低濃度瓦斯發電站關鍵技術研究

孟憲強

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，隨著各國對環境保護的重視程度越來越高，國際清潔能源組織要求各個國家盡可能的降低瓦斯在煤礦開采中的排放。此外低濃度瓦斯發電站的普及，也推動了低濃度瓦斯發電技術的應用和推廣。低濃度瓦斯發電技術能夠將低濃度瓦斯在做功過程中產生的機械能轉換為電能，不僅能夠促進煤炭企業經濟效益的提升，還能確保煤礦企業的安全生產，對環境保護也具有十分重要的意義。本文從低濃度瓦斯發電技術原理出發，闡述低濃度瓦斯發電站在發電時需要運用的關鍵技術和系統流程，以及現階段開展低濃度瓦斯發電工作的必要性。

關鍵詞：低濃度;瓦斯;發電站;關鍵技術

煤礦瓦斯的主要組成是甲烷，溫室效應遠高于我們呼吸發出的二氧化碳。如果不能采取有效的手段對煤礦瓦斯加以控制和處理，后果不堪設想。使用低濃度瓦斯發電的關鍵技術，一方面可以推動煤礦企業的安全生產工作，使企業獲得更大的經濟效益;另一方面，可以促進企業加強對環境保護的意識，提升環保效益，所以熟悉和掌握發電站低濃度瓦斯發電關鍵技術，就顯得十分必要。

一、低濃度瓦斯發電技術的原理

通過水環式抽采泵從地下煤層將濃度在30%以下的瓦斯抽采出來，再經過安全系數高的運輸管道輸送至發電機組缸體內，在發電機組缸體內經過爆燃推動活塞做功，從而將化學能轉變為機械能并產生電能，這就是低濃度瓦斯發電技術的原理[1]。基于這項原理，我們能夠充分發揮低濃度瓦斯在發電過程中的效能。

二、低濃度瓦斯發電的關鍵技術

（一）阻火技術

阻火技術的安全可靠是確保低濃度瓦斯得以實現發電的重要前提。我們為了瓦斯抽采系統和發電機組之間能夠做到有效隔離，通常會在發電站的總進氣管上面安置一個干式阻火器、兩個水封式阻火器;此外，為了管道在輸送低濃度瓦斯安全，需要設置三組細水霧送裝置;最后，為了發電機組的安全運行，還需在以下部位設置專用的阻火器：機組進氣總管處、中冷器和增壓器中間、混合器的燃氣管線上、進氣管和調速節氣門之間。采用了安全這種阻火技術后，能夠將低濃度瓦斯發電的安全事故發生率降到最低，并且一旦瓦斯的濃度降低到6%，就可以從事機組的發電工作[2]。

（二）瓦斯與空氣混合增壓技術

針對瓦斯的特性，通常需要發電機設計出和其匹配的中冷器和增壓器，實現燃氣在空氣稀薄的情況下仍然能夠充分燃燒，同時降低熱負荷作用，從而提高發電機的輸出功率，保證燃氣機的動力充足，經濟效益得以提升。這種技術可以使得瓦斯和空氣充分融合，避免了點火的中斷現象的發生，因此對低濃度瓦斯具有很好的適用性，在不需要額外增壓設備的情況下完成直接應用煤礦抽排瓦斯發電的目標。

（三）電控燃氣混合器技術

電控燃氣混合器技術是依靠電子控制手段，采用閉環的方法來自動調劑混合氣空燃比，這樣做的目的可以使得發電機組對瓦斯不同濃度和壓力取得適應能力，保證發電組在發電生產過程中的安全。

（四）數字點火技術

數字點火技術主要通過軟件來調整點火的時間和點火的能量，由電控單元依據不同工況下瓦斯發電機做出具體的調整決策。這項技術通常運用在多缸機型上，根據每個氣缸的狀態不同分別調整每個氣缸的點火能量和點火時間，使其達到最佳運作狀態，確保發電機在工作時具備最佳性能。

（五）稀燃技術

稀燃技術主要是利用瓦斯和空氣先混合后增壓技術完成降低空燃比的效果，然后結合新型的預燃室技術在局部增加點火能量的優勢，最后通過放大點火能量來加快瓦斯中甲烷的燃燒速度，提高發動機輸出功率的同時，能有效的降低發動機的熱負荷造成的負面影響。

（六）全電子控制技術

一方面發電機組都安裝了TEM控制系統，能夠有效的對發電機組的各項運行參數進行電子監控;另一方面，GPRS的遠程控制系統，為發電機組實現遠程監控提供了基礎。

（七）余熱利用。

瓦斯發電機組發電，并不是所有的機械能都能轉化為電能。通常在發電過程中，只有33%左右的燃料能量能夠轉化電能，其他25%的燃料能量隨冷卻水消失，機身散熱會消耗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，同時也凈化了環境，杜絕了環境污染。

三、電站的系統組成和流程

（一）系統組成

電站的的系統組成主要為四項：氣體輸送系統、水霧輸送系統、冷卻水循環系統、高低壓電氣系統、監測監控系統[4]。

（二）系統流程

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

2、水霧輸送系統流程：水霧泵-水管-水霧阻火裝置-進氣管道-排水管-泵房吸水井。

3、冷卻水循環系統流程：水池-循環水泵-管路-機組熱交換器-排水管路-冷卻塔-水池;機組內部循環：機組-熱交換器-機組。

4、高低壓電氣系統流程：機組-低壓配電裝置-升壓變壓器-高壓配電裝置-電纜-變電所。

四、低濃度瓦斯發電的必要性

（一）高濃度瓦斯日趨減少

煤礦地區的不斷開采，導致瓦斯的濃度逐年下降，現階段高濃度瓦斯的資源儲量已經很少，不能滿足發電的需求[5]。如果當前的瓦斯發電機組不能改造成可供低濃度瓦斯使用的發電機組，后續的高濃度瓦斯將難以有效支撐現階段發電機組的運行，不利于我國發電事業的可持續發展。

（二）高濃度瓦斯發電效率變低

上面說道，高濃度瓦斯的資源儲備已經逐年遞減，高濃度瓦斯的氣量不足導致設備頻繁啟動，阻礙發電機發電效益的提高。而低濃度的瓦斯儲備量卻很豐富，對于瓦斯發電的重要性日趨提升，現行階段對高濃度瓦斯發電機組進行改造已經勢在必行。

結束語：

總之，低濃度瓦斯發電既符合國際組織的環保要求，又符合國家能源政策，不僅能創造經濟效益，還能創造社會效益，對于推動我國的發電事業的發展具有重大意義。我們要了解低濃度瓦斯發電的工藝原理和必要性，還要掌握低濃度瓦斯發電中的關鍵技術和操作流程，確保在實際的行動中能夠應付自如，為煤礦企業經濟效益的提升貢獻出自己的一份力量。

參考文獻

[1]? 劉純權 . 低濃度瓦斯發電關鍵技術及設備研究[J] . 中國戰略新興產業，2018，000（08X）：P.119-119.

[2]? 夏侯劍峰，趙永城 . 高寒地區低濃度瓦斯發電技術研究與應用[J] . 科學與財富，2017，（10）：12-12.

[3]? 張群 . 低濃度瓦斯發電站關鍵技術分析[J] . 能源與環保，2019，41（8）：100-104.

[4]? 劉洪雨 . 低濃度瓦斯發電技術在峻德煤礦的應用[J] . 科學與財富，2017，（10）：38-38，39.

[5]? 張群 . 多氣源摻混技術在高河煤礦低濃度瓦斯蓄熱氧化發電項目中的應用[J] . 礦業安全與環保，2018，45（3）：51-54.