低浓度瓦斯发电技术研究现状及展望

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[摘 要]近些年来，随着社会经济快速发展，科学技术逐渐进步，工业发展也十分迅速，全球环境污染问题日益严重，尤其是温室效应。温室效应主要是温室气体产生，甲烷作为温室气体之一，又叫做瓦斯。在煤炭开发应用中，会产生大量瓦斯气体，导致危害的同时，造成资源浪费。所以，合理利用泄漏的低浓度瓦斯，对全球环境保护具有重要的现实意义。本文主要分析低浓度瓦斯发电技术。

[关键词]低浓度瓦斯；发电技术；研究现状

中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）17-0346-01

从2000年左右开始，瓦斯逐渐进入人们生活，而瓦斯属于生产污染气体，使温室效应愈加严重。所以，对于煤炭工程开发，重新回收低浓度瓦斯发电，可保护全球环境，促进社会、经济发展。笔者根据自身多年的瓦斯发电作业经验，主要分析低浓度瓦斯发电技术。

一.瓦斯基本特征和发电原理

首先，瓦斯气体。瓦斯主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，属于烷烃类物质，物质性质呈现无味和无色，但易燃易爆，瓦斯在煤基粒表面吸附，或在部分较小煤空隙气体中分布，瓦斯气体具备烷烃气体性质。瓦斯浓度是按照甲烷成分高低区分，某些新型汽车动力瓦斯，主要是高浓度瓦斯，通过机械管道，对地面煤炭进行煤层抽气，然后采集瓦斯，甲烷浓度可达到80%以上。同时，另一种甲烷浓度较低，大约为25%～80%，也属于高浓度瓦斯，这类瓦斯气体主要是化工发电、农村燃料。另外，还有一类瓦斯，就是低浓度瓦斯，甲烷含量低于25%，是在煤炭开采时排出，利用这部分瓦斯发电。

其次，瓦斯发电原理。目前，瓦斯发电技术，主要是选择高浓度瓦斯发电，在抽取瓦斯气体时，极易发生泄漏，导致空气污染和经济损失。所以，研究低浓度瓦斯发电，需确保两个物理条件，抽取瓦斯气体后，保证输送可靠和安全。同时，在瓦斯发电过程中，抽取地面高浓度瓦斯的残余瓦斯，即低浓度瓦斯，利用抽采泵，将其运输至发电机缸体内，瓦斯在缸体内燃烧，再释放内能推动力，通过活塞运动发电。

二.低浓度瓦斯的发电技术要点

首先，阻火技术安全、可靠。对于低浓度瓦斯发电，需将可靠、安全的瓦斯输送到管道，确保瓦斯安全，并准确输送至发电机缸体，燃烧后，确保后期工序顺利完成。因瓦斯气体易爆和易燃性质，在瓦斯气体输送过程中，必须做好防燃烧和防爆工作，即阻火技术。做好阻火工作，就是在发电机进气口、瓦斯运输管道附近，安装好阻火器，防止发生火情。目前，主要是选择水封式阻火器，使用阻火技术，可完善发电技术安全问题，防止出现安全事故。

其次，电控燃气混合器。该混合器是通过电子控制手段，按照一定比例，混合燃气、空气，选择电子控制，可精确控制发电机缸体内瓦斯气体、空气的比例，提升燃烧率，提高发电效率，确保发电机适应所调比例燃气压力值。

第三，空气、瓦斯混合加压。对于低浓度瓦斯，混合一定比例空气，可提升燃气燃烧率，提升发电效率，增加经济效益。确保空气能够充分燃烧，保证燃气内能释放，对混合气体适当加压，确保顺利发电。

第四，稀燃技术运用。稀燃技术通过一定技术手段，减少燃烧中瓦斯、空气比例，为瓦斯创造更多的燃烧空间，提高燃烧利用率。同时，提升发电机发电功率。

第五，数字式点火。目前，选择发电机缸体进行燃烧发电，不可能选择传统点后方式点燃燃气。所以，选择新型数字点火方式，可满足目前技术要求。使用数字式点火技术，通过电子软件控制点火，按照发电机缸体内燃气状况，及时和准确点火，精确控制发电机燃烧，保证充分燃料，确保燃气内能充分发挥，提升瓦斯利用率，增加经济效益。

