瓦斯發(fā)電技術(shù)的改進(jìn)探索

何艷

摘 要：瓦斯發(fā)電技術(shù)屬于新能源發(fā)電技術(shù)，主要是將煤礦未能充分利用的瓦斯燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋．?dāng)前諸多高瓦斯礦井煤層的透氣性相對(duì)較差，為了保證抽采效果，必須要完善抽采系統(tǒng)與煤礦安全生產(chǎn)條件，提高潔凈能源供應(yīng)，降低溫室氣體排放量，從而保證煤礦生產(chǎn)安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)保護(hù)環(huán)境、保護(hù)資源的雙重目標(biāo)。該文簡(jiǎn)要論述了瓦斯氣體特點(diǎn)，概述了瓦斯發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用方式，進(jìn)而針對(duì)當(dāng)前瓦斯發(fā)電技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，詳細(xì)探究了內(nèi)燃機(jī)瓦斯發(fā)電的工藝流程與關(guān)鍵技術(shù)，旨在證實(shí)瓦斯發(fā)電技術(shù)的有效性。

關(guān)鍵詞：瓦斯發(fā)電技術(shù) 節(jié)能減排 改進(jìn)

中圖分類號(hào)：TD845 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）02（c）-0030-01

瓦斯作為一種溫室氣體，溫室效應(yīng)突出，當(dāng)前CDM能源組織要求各國(guó)要減少瓦斯排放量。瓦斯發(fā)電技術(shù)作為新能源發(fā)電技術(shù)，主要運(yùn)用小型發(fā)電機(jī)組，結(jié)合煙氣回?zé)峒夹g(shù)以及小型燃?xì)饽茉崔D(zhuǎn)換裝置，基于提升燃?xì)馊紵实幕A(chǔ)上盡可能地降低能源損耗，從而提高能源利用效能。在現(xiàn)階段，瓦斯熱電聯(lián)產(chǎn)應(yīng)用較廣，主要將用戶的采暖、電力以及供熱等需求進(jìn)行整合，充分利用發(fā)電后的余熱，將其用作采暖或發(fā)電，一定程度上提高了熱水供應(yīng)效能，解決了電力緊張等問(wèn)題。

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(lái)的有害氣體，具有無(wú)味、無(wú)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(shí)，遇明火易誘發(fā)爆炸。從整體上來(lái)講，瓦斯是煤礦的頭號(hào)安全殺手，也為一種利用價(jià)值較高的潔凈能源。我國(guó)煤層氣資源相對(duì)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(kāi)采，此類瓦斯時(shí)煤礦開(kāi)采時(shí)散發(fā)出的一種附屬氣體，濃度大，約為50%左右，且氣體流量穩(wěn)定性能不佳。在煤礦采煤過(guò)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(shí)，遇明火易爆炸。為了保證開(kāi)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?40%時(shí)，可將高瓦斯無(wú)償供給居民使用，而濃度<40%的瓦斯可點(diǎn)燃排放。此類瓦斯利用率低，但發(fā)電利用價(jià)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>30%的瓦斯用來(lái)發(fā)電，按照內(nèi)燃機(jī)發(fā)電工藝要求，供氣壓力<0.05 MPa，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(kāi)采出來(lái)的瓦斯氣甲烷濃度高，危險(xiǎn)系數(shù)較低，可用作加壓罐裝運(yùn)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(kāi)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(shí)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(fèi)。煤礦乏風(fēng)瓦斯發(fā)電主要將瓦斯?jié)舛?0.2%的乏風(fēng)置入氧化器中，進(jìn)行燃燒，借助燃燒能量來(lái)銷毀瓦斯，同時(shí)可利用燃燒中的余熱來(lái)制取熱水，帶動(dòng)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(guò)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)舛雀撸自龃髩嚎s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>30%的瓦斯得到了廣泛的運(yùn)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(chǎng)。隨著新能源的不斷開(kāi)發(fā)，內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組對(duì)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(dòng)化水平越來(lái)越高，瓦斯發(fā)電技術(shù)日益成熟。據(jù)相關(guān)調(diào)研報(bào)告顯示，瓦斯發(fā)電已由低效率的小容量牛棚電站過(guò)渡為高效率的大容量瓦斯電站。

