瓦斯發(fā)電技術(shù)應(yīng)用研究

李中華+宋少華

摘 要：礦井瓦斯是煤礦發(fā)生重大安全事故的主要根源，同時瓦斯又是一種優(yōu)質(zhì)能源，將煤層中的瓦斯抽出并加以利用，既可以防止和減少煤礦重大瓦斯事故的發(fā)生，保證礦井安全生產(chǎn)，又可保護(hù)礦區(qū)環(huán)境，并獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。本文首先對瓦斯發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了闡述，并對其應(yīng)用現(xiàn)狀和實踐進(jìn)行了相關(guān)研究。

關(guān)鍵詞：瓦斯發(fā)電技術(shù)；應(yīng)用

前言

礦井瓦斯是一種極強(qiáng)的溫室氣體，排入大氣中會產(chǎn)生強(qiáng)烈的溫室效應(yīng)，比二氧化碳大21 倍，將對環(huán)境造成極大破壞，如果能在保證安全的前提下，將抽出的瓦斯加以利用，既可消除瓦斯造成的安全隱患，又能使資源得到充分利用，保護(hù)大氣環(huán)境，達(dá)到“以用促抽”的目的。瓦斯發(fā)電是瓦斯利用的主流，發(fā)電廠可就近抽放站建立，避免了遠(yuǎn)距離輸送，增大了安全系數(shù)，發(fā)電產(chǎn)生的余熱還可以再利用，使瓦斯的利用效率更高。而瓦斯發(fā)電的核心就是發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性和先進(jìn)性是瓦斯發(fā)電取得良好效益的關(guān)鍵。瓦斯發(fā)電技術(shù)在國際已有幾十年歷史，技術(shù)成熟，已經(jīng)形成大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。國外已有美國卡特、奧地利彥巴赫、德國曼海姆三大燃?xì)鈾C(jī)組生產(chǎn)廠商，國內(nèi)有勝東集團(tuán)等生產(chǎn)廠商。我國政策規(guī)定所有煤礦企業(yè)不得直接排空瓦斯，必須利用或者處理瓦斯后才可以采煤，這使瓦斯發(fā)電就成為瓦斯利用的最主要的方法。因此，對瓦斯發(fā)電技術(shù)進(jìn)行研究有著重要的現(xiàn)實意義。

1.瓦斯發(fā)電技術(shù)概述

1.1瓦斯特性分析

煤礦瓦斯屬于非常規(guī)天然氣體，主要是指在煤礦采煤中散發(fā)出來的有害氣體，具有無味、無色、易爆、易燃等特征，主要成分為甲烷。若空氣中的甲烷濃度達(dá)到了10%左右時，遇明火易誘發(fā)爆炸。從整體上來講，瓦斯是煤礦的頭號安全殺手，也為一種利用價值較高的潔凈能源。我國煤層氣資源相對豐富，排行世界第三，每年采煤易排放大量瓦斯。

1.2瓦斯發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用方式

1.2.1內(nèi)燃機(jī)瓦斯發(fā)電

利用煤礦井下瓦斯抽放系統(tǒng)，結(jié)合地面輸送系統(tǒng)進(jìn)行瓦斯的開采，此類瓦斯時煤礦開采時散發(fā)出的一種附屬氣體，濃度大，約為5 0%左右，且氣體流量穩(wěn)定性能不佳。在煤礦采煤過程中，借助負(fù)壓風(fēng)機(jī)，將其抽取到地面，若瓦斯?jié)舛容^低，且與瓦斯爆炸濃度范圍相接近時，遇明火易爆炸。為了保證開采的安全，必須確定其濃度。據(jù)相關(guān)研究顯示，當(dāng)瓦斯?jié)舛?gt;4 0%時，可將高瓦斯無償供給居民使用，而濃度<4 0%的瓦斯可點燃排放。此類瓦斯利用率低，但發(fā)電利用價值高。在現(xiàn)階段，這類瓦斯發(fā)電技術(shù)可節(jié)能減排，當(dāng)前主要將濃度>3 0%的瓦斯用來發(fā)電，按照內(nèi)燃機(jī)發(fā)電工藝要求，供氣壓力<0 . 0 5 M P a，爆炸濃度>15%；按照燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電工藝要求，供氣壓力>0.7 MPa，爆炸濃度>30%。

1.2.2 燃?xì)廨啓C(jī)瓦斯發(fā)電

在煤層上，直接鉆孔開采出來的瓦斯氣甲烷濃度高，危險系數(shù)較低，可用作加壓罐裝運輸，也可做遠(yuǎn)距離管道輸送，多應(yīng)用于民用燃料與化工原料中。此外，這類瓦斯發(fā)電技術(shù)易控制，穩(wěn)定性高，可結(jié)合燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，但氣源緊張。

