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)
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