瓦斯發電技術的改進探索

何艷

摘 要：瓦斯發電技術屬于新能源發電技術，主要是將煤礦未能充分利用的瓦斯燃燒轉變為電能。當前諸多高瓦斯礦井煤層的透氣性相對較差，為了保證抽采效果，必須要完善抽采系統與煤礦安全生產條件，提高潔凈能源供應，降低溫室氣體排放量，從而保證煤礦生產安全運行，實現保護環境、保護資源的雙重目標。該文簡要論述了瓦斯氣體特點，概述了瓦斯發電技術的應用方式，進而針對當前瓦斯發電技術應用現狀，詳細探究了內燃機瓦斯發電的工藝流程與關鍵技術，旨在證實瓦斯發電技術的有效性。

關鍵詞：瓦斯發電技術 節能減排 改進

中圖分類號：TD845 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（c）-0030-01

瓦斯作為一種溫室氣體，溫室效應突出，當前CDM能源組織要求各國要減少瓦斯排放量。瓦斯發電技術作為新能源發電技術，主要運用小型發電機組，結合煙氣回熱技術以及小型燃氣能源轉換裝置，基于提升燃氣燃燒效率的基礎上盡可能地降低能源損耗，從而提高能源利用效能。在現階段，瓦斯熱電聯產應用較廣，主要將用戶的采暖、電力以及供熱等需求進行整合，充分利用發電后的余熱，將其用作采暖或發電，一定程度上提高了熱水供應效能，解決了電力緊張等問題。

1 瓦斯發電技術概述

1.1 瓦斯特性分析

煤礦瓦斯屬于非常規天然氣體，主要是指在煤礦采煤中散發出來的有害氣體，具有無味、無色、易爆、易燃等特征，主要成分為甲烷。若空氣中的甲烷濃度達到了10%左右時，遇明火易誘發爆炸。從整體上來講，瓦斯是煤礦的頭號安全殺手，也為一種利用價值較高的潔凈能源。我國煤層氣資源相對豐富，排行世界第三，每年采煤易排放大量瓦斯。

1.2 瓦斯發電技術的應用方式

1.2.1 內燃機瓦斯發電

利用煤礦井下瓦斯抽放系統，結合地面輸送系統進行瓦斯的開采，此類瓦斯時煤礦開采時散發出的一種附屬氣體，濃度大，約為50%左右，且氣體流量穩定性能不佳。在煤礦采煤過程中，借助負壓風機，將其抽取到地面，若瓦斯濃度較低，且與瓦斯爆炸濃度范圍相接近時，遇明火易爆炸。為了保證開采的安全，必須確定其濃度。據相關研究顯示，當瓦斯濃度>40%時，可將高瓦斯無償供給居民使用，而濃度<40%的瓦斯可點燃排放。此類瓦斯利用率低，但發電利用價值高。在現階段，這類瓦斯發電技術可節能減排，當前主要將濃度>30%的瓦斯用來發電，按照內燃機發電工藝要求，供氣壓力<0.05 MPa，爆炸濃度>15%；按照燃氣輪機發電工藝要求，供氣壓力>0.7 MPa，爆炸濃度>30%。

1.2.2 燃氣輪機瓦斯發電

在煤層上，直接鉆孔開采出來的瓦斯氣甲烷濃度高，危險系數較低，可用作加壓罐裝運輸，也可做遠距離管道輸送，多應用于民用燃料與化工原料中。此外，這類瓦斯發電技術易控制，穩定性高，可結合燃氣輪機發電，但氣源緊張。

1.2.3 乏風瓦斯發電

在煤炭開采中，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，此時從井下通風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。煤礦乏風瓦斯發電主要將瓦斯濃度>0.2%的乏風置入氧化器中，進行燃燒，借助燃燒能量來銷毀瓦斯，同時可利用燃燒中的余熱來制取熱水，帶動汽輪機發電。

2 瓦斯發電技術應用現狀

傳統瓦斯發電主要利用燃氣輪機發電，通過瓦斯提升壓力，基于高溫加壓狀態下增加爆炸上限，一般低濃度瓦斯易爆炸。通常燃氣輪機發電要求瓦斯濃度高，易增大壓縮設備的壓縮量，增加功耗。隨著內燃機瓦斯發電機組的出現，甲烷濃度>30%的瓦斯得到了廣泛的運用。當前諸多內燃機瓦斯發電機組企業已步入市場。隨著新能源的不斷開發，內燃機發電機組對瓦斯濃度的適應性得到了不斷的改善，機組單機容量逐漸增大，自動化水平越來越高，瓦斯發電技術日益成熟。據相關調研報告顯示，瓦斯發電已由低效率的小容量牛棚電站過渡為高效率的大容量瓦斯電站。

3 內燃機瓦斯發電技術的改進探索

3.1 瓦斯氣品質處理分析

當前用來發電的瓦斯多為從井下抽放的瓦斯氣，此類瓦斯氣品質直接關系著瓦斯發電機組安全運行狀況。由此可知，在瓦斯氣利用之前要對其進行處理，從而最大限度地滿足發電機對氣體的要求。具體而言，主要有四種處理方法：第一，減少瓦斯氣的含水量。當瓦斯氣從井下抽出時，必須對進行脫水除濕處理，盡可能地降低其水分含量，通常可結合冷凝排水系統來進行；第二，去除雜質。抽放出的瓦斯氣含有大量粉塵與有害氣體，可利用過濾器來進行粉塵的清除，具體分析其氣體物理性質，運用冷凝氣體去除有害氣體。因此必須要設置降溫裝置，于夏天氣溫較高時投入，其他季節可按照具體溫度狀況將其切除。

3.2 瓦斯氣進入發電機前濃度與氣量的控制

瓦斯氣濃度與氣量即為瓦斯氣的內能。遵循能量守恒定律，瓦斯氣發熱量直接關系著發電機組的安全運行狀態。考慮到抽放瓦斯濃度的變化，可將瓦斯氣發熱量整合成純瓦斯來計算。在正常發電運行中，當瓦斯濃度或氣流量減少時，會降低發電機組轉速與發出電能的頻率。在一定條件下，可誘發內燃機失速，造成停機現象，嚴重情況下可誘發事故。當瓦斯濃度或氣流量持續增大時，會增加發電機組轉速，提高發出電能的頻率。此外，瓦斯氣量與濃度的增大還會促使燃燒效率下降，出現能源浪費現象。由此可知，必須要合理控制瓦斯氣的濃度與流量。當前諸多瓦斯預處理企業將濃度與氣量控制作為研發重點，通過測量瓦斯氣參數，制定DCS控制平臺與線性控制策略，進而對瓦斯氣量與濃度進行調節。

3.3 內燃機發電機組運行措施

針對燃氣內燃機發電機組而言，其單機機組容量相對較小，目前在大型瓦斯電站中，必須要多臺機組同步運行。考慮到瓦斯氣量易隨溫度變化而變化，因此在瓦斯氣量充足時，發電機組可負荷運行。若氣量不充分，為了保證機組的經濟運行，必須要按照實際狀況來制定針對性措施，一般有兩種：一是停運幾臺發電機，二是每臺發電機同步降負荷運行。

4 結語

綜上所述，基于瓦斯發電技術不斷應用下，逐漸降低了發電成本，提高了發電的穩定性。在全球提倡節能減排形勢下，相關企業必須要不斷研發與探索，完善發電技術，合理利用不同濃度的瓦斯，保證瓦斯發電的安全運行。

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