低浓度瓦斯发电站关键技术研究

孟宪强

摘  要：瓦斯是煤矿开采过程中伴随的一种清洁能源，是主要的温室气体之一，随着各国对环境保护的重视程度越来越高，国际清洁能源组织要求各个国家尽可能的降低瓦斯在煤矿开采中的排放。此外低浓度瓦斯发电站的普及，也推动了低浓度瓦斯发电技术的应用和推广。低浓度瓦斯发电技术能够将低浓度瓦斯在做功过程中产生的机械能转换为电能，不仅能够促进煤炭企业经济效益的提升，还能确保煤矿企业的安全生产，对环境保护也具有十分重要的意义。本文从低浓度瓦斯发电技术原理出发，阐述低浓度瓦斯发电站在发电时需要运用的关键技术和系统流程，以及现阶段开展低浓度瓦斯发电工作的必要性。

关键词：低浓度;瓦斯;发电站;关键技术

煤矿瓦斯的主要组成是甲烷，温室效应远高于我们呼吸发出的二氧化碳。如果不能采取有效的手段对煤矿瓦斯加以控制和处理，后果不堪设想。使用低浓度瓦斯发电的关键技术，一方面可以推动煤矿企业的安全生产工作，使企业获得更大的经济效益;另一方面，可以促进企业加强对环境保护的意识，提升环保效益，所以熟悉和掌握发电站低浓度瓦斯发电关键技术，就显得十分必要。

一、低浓度瓦斯发电技术的原理

通过水环式抽采泵从地下煤层将浓度在30%以下的瓦斯抽采出来，再经过安全系数高的运输管道输送至发电机组缸体内，在发电机组缸体内经过爆燃推动活塞做功，从而将化学能转变为机械能并产生电能，这就是低浓度瓦斯发电技术的原理[1]。基于这项原理，我们能够充分发挥低浓度瓦斯在发电过程中的效能。

二、低浓度瓦斯发电的关键技术

（一）阻火技术

阻火技术的安全可靠是确保低浓度瓦斯得以实现发电的重要前提。我们为了瓦斯抽采系统和发电机组之间能够做到有效隔离，通常会在发电站的总进气管上面安置一个干式阻火器、两个水封式阻火器;此外，为了管道在输送低浓度瓦斯安全，需要设置三组细水雾送装置;最后，为了发电机组的安全运行，还需在以下部位设置专用的阻火器：机组进气总管处、中冷器和增压器中间、混合器的燃气管线上、进气管和调速节气门之间。采用了安全这种阻火技术后，能够将低浓度瓦斯发电的安全事故发生率降到最低，并且一旦瓦斯的浓度降低到6%，就可以从事机组的发电工作[2]。

（二）瓦斯与空气混合增压技术

针对瓦斯的特性，通常需要发电机设计出和其匹配的中冷器和增压器，实现燃气在空气稀薄的情况下仍然能够充分燃烧，同时降低热负荷作用，从而提高发电机的输出功率，保证燃气机的动力充足，经济效益得以提升。这种技术可以使得瓦斯和空气充分融合，避免了点火的中断现象的发生，因此对低浓度瓦斯具有很好的适用性，在不需要额外增压设备的情况下完成直接应用煤矿抽排瓦斯发电的目标。

（三）电控燃气混合器技术

电控燃气混合器技术是依靠电子控制手段，采用闭环的方法来自动调剂混合气空燃比，这样做的目的可以使得发电机组对瓦斯不同浓度和压力取得适应能力，保证发电组在发电生产过程中的安全。

（四）数字点火技术

数字点火技术主要通过软件来调整点火的时间和点火的能量，由电控单元依据不同工况下瓦斯发电机做出具体的调整决策。这项技术通常运用在多缸机型上，根据每个气缸的状态不同分别调整每个气缸的点火能量和点火时间，使其达到最佳运作状态，确保发电机在工作时具备最佳性能。