第六，充分利用燃烧余热。现阶段，没有任何一种机械和燃料燃烧，可保证100%燃烧燃料，在瓦斯燃烧时，在发电机缸体内，确保低浓度瓦斯充分释放，产生能量发电。一般而言，燃烧释放内能，利用活塞运动，逐渐转变电能，电能比例占据35%左右，还有35%在燃烧尾气过程中被释放，其他部分在瓦斯燃烧后，被水冷却带走，通过发电机自身热量损失。所以，对于低浓度瓦斯，在燃烧发电时，需选择相关设备，回收利用热量，充分利用瓦斯燃烧余热，提升发电效率。

三.低浓度瓦斯发电技术的推广运用状况

近些年来，世界许多学者逐渐研究、开发低浓度瓦斯发电技术，在我国各地区，已广泛运用低浓度瓦斯发电技术。尤其是东北三省，因煤炭资源丰富，充分利用高浓度瓦斯，也必须考虑低浓度瓦斯运用状况。在我国东北，运用低浓度瓦斯发电，代替了煤炭发电技术，节约了不可再生资源。另外，在我国云南、安徽等省份，均积极开发、研究低浓度瓦斯发电技术。在我国数十个发电站，可利用此方法发电，所产生电能，可缓解能源紧张问题，能够更好保护缓解，降低温室效益发生率，减少碳燃烧气体和煤燃烧有害气体的排放量。另外，瓦斯气体和煤炭资源相比，内能更大，处于封闭燃烧缸体内，和空气混合加压，确保自身内能充分释放，提升燃烧利用率，提升发电效率。可以说，低浓度瓦斯发电技术，具有明显优势，对我国在能源利用开发、研究有了更深理解。

四.低浓度瓦斯发电技术的改进策略

首先，设备布置策略。机组布置在原压缩机房内，由于空间的限制，故将余热锅炉置于室外安放。对原机房进行布局改造，加装轴流通风机等，顶部安装敞开式天窗，使机房内可自然通风散热。室内部分的排气管均用100mm厚的硅酸铝纤维管壳包扎，外层用镀锌铁皮加以保护。在原有水池的基础上，重新布置冷却塔。

其次，冷却循环系统。为了满足燃气发电机组的性能需求，将冷却系统分为内循环系统和外循环系统，内外循环系统通过换热器进行换热工作，内外循环系统又分为高、低温冷却系统。高温冷却内循环主要是冷却发动机机体及气缸盖等部件，低温内循环主要是冷却机油和空气。

第三，照明及保护系统。发电机房内的照明设备采用防爆灯具，并在机房、低、高压配电室分别设有应急灯照明。变压器设温度、瓦斯、过流等保护措施，变压器保护兼作高压出线保护。在用户中央配电室内增设过流、速断等保护，综合保护单元安置于6kV开关柜内。

第四，地面燃气进气系统。在瓦斯抽放泵站放散管前引一条进气总管路，先经低温湿式放散阀，用来稳定机组运行过程中的压力值，并防止由于机组产生故障而影响瓦斯抽放泵的运行稳定性，然后通过丝网过滤器、瓦斯管道专用阻火器、水位自控式水封阻火器等防回火装置，防止电站内部的故障与危险扩散至瓦斯抽放泵及井下瓦斯管路，再经细水雾输送系统、溢流式水封阻火器等装置，保证低浓度瓦斯的安全输送。

五.结束语

综上所述，近些年来，随着社会经济快速发展，工业社会对能源需求日益增加，在开采石油和煤矿能源时，必须注重氢气和瓦斯等无污染和新型能源开发运用，在瓦斯运用过程中，因传统观念、工艺问题，往往忽视了开采利用低浓度瓦斯，对于低浓度瓦斯发电技术的开发、利用，可保证自然资源的充分利用，瓦斯无污染性与我国可持续发展目标相符合。

参考文献

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