3 內(nèi)燃機(jī)瓦斯發(fā)電技術(shù)的改進(jìn)探索

3.1 瓦斯氣品質(zhì)處理分析

當(dāng)前用來(lái)發(fā)電的瓦斯多為從井下抽放的瓦斯氣，此類瓦斯氣品質(zhì)直接關(guān)系著瓦斯發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行狀況。由此可知，在瓦斯氣利用之前要對(duì)其進(jìn)行處理，從而最大限度地滿足發(fā)電機(jī)對(duì)氣體的要求。具體而言，主要有四種處理方法：第一，減少瓦斯氣的含水量。當(dāng)瓦斯氣從井下抽出時(shí)，必須對(duì)進(jìn)行脫水除濕處理，盡可能地降低其水分含量，通?？山Y(jié)合冷凝排水系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行；第二，去除雜質(zhì)。抽放出的瓦斯氣含有大量粉塵與有害氣體，可利用過(guò)濾器來(lái)進(jìn)行粉塵的清除，具體分析其氣體物理性質(zhì)，運(yùn)用冷凝氣體去除有害氣體。因此必須要設(shè)置降溫裝置，于夏天氣溫較高時(shí)投入，其他季節(jié)可按照具體溫度狀況將其切除。

3.2 瓦斯氣進(jìn)入發(fā)電機(jī)前濃度與氣量的控制

瓦斯氣濃度與氣量即為瓦斯氣的內(nèi)能。遵循能量守恒定律，瓦斯氣發(fā)熱量直接關(guān)系著發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行狀態(tài)?？紤]到抽放瓦斯?jié)舛鹊淖兓蓪⑼咚箽獍l(fā)熱量整合成純瓦斯來(lái)計(jì)算。在正常發(fā)電運(yùn)行中，當(dāng)瓦斯?jié)舛然驓饬髁繙p少時(shí)，會(huì)降低發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速與發(fā)出電能的頻率。在一定條件下，可誘發(fā)內(nèi)燃機(jī)失速，造成停機(jī)現(xiàn)象，嚴(yán)重情況下可誘發(fā)事故。當(dāng)瓦斯?jié)舛然驓饬髁砍掷m(xù)增大時(shí)，會(huì)增加發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速，提高發(fā)出電能的頻率。此外，瓦斯氣量與濃度的增大還會(huì)促使燃燒效率下降，出現(xiàn)能源浪費(fèi)現(xiàn)象。由此可知，必須要合理控制瓦斯氣的濃度與流量。當(dāng)前諸多瓦斯預(yù)處理企業(yè)將濃度與氣量控制作為研發(fā)重點(diǎn)，通過(guò)測(cè)量瓦斯氣參數(shù)，制定DCS控制平臺(tái)與線性控制策略，進(jìn)而對(duì)瓦斯氣量與濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3.3 內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行措施

針對(duì)燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組而言，其單機(jī)機(jī)組容量相對(duì)較小，目前在大型瓦斯電站中，必須要多臺(tái)機(jī)組同步運(yùn)行?？紤]到瓦斯氣量易隨溫度變化而變化，因此在瓦斯氣量充足時(shí)，發(fā)電機(jī)組可負(fù)荷運(yùn)行。若氣量不充分，為了保證機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須要按照實(shí)際狀況來(lái)制定針對(duì)性措施，一般有兩種：一是停運(yùn)幾臺(tái)發(fā)電機(jī)，二是每臺(tái)發(fā)電機(jī)同步降負(fù)荷運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基于瓦斯發(fā)電技術(shù)不斷應(yīng)用下，逐漸降低了發(fā)電成本，提高了發(fā)電的穩(wěn)定性。在全球提倡節(jié)能減排形勢(shì)下，相關(guān)企業(yè)必須要不斷研發(fā)與探索，完善發(fā)電技術(shù)，合理利用不同濃度的瓦斯，保證瓦斯發(fā)電的安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 龍伍見(jiàn).我國(guó)煤礦低濃度瓦斯利用技術(shù)研究現(xiàn)狀及前景展望[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2010（4）：74-77.

[2] 杜新宇，王效民，李彬.淺析煤礦瓦斯發(fā)電技術(shù)和進(jìn)氣系統(tǒng)工藝流程改造[J].中國(guó)煤炭，2010（11）：72-74.

[3] 常樂(lè).瓦斯發(fā)電技術(shù)與節(jié)能減排研究[J].電子制作，2012（11）：197-198.

[4] 蘆學(xué)忠.低濃度瓦斯發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用分析[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2013（2）：121-130.

[5] 苗繼軍，姜明學(xué)，劉朋元，等.五虎山煤礦低濃度瓦斯發(fā)電站設(shè)計(jì)方案研究[J].煤炭工程，2013（10）：26-28.endprint