1.2.3乏風(fēng)瓦斯發(fā)電

在煤炭開采中，為了保證工作人員能夠呼吸到新鮮空氣，必須要往井下壓傳送清潔空氣，此時從井下通風(fēng)處排出的廢氣中存在微量瓦斯，易造成大氣污染與能源浪費。煤礦乏風(fēng)瓦斯發(fā)電主要將瓦斯?jié)舛?gt;0.2%的乏風(fēng)置入氧化器中，進(jìn)行燃燒，借助燃燒能量來銷毀瓦斯，同時可利用燃燒中的余熱來制取熱水，帶動汽輪機(jī)發(fā)電。

2瓦斯發(fā)電技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

傳統(tǒng)瓦斯發(fā)電主要利用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，通過瓦斯提升壓力，基于高溫加壓狀態(tài)下增加爆炸上限，一般低濃度瓦斯易爆炸。通常燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電要求瓦斯?jié)舛雀?，易增大壓縮設(shè)備的壓縮量，增加功耗。隨著內(nèi)燃機(jī)瓦斯發(fā)電機(jī)組的出現(xiàn)，甲烷濃度>3 0%的瓦斯得到了廣泛的運用。當(dāng)前諸多內(nèi)燃機(jī)瓦斯發(fā)電機(jī)組企業(yè)已步入市場。隨著新能源的不斷開發(fā)，內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組對瓦斯?jié)舛鹊倪m應(yīng)性得到了不斷的改善，機(jī)組單機(jī)容量逐漸增大，自動化水平越來越高，瓦斯發(fā)電技術(shù)日益成熟。據(jù)相關(guān)調(diào)研報告顯示，瓦斯發(fā)電已由低效率的小容量牛棚電站過渡為高效率的大容量瓦斯電站。

2.1實際使用中出現(xiàn)的問題

燃?xì)鉂舛鹊淖兓俣葘Πl(fā)動機(jī)有很大的影響，在實際使用中甲烷體積分?jǐn)?shù)在35%以上時，發(fā)電機(jī)組對濃度的變化不敏感。甲烷體積分?jǐn)?shù)在30%～35%時，體積分?jǐn)?shù)的變化對發(fā)動機(jī)的影響較大，發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定性較差，可能造成故障停機(jī)，自動啟機(jī)也變得困難。若要保證機(jī)組的穩(wěn)定運行，就必須要保證體積分?jǐn)?shù)的穩(wěn)定，尤其是在體積分?jǐn)?shù)較低時。另一個問題是在夏季炎熱的天氣，機(jī)組冷卻系統(tǒng)的散熱能力不足導(dǎo)致機(jī)組冷卻水溫度太高不能滿載。需要加強(qiáng)冷卻系統(tǒng)的散熱能力，保證機(jī)組滿負(fù)荷穩(wěn)定運行。在發(fā)電機(jī)組運行中會出各種各樣的故障，其中有很大一部分是傳感器故障，其自動控制依賴于傳感器傳回的信號，錯誤的信號將導(dǎo)致錯誤的控制，使運行狀態(tài)發(fā)生改變，有可能對機(jī)組造成損害。所以必須要保證傳感器的準(zhǔn)確、靈敏和可靠，發(fā)現(xiàn)問題要及時處理。

2.2發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運行

瓦斯氣用抽放泵從井下抽出后需要經(jīng)過預(yù)處理系統(tǒng)對瓦斯氣增壓、穩(wěn)壓、除水、除塵后才能輸送到發(fā)電機(jī)組供給發(fā)動機(jī)使用。所以預(yù)處理系統(tǒng)對瓦斯氣處理質(zhì)量的好壞及其出口壓力的穩(wěn)定性對機(jī)組的安全穩(wěn)定運行也有著較大影響。穩(wěn)定的高質(zhì)量的氣源是發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運行的前提。認(rèn)真實時的日常監(jiān)控巡視可以及時地發(fā)現(xiàn)諸如運行數(shù)據(jù)異常、漏水、漏油、漏氣、異常聲響等問題和隱患并處理解決，是發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。嚴(yán)格規(guī)范的日常維護(hù)保養(yǎng)和及時的故障檢修使發(fā)電機(jī)組時刻處于良好的運行狀態(tài)中，可延長發(fā)電機(jī)組的使用壽命，大大減少發(fā)電機(jī)組故障停機(jī)次數(shù)，是發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵所在。

3.小結(jié)

要保證發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運行就必須首先要精通預(yù)處理和發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)功能及原理，其次要做好日常的監(jiān)控巡視和維護(hù)保養(yǎng)，最后要積累解決處理故障的經(jīng)驗。必須要理論和實踐相結(jié)合，對預(yù)處理和發(fā)電機(jī)組有一個全面的系統(tǒng)的掌握。

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