低濃度瓦斯發(fā)電站關(guān)鍵技術(shù)研究

孟憲強(qiáng)

摘? 要：瓦斯是煤礦開采過程中伴隨的一種清潔能源，是主要的溫室氣體之一，隨著各國對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視程度越來越高，國際清潔能源組織要求各個(gè)國家盡可能的降低瓦斯在煤礦開采中的排放。此外低濃度瓦斯發(fā)電站的普及，也推動(dòng)了低濃度瓦斯發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用和推廣。低濃度瓦斯發(fā)電技術(shù)能夠?qū)⒌蜐舛韧咚乖谧龉^程中產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，不僅能夠促進(jìn)煤炭企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升，還能確保煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)，對(duì)環(huán)境保護(hù)也具有十分重要的意義。本文從低濃度瓦斯發(fā)電技術(shù)原理出發(fā)，闡述低濃度瓦斯發(fā)電站在發(fā)電時(shí)需要運(yùn)用的關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)流程，以及現(xiàn)階段開展低濃度瓦斯發(fā)電工作的必要性。

關(guān)鍵詞：低濃度;瓦斯;發(fā)電站;關(guān)鍵技術(shù)

煤礦瓦斯的主要組成是甲烷，溫室效應(yīng)遠(yuǎn)高于我們呼吸發(fā)出的二氧化碳。如果不能采取有效的手段對(duì)煤礦瓦斯加以控制和處理，后果不堪設(shè)想。使用低濃度瓦斯發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)，一方面可以推動(dòng)煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)工作，使企業(yè)獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益;另一方面，可以促進(jìn)企業(yè)加強(qiáng)對(duì)環(huán)境保護(hù)的意識(shí)，提升環(huán)保效益，所以熟悉和掌握發(fā)電站低濃度瓦斯發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)，就顯得十分必要。

一、低濃度瓦斯發(fā)電技術(shù)的原理

通過水環(huán)式抽采泵從地下煤層將濃度在30%以下的瓦斯抽采出來，再經(jīng)過安全系數(shù)高的運(yùn)輸管道輸送至發(fā)電機(jī)組缸體內(nèi)，在發(fā)電機(jī)組缸體內(nèi)經(jīng)過爆燃推動(dòng)活塞做功，從而將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能并產(chǎn)生電能，這就是低濃度瓦斯發(fā)電技術(shù)的原理[1]?；谶@項(xiàng)原理，我們能夠充分發(fā)揮低濃度瓦斯在發(fā)電過程中的效能。

二、低濃度瓦斯發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)

（一）阻火技術(shù)

阻火技術(shù)的安全可靠是確保低濃度瓦斯得以實(shí)現(xiàn)發(fā)電的重要前提。我們?yōu)榱送咚钩椴上到y(tǒng)和發(fā)電機(jī)組之間能夠做到有效隔離，通常會(huì)在發(fā)電站的總進(jìn)氣管上面安置一個(gè)干式阻火器、兩個(gè)水封式阻火器;此外，為了管道在輸送低濃度瓦斯安全，需要設(shè)置三組細(xì)水霧送裝置;最后，為了發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行，還需在以下部位設(shè)置專用的阻火器：機(jī)組進(jìn)氣總管處、中冷器和增壓器中間、混合器的燃?xì)夤芫€上、進(jìn)氣管和調(diào)速節(jié)氣門之間。采用了安全這種阻火技術(shù)后，能夠?qū)⒌蜐舛韧咚拱l(fā)電的安全事故發(fā)生率降到最低，并且一旦瓦斯的濃度降低到6%，就可以從事機(jī)組的發(fā)電工作[2]。

（二）瓦斯與空氣混合增壓技術(shù)

針對(duì)瓦斯的特性，通常需要發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)出和其匹配的中冷器和增壓器，實(shí)現(xiàn)燃?xì)庠诳諝庀”〉那闆r下仍然能夠充分燃燒，同時(shí)降低熱負(fù)荷作用，從而提高發(fā)電機(jī)的輸出功率，保證燃?xì)鈾C(jī)的動(dòng)力充足，經(jīng)濟(jì)效益得以提升。這種技術(shù)可以使得瓦斯和空氣充分融合，避免了點(diǎn)火的中斷現(xiàn)象的發(fā)生，因此對(duì)低濃度瓦斯具有很好的適用性，在不需要額外增壓設(shè)備的情況下完成直接應(yīng)用煤礦抽排瓦斯發(fā)電的目標(biāo)。

（三）電控燃?xì)饣旌掀骷夹g(shù)

電控燃?xì)饣旌掀骷夹g(shù)是依靠電子控制手段，采用閉環(huán)的方法來自動(dòng)調(diào)劑混合氣空燃比，這樣做的目的可以使得發(fā)電機(jī)組對(duì)瓦斯不同濃度和壓力取得適應(yīng)能力，保證發(fā)電組在發(fā)電生產(chǎn)過程中的安全。

（四）數(shù)字點(diǎn)火技術(shù)

數(shù)字點(diǎn)火技術(shù)主要通過軟件來調(diào)整點(diǎn)火的時(shí)間和點(diǎn)火的能量，由電控單元依據(jù)不同工況下瓦斯發(fā)電機(jī)做出具體的調(diào)整決策。這項(xiàng)技術(shù)通常運(yùn)用在多缸機(jī)型上，根據(jù)每個(gè)氣缸的狀態(tài)不同分別調(diào)整每個(gè)氣缸的點(diǎn)火能量和點(diǎn)火時(shí)間，使其達(dá)到最佳運(yùn)作狀態(tài)，確保發(fā)電機(jī)在工作時(shí)具備最佳性能。