（五）稀燃技术

稀燃技术主要是利用瓦斯和空气先混合后增压技术完成降低空燃比的效果，然后结合新型的预燃室技术在局部增加点火能量的优势，最后通过放大点火能量来加快瓦斯中甲烷的燃烧速度，提高发动机输出功率的同时，能有效的降低发动机的热负荷造成的负面影响。

（六）全电子控制技术

一方面发电机组都安装了TEM控制系统，能够有效的对发电机组的各项运行参数进行电子监控;另一方面，GPRS的远程控制系统，为发电机组实现远程监控提供了基础。

（七）余热利用。

瓦斯发电机组发电，并不是所有的机械能都能转化为电能。通常在发电过程中，只有33%左右的燃料能量能够转化电能，其他25%的燃料能量随冷却水消失，机身散热会消耗10%的燃料能量，剩下的全部随尾气排放[3]。通过安置回收设备，使得废弃能量的再利用成为可能，包括余热供暖等，不仅能够使得资源的二次利用成为可能，同时也净化了环境，杜绝了环境污染。

三、电站的系统组成和流程

（一）系统组成

电站的的系统组成主要为四项：气体输送系统、水雾输送系统、冷却水循环系统、高低压电气系统、监测监控系统[4]。

（二）系统流程

1、气体输送系统的流程：瓦斯抽放泵站-两道水封式阻火器-三道水雾阻火器-脱水器-机组-排气管-大气。

2、水雾输送系统流程：水雾泵-水管-水雾阻火装置-进气管道-排水管-泵房吸水井。

3、冷却水循环系统流程：水池-循环水泵-管路-机组热交换器-排水管路-冷却塔-水池;机组内部循环：机组-热交换器-机组。

4、高低压电气系统流程：机组-低压配电装置-升压变压器-高压配电装置-电缆-变电所。

四、低浓度瓦斯发电的必要性

（一）高浓度瓦斯日趋减少

煤矿地区的不断开采，导致瓦斯的浓度逐年下降，现阶段高浓度瓦斯的资源储量已经很少，不能满足发电的需求[5]。如果当前的瓦斯发电机组不能改造成可供低浓度瓦斯使用的发电机组，后续的高浓度瓦斯将难以有效支撑现阶段发电机组的运行，不利于我国发电事业的可持续发展。

（二）高濃度瓦斯发电效率变低

上面说道，高浓度瓦斯的资源储备已经逐年递减，高浓度瓦斯的气量不足导致设备频繁启动，阻碍发电机发电效益的提高。而低浓度的瓦斯储备量却很丰富，对于瓦斯发电的重要性日趋提升，现行阶段对高浓度瓦斯发电机组进行改造已经势在必行。

结束语：

总之，低浓度瓦斯发电既符合国际组织的环保要求，又符合国家能源政策，不仅能创造经济效益，还能创造社会效益，对于推动我国的发电事业的发展具有重大意义。我们要了解低浓度瓦斯发电的工艺原理和必要性，还要掌握低浓度瓦斯发电中的关键技术和操作流程，确保在实际的行动中能够应付自如，为煤矿企业经济效益的提升贡献出自己的一份力量。

参考文献

[1]  刘纯权 . 低浓度瓦斯发电关键技术及设备研究[J] . 中国战略新兴产业，2018，000（08X）：P.119-119.

[2]  夏侯剑峰，赵永城 . 高寒地区低浓度瓦斯发电技术研究与应用[J] . 科学与财富，2017，（10）：12-12.

[3]  张群 . 低浓度瓦斯发电站关键技术分析[J] . 能源与环保，2019，41（8）：100-104.

[4]  刘洪雨 . 低浓度瓦斯发电技术在峻德煤矿的应用[J] . 科学与财富，2017，（10）：38-38，39.

[5]  张群 . 多气源掺混技术在高河煤矿低浓度瓦斯蓄热氧化发电项目中的应用[J] . 矿业安全与环保，2018，45（3）：51-54.