瓦斯发电技术应用研究

摘 要：矿井瓦斯是煤矿发生重大安全事故的主要根源，同时瓦斯又是一种优质能源，将煤层中的瓦斯抽出并加以利用，既可以防止和减少煤矿重大瓦斯事故的发生，保证矿井安全生产，又可保护矿区环境，并获得较好的经济效益和社会效益。本文首先对瓦斯发电技术进行了阐述，并对其应用现状和实践进行了相关研究。

关键词：瓦斯发电技术；应用

前言

矿井瓦斯是一种极强的温室气体，排入大气中会产生强烈的温室效应，比二氧化碳大21 倍，将对环境造成极大破坏，如果能在保证安全的前提下，将抽出的瓦斯加以利用，既可消除瓦斯造成的安全隐患，又能使资源得到充分利用，保护大气环境，达到“以用促抽”的目的。瓦斯发电是瓦斯利用的主流，发电厂可就近抽放站建立，避免了远距离输送，增大了安全系数，发电产生的余热还可以再利用，使瓦斯的利用效率更高。而瓦斯发电的核心就是发电机组，发电机组的稳定性、经济性和先进性是瓦斯发电取得良好效益的关键。瓦斯发电技术在国际已有几十年历史，技术成熟，已经形成大规模产业化。国外已有美国卡特、奥地利彦巴赫、德国曼海姆三大燃气机组生产厂商，国内有胜东集团等生产厂商。我国政策规定所有煤矿企业不得直接排空瓦斯，必須利用或者处理瓦斯后才可以采煤，这使瓦斯发电就成为瓦斯利用的最主要的方法。因此，对瓦斯发电技术进行研究有着重要的现实意义。

1.瓦斯发电技术概述

1.1瓦斯特性分析

煤矿瓦斯属于非常规天然气体，主要是指在煤矿采煤中散发出来的有害气体，具有无味、无色、易爆、易燃等特征，主要成分为甲烷。若空气中的甲烷浓度达到了10%左右时，遇明火易诱发爆炸。从整体上来讲，瓦斯是煤矿的头号安全杀手，也为一种利用价值较高的洁净能源。我国煤层气资源相对丰富，排行世界第三，每年采煤易排放大量瓦斯。

1.2瓦斯发电技术的应用方式

1.2.1内燃机瓦斯发电

利用煤矿井下瓦斯抽放系统，结合地面输送系统进行瓦斯的开采，此类瓦斯时煤矿开采时散发出的一种附属气体，浓度大，约为5 0%左右，且气体流量稳定性能不佳。在煤矿采煤过程中，借助负压风机，将其抽取到地面，若瓦斯浓度较低，且与瓦斯爆炸浓度范围相接近时，遇明火易爆炸。为了保证开采的安全，必须确定其浓度。据相关研究显示，当瓦斯浓度>4 0%时，可将高瓦斯无偿供给居民使用，而浓度<4 0%的瓦斯可点燃排放。此类瓦斯利用率低，但发电利用价值高。在现阶段，这类瓦斯发电技术可节能减排，当前主要将浓度>3 0%的瓦斯用来发电，按照内燃机发电工艺要求，供气压力<0 . 0 5 M P a，爆炸浓度>15%；按照燃气轮机发电工艺要求，供气压力>0.7 MPa，爆炸浓度>30%。

1.2.2 燃气轮机瓦斯发电

在煤层上，直接钻孔开采出来的瓦斯气甲烷浓度高，危险系数较低，可用作加压罐装运输，也可做远距离管道输送，多应用于民用燃料与化工原料中。此外，这类瓦斯发电技术易控制，稳定性高，可结合燃气轮机发电，但气源紧张。

1.2.3乏风瓦斯发电

在煤炭开采中，为了保证工作人员能够呼吸到新鲜空气，必须要往井下压传送清洁空气，此时从井下通风处排出的废气中存在微量瓦斯，易造成大气污染与能源浪费。煤矿乏风瓦斯发电主要将瓦斯浓度>0.2%的乏风置入氧化器中，进行燃烧，借助燃烧能量来销毁瓦斯，同时可利用燃烧中的余热来制取热水，带动汽轮机发电。

2瓦斯发电技术应用现状

传统瓦斯发电主要利用燃气轮机发电，通过瓦斯提升压力，基于高温加压状态下增加爆炸上限，一般低浓度瓦斯易爆炸。通常燃气轮机发电要求瓦斯浓度高，易增大压缩设备的压缩量，增加功耗。随着内燃机瓦斯发电机组的出现，甲烷浓度>3 0%的瓦斯得到了广泛的运用。当前诸多内燃机瓦斯发电机组企业已步入市场。随着新能源的不断开发，内燃机发电机组对瓦斯浓度的适应性得到了不断的改善，机组单机容量逐渐增大，自动化水平越来越高，瓦斯发电技术日益成熟。据相关调研报告显示，瓦斯发电已由低效率的小容量牛棚电站过渡为高效率的大容量瓦斯电站。

2.1实际使用中出现的问题

燃气浓度的变化速度对发动机有很大的影响，在实际使用中甲烷体积分数在35%以上时，发电机组对浓度的变化不敏感。甲烷体积分数在30%～35%时，体积分数的变化对发动机的影响较大，发电机组的稳定性较差，可能造成故障停机，自动启机也变得困难。若要保证机组的稳定运行，就必须要保证体积分数的稳定，尤其是在体积分数较低时。另一个问题是在夏季炎热的天气，机组冷却系统的散热能力不足导致机组冷却水温度太高不能满载。需要加强冷却系统的散热能力，保证机组满负荷稳定运行。在发电机组运行中会出各种各样的故障，其中有很大一部分是传感器故障，其自动控制依赖于传感器传回的信号，错误的信号将导致错误的控制，使运行状态发生改变，有可能对机组造成损害。所以必须要保证传感器的准确、灵敏和可靠，发现问题要及时处理。

2.2发电机组的稳定运行

瓦斯气用抽放泵从井下抽出后需要经过预处理系统对瓦斯气增压、稳压、除水、除尘后才能输送到发电机组供给发动机使用。所以预处理系统对瓦斯气处理质量的好坏及其出口压力的稳定性对机组的安全稳定运行也有着较大影响。稳定的高质量的气源是发电机组安全稳定运行的前提。认真实时的日常监控巡视可以及时地发现诸如运行数据异常、漏水、漏油、漏气、异常声响等问题和隐患并处理解决，是发电机组安全稳定运行的基础。严格规范的日常维护保养和及时的故障检修使发电机组时刻处于良好的运行状态中，可延长发电机组的使用寿命，大大减少发电机组故障停机次数，是发电机组安全稳定运行的关键所在。

3.小结

要保证发电机组安全稳定运行就必须首先要精通预处理和发电机组的结构功能及原理，其次要做好日常的监控巡视和维护保养，最后要积累解决处理故障的经验。必须要理论和实践相结合，对预处理和发电机组有一个全面的系统的掌握。

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