（五）稀燃技術(shù)

稀燃技術(shù)主要是利用瓦斯和空氣先混合后增壓技術(shù)完成降低空燃比的效果，然后結(jié)合新型的預(yù)燃室技術(shù)在局部增加點(diǎn)火能量的優(yōu)勢，最后通過放大點(diǎn)火能量來加快瓦斯中甲烷的燃燒速度，提高發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的同時(shí)，能有效的降低發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷造成的負(fù)面影響。

（六）全電子控制技術(shù)

一方面發(fā)電機(jī)組都安裝了TEM控制系統(tǒng)，能夠有效的對(duì)發(fā)電機(jī)組的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行電子監(jiān)控;另一方面，GPRS的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，為發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了基礎(chǔ)。

（七）余熱利用。

瓦斯發(fā)電機(jī)組發(fā)電，并不是所有的機(jī)械能都能轉(zhuǎn)化為電能。通常在發(fā)電過程中，只有33%左右的燃料能量能夠轉(zhuǎn)化電能，其他25%的燃料能量隨冷卻水消失，機(jī)身散熱會(huì)消耗10%的燃料能量，剩下的全部隨尾氣排放[3]。通過安置回收設(shè)備，使得廢棄能量的再利用成為可能，包括余熱供暖等，不僅能夠使得資源的二次利用成為可能，同時(shí)也凈化了環(huán)境，杜絕了環(huán)境污染。

三、電站的系統(tǒng)組成和流程

（一）系統(tǒng)組成

電站的的系統(tǒng)組成主要為四項(xiàng)：氣體輸送系統(tǒng)、水霧輸送系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、高低壓電氣系統(tǒng)、監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)[4]。

（二）系統(tǒng)流程

1、氣體輸送系統(tǒng)的流程：瓦斯抽放泵站-兩道水封式阻火器-三道水霧阻火器-脫水器-機(jī)組-排氣管-大氣。

2、水霧輸送系統(tǒng)流程：水霧泵-水管-水霧阻火裝置-進(jìn)氣管道-排水管-泵房吸水井。

3、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)流程：水池-循環(huán)水泵-管路-機(jī)組熱交換器-排水管路-冷卻塔-水池;機(jī)組內(nèi)部循環(huán)：機(jī)組-熱交換器-機(jī)組。

4、高低壓電氣系統(tǒng)流程：機(jī)組-低壓配電裝置-升壓變壓器-高壓配電裝置-電纜-變電所。

四、低濃度瓦斯發(fā)電的必要性

（一）高濃度瓦斯日趨減少

煤礦地區(qū)的不斷開采，導(dǎo)致瓦斯的濃度逐年下降，現(xiàn)階段高濃度瓦斯的資源儲(chǔ)量已經(jīng)很少，不能滿足發(fā)電的需求[5]。如果當(dāng)前的瓦斯發(fā)電機(jī)組不能改造成可供低濃度瓦斯使用的發(fā)電機(jī)組，后續(xù)的高濃度瓦斯將難以有效支撐現(xiàn)階段發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行，不利于我國發(fā)電事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

（二）高濃度瓦斯發(fā)電效率變低

上面說道，高濃度瓦斯的資源儲(chǔ)備已經(jīng)逐年遞減，高濃度瓦斯的氣量不足導(dǎo)致設(shè)備頻繁啟動(dòng)，阻礙發(fā)電機(jī)發(fā)電效益的提高。而低濃度的瓦斯儲(chǔ)備量卻很豐富，對(duì)于瓦斯發(fā)電的重要性日趨提升，現(xiàn)行階段對(duì)高濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組進(jìn)行改造已經(jīng)勢在必行。

結(jié)束語：

總之，低濃度瓦斯發(fā)電既符合國際組織的環(huán)保要求，又符合國家能源政策，不僅能創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，還能創(chuàng)造社會(huì)效益，對(duì)于推動(dòng)我國的發(fā)電事業(yè)的發(fā)展具有重大意義。我們要了解低濃度瓦斯發(fā)電的工藝原理和必要性，還要掌握低濃度瓦斯發(fā)電中的關(guān)鍵技術(shù)和操作流程，確保在實(shí)際的行動(dòng)中能夠應(yīng)付自如，為煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升貢獻(xiàn)出自己的一份力量。

參考文獻(xiàn)

[1]? 劉純權(quán) . 低濃度瓦斯發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備研究[J] . 中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2018，000（08X）：P.119-119.

[2]? 夏侯劍峰，趙永城 . 高寒地區(qū)低濃度瓦斯發(fā)電技術(shù)研究與應(yīng)用[J] . 科學(xué)與財(cái)富，2017，（10）：12-12.

[3]? 張群 . 低濃度瓦斯發(fā)電站關(guān)鍵技術(shù)分析[J] . 能源與環(huán)保，2019，41（8）：100-104.

[4]? 劉洪雨 . 低濃度瓦斯發(fā)電技術(shù)在峻德煤礦的應(yīng)用[J] . 科學(xué)與財(cái)富，2017，（10）：38-38，39.

[5]? 張群 . 多氣源摻混技術(shù)在高河煤礦低濃度瓦斯蓄熱氧化發(fā)電項(xiàng)目中的應(yīng)用[J] . 礦業(yè)安全與環(huán)保，2018，45（3）：51-54.