏、低壓進(jìn)線(xiàn)柜、電瓶柜及站用配電柜等，變壓器可置于低壓配電室旁邊，高壓配電室置一臺(tái)高壓開(kāi)關(guān)柜，高壓輸出接至變電所高壓開(kāi)關(guān)柜的進(jìn)線(xiàn)端。在原有水池的基礎(chǔ)上重新布置冷卻塔。

2.3地面燃?xì)膺M(jìn)氣系統(tǒng)

在瓦斯抽放泵站放散管前引一條進(jìn)氣總管路，先經(jīng)低溫濕式放散閥來(lái)穩(wěn)定機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的壓力值，還可以防止機(jī)組產(chǎn)生故障而影響到瓦斯抽放泵的運(yùn)行穩(wěn)定，然后通過(guò)瓦斯管道專(zhuān)用阻火器、等防回火裝置，防止電站內(nèi)部的故障與危險(xiǎn)擴(kuò)散至瓦斯抽放泵及井下瓦斯管路，再經(jīng)過(guò)細(xì)水霧輸送系統(tǒng)、溢流式水封阻火器等裝置來(lái)保證瓦斯能夠安全輸送。

2.4照明及保護(hù)系統(tǒng)

發(fā)電機(jī)房?jī)?nèi)的照明設(shè)備應(yīng)該采用防爆燈具，并在機(jī)房、低、高壓配電室分別設(shè)置應(yīng)急燈照明。變壓器設(shè)瓦斯、過(guò)流、溫度等保護(hù)措施，變壓器保護(hù)兼作為高壓出線(xiàn)保護(hù)，在用戶(hù)中央配電室內(nèi)增設(shè)過(guò)流、速斷等保護(hù)，綜合保護(hù)單元安裝在6kV開(kāi)關(guān)柜內(nèi)。

三、結(jié)語(yǔ)

低濃度瓦斯發(fā)電技術(shù)的改進(jìn)可以特別有效的預(yù)防井下瓦斯造成的災(zāi)害，促進(jìn)煤層氣資源的抽放和在利用，明顯改善了我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的利用效率，實(shí)現(xiàn)煤礦以利用以抽放促、促抽放的安全和良性循環(huán)的發(fā)展模式，綜合效益有顯著的提高。

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