低濃度瓦斯發電技術及其應用探討

王輝

摘 要：近年來瓦斯的綜合利用在我國得到快速的發展，新型、安全性高、高效的低濃度瓦斯發電技術也已井在我國逐步推廣并投入使用，并且也取得了相當好的經濟效益和社會效益。不過煤礦在開采的過程中就會產生大量的瓦斯，如果不及時的進行合理排放的話，不僅會對礦下工作人員的人身安全造成威脅，還很容易出現如瓦斯爆炸等惡性事件的發生，威脅礦井安全。所以，煤礦地區的瓦斯資源大多數都是以廢氣的形式進行排除，這樣不僅僅耗費了大量的資源并且還嚴重污染了周邊的生活環境。所以利用煤礦開采過程中排除的瓦斯氣體來進行發電，這樣即可以實現能源的綜合利用又可以實現清潔能源。隨著我們科學技術的進步，有一下先進設備已經運用在煤礦區域。在應用的過程當中，隨著時間的推移，煤層中的瓦斯含量在逐年的降低，當降到30%以下時就會無法滿足瓦斯發電的需求，這樣就會造成能源的再次浪費。為了能有效提高發電效率本文特別針對低濃度瓦斯發電技術提出了一些改進措施。

關鍵詞：瓦斯；低濃度；發電技術；應用

引言：瓦斯發電技術采用了我們非常成熟的內燃機技術，利用瓦斯的燃燒將其熱能轉換成為電能，瓦斯濃度在8%以上就可以使低濃度瓦斯發電機組開始工作，這樣資源利用率顯著增加。由于開采的方式存在差異，煤礦瓦斯中CH4的含量也會有顯著不一樣，以下對三種開采方式所獲得的瓦斯介紹其特性及利用情況。1、通過地面鉆井來進行開采，煤礦瓦斯的CH4含量一般會大于90%，它的成分特性和天然氣的特性相似，這種類型氣體可以利用天然氣發電設備進行發電或著作為民用燃料，技術相對比較簡單和成熟。2、通過井下瓦斯抽排系統開采，煤礦瓦斯的CH4濃度一般會在3%―80%之間，由于有爆炸的潛在危險，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較低。3、通過煤礦通風設備排出瓦斯，其CH4含量大多低于1%，一般稱它為風排瓦斯。這部分瓦斯由于含CH4濃度偏低，在利用的技術難度和成本都比較大，所有基本都會做排空處理。要解決瓦斯利用問題，必須先解決兩個技術難題：1）設備要對瓦斯濃度變化做自適應處理；2）要解決低濃度瓦斯的地面安全輸送問題，煤礦巷道里抽排得到的瓦斯濃度值不斷變化，非常不穩定。通常在開始抽排時相對穩定，但經過一段時間后就會下降至規定的安全標準以下。

一、瓦斯發電現在存在的問題

1.1 高濃度瓦斯資源的稀缺

煤礦地區的瓦斯濃度達到50%以上能夠較好的滿足發電機組的需求。隨著不斷對煤炭資源的開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30%濃度的瓦斯氣體資源的開產量不到總量的10%。并且還有在下降的不利趨勢，根據預測，以這樣的下降速度，本地區的煤礦瓦斯發電機組如果在不進行改造的情況下，會在5年內因為缺乏必要的濃度瓦斯而被迫停機。這樣的資源無法再發電機組中直接利用。因此，對于發電效率，以及環境影響的不利因素有所增強。

1.2維修成本高，發電效率低

因氣量的長期不足，所以造成了設備的頻繁啟動，發電效率降低，機電故障的情況在頻繁的發生，內燃機的工作效率僅為16%～18%。 由于目前礦井抽放濃度大部分較低，無法滿足現有高濃度瓦斯發電機組的用氣標準，而低濃度（6%～25%）氣源量相對較大，低濃度瓦斯發電所需的資源非常充足，對低濃度瓦斯發電項目的技術改造條件已經具備。

二、低濃度瓦斯發電技術的改進策略

在以保證燃氣發電機組在能夠正常運行為的前提下，做到生產工藝流程合理，控制噪聲、電站布局整齊、減少管線交叉。

2.1冷卻循環系統

為了滿足燃氣發電機組的實際性能需求，將冷卻系統分為外循環系統和內循環系統，外循環使用普通的自來水，內循環系統使用經過處理的軟化水，外循環通過熱交換器與內循環進行換熱。內外循環系統通過換熱器進行換熱工作，內外循環系統又分為高、低溫冷卻系統。高溫冷卻內循環主要是冷卻發動機機體及氣缸蓋等部件，低溫內循環主要是冷卻機油和空氣。

2.2設備布置策略

機組布置在原壓縮機房內，由于空間較小，所以將余熱鍋爐在室外安放。對原機房的布局進行改造，加裝軸流通風機，頂部安裝天窗，使機房內可自然通風散熱，室內部分的排氣管均用100mm厚的硅酸鋁纖維管殼包扎，外層用鍍鋅鐵皮來進行保護，低壓配電室內放置1臺變壓器、3臺機組控制屏、低壓進線柜、電瓶柜及站用配電柜等，變壓器可置于低壓配電室旁邊，高壓配電室置一臺高壓開關柜，高壓輸出接至變電所高壓開關柜的進線端。在原有水池的基礎上重新布置冷卻塔。

2.3地面燃氣進氣系統

在瓦斯抽放泵站放散管前引一條進氣總管路，先經低溫濕式放散閥來穩定機組運行過程中產生的壓力值，還可以防止機組產生故障而影響到瓦斯抽放泵的運行穩定，然后通過瓦斯管道專用阻火器、等防回火裝置，防止電站內部的故障與危險擴散至瓦斯抽放泵及井下瓦斯管路，再經過細水霧輸送系統、溢流式水封阻火器等裝置來保證瓦斯能夠安全輸送。

2.4照明及保護系統

發電機房內的照明設備應該采用防爆燈具，并在機房、低、高壓配電室分別設置應急燈照明。變壓器設瓦斯、過流、溫度等保護措施，變壓器保護兼作為高壓出線保護，在用戶中央配電室內增設過流、速斷等保護，綜合保護單元安裝在6kV開關柜內。

三、結語

低濃度瓦斯發電技術的改進可以特別有效的預防井下瓦斯造成的災害，促進煤層氣資源的抽放和在利用，明顯改善了我國能源結構的利用效率，實現煤礦以利用以抽放促、促抽放的安全和良性循環的發展模式，綜合效益有顯著的提高。

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