淺析瓦斯發(fā)電機(jī)在煤礦中的應(yīng)用

武志偉

（西山煤電集團(tuán)發(fā)電分公司 山西太原 030205）

淺析瓦斯發(fā)電機(jī)在煤礦中的應(yīng)用

武志偉

（西山煤電集團(tuán)發(fā)電分公司 山西太原 030205）

西山煤電集團(tuán)馬蘭煤礦瓦斯氣用液體環(huán)式泵從煤礦工作地帶抽出，通過馬蘭瓦斯電廠卡特彼勒G3520C型發(fā)電機(jī)組，以一定壓縮比在內(nèi)燃機(jī)中進(jìn)行燃燒，通過曲軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，發(fā)電機(jī)6kV出線通過變壓器升壓至35kV，通過線路送至南一35kV變電站實(shí)現(xiàn)35kV上網(wǎng)。瓦斯發(fā)電機(jī)在古交礦區(qū)的應(yīng)用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

煤礦；瓦斯發(fā)電機(jī)；應(yīng)用

1 煤層氣的主要成分是甲烷，一種溫室氣體，其溫室效應(yīng)是二氧化碳?xì)怏w的21倍，直接把甲烷排入大氣成為引起地球溫室效應(yīng)不可忽視的因素。因此，減少煤層氣排放對(duì)全球溫室氣體減排有重要意義，而利用瓦斯發(fā)電機(jī)燃燒煤層氣發(fā)電則是減少煤層氣排放的重要途徑。

2 瓦斯內(nèi)燃式發(fā)電機(jī)組工作原理

一定壓縮比的混合燃?xì)膺M(jìn)入燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)，經(jīng)點(diǎn)火控制裝置點(diǎn)火燃燒，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸帶動(dòng)交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，運(yùn)轉(zhuǎn)起來的發(fā)電機(jī)將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能輸出。

3 瓦斯內(nèi)燃式發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)特征

3.1 燃?xì)庀到y(tǒng)和進(jìn)排氣系統(tǒng)

燃?xì)庀到y(tǒng)部件組成：燃?xì)庹{(diào)壓閥、燃?xì)怆姶砰y、燃?xì)鉃V清器、燃?xì)庥?jì)量閥、燃?xì)饣旌掀鳌⑷細(xì)夤?jié)流閥、控制模塊ECM；

排氣系統(tǒng)部件組成：排氣渦輪增壓器、熱防護(hù)層、排氣歧管、工業(yè)級(jí)滅火花消聲器、冷凝排放裝置；

進(jìn)氣系統(tǒng)部件組成；雙濾芯單級(jí)空氣濾清器、空氣濾清器保養(yǎng)指示器、進(jìn)氣渦輪增壓器、進(jìn)氣歧管、火焰清除器、中冷器波紋管；

煙氣通過排氣歧管進(jìn)入渦輪增壓器的渦輪殼體，驅(qū)動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)。壓縮機(jī)葉輪的高速旋轉(zhuǎn)，吸入空氣，并與燃?xì)饣旌希?jīng)高速旋轉(zhuǎn)的葉輪做功后，混合氣壓力和溫度升高進(jìn)入冷卻器冷卻。

3.2 冷卻系統(tǒng)

G3520C型燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)使用兩路封閉式冷卻循環(huán)系統(tǒng)。一路是缸套水冷卻系統(tǒng)；另一路是后冷卻器系統(tǒng)。缸套水主要冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的受熱部件，后冷卻系統(tǒng)主要冷卻增壓后的混合氣。機(jī)組配置了缸套水加熱器，其作用是防止停機(jī)時(shí)火花塞結(jié)霜；保持潤滑油溫度，便于正常啟機(jī)。

G3520C燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)配有散熱水箱，供發(fā)動(dòng)機(jī)散熱。散熱水箱采用兩路獨(dú)立的冷卻箱體結(jié)構(gòu)，能在40℃的環(huán)境條件下，為發(fā)動(dòng)機(jī)提供足夠的散熱能力。

由于G3520C燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)采用了閉式冷卻循環(huán)系統(tǒng)，在正常情況下，冷卻液的耗損非常少。

3.2 啟動(dòng)系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)

G3520C燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)系統(tǒng)使用24V直流電源，24V直流電源供啟動(dòng)系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)共用。

G3520C燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)包括兩個(gè)24V直流啟動(dòng)馬達(dá)，4塊190Ah的蓄電池，一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的60A的充電機(jī)和一個(gè)10A的充電器給蓄電池充電。

G3520C燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)配備有電子點(diǎn)火系統(tǒng)。該系統(tǒng)能提供可靠的點(diǎn)火而少維護(hù)的性能。該系統(tǒng)對(duì)每個(gè)氣缸的火花和點(diǎn)火正時(shí)加以精確的控制。

3.4 潤滑系統(tǒng)

G3520C燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油泵主要由油泵、齒輪組和減壓閥構(gòu)成，由發(fā)動(dòng)機(jī)前齒輪室齒輪傳動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)油泵通過吸油盤和彎管從油底殼吸取機(jī)油。吸油盤裝有濾網(wǎng)，過濾機(jī)油。減壓閥控制經(jīng)過機(jī)油泵加壓后的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力，如果壓力過高，減壓閥將打開，允許部分機(jī)油直接流回機(jī)油殼。

3.5 電子控制系統(tǒng)（ECM）

G3520C燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)有三個(gè)電子控制模塊ECM，一個(gè)主ECM、一個(gè)副ECM和一個(gè)輔助ECM。

主ECM的主要功能：①發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)/停機(jī)控制；②發(fā)動(dòng)機(jī)左側(cè)的點(diǎn)火控制；③發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)速；④空燃比控制；⑤發(fā)動(dòng)機(jī)左側(cè)爆燃傳感器的監(jiān)控；⑥電氣系統(tǒng)的監(jiān)控；⑦發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的控制；

副ECM的功能：①發(fā)動(dòng)機(jī)右側(cè)的點(diǎn)火控制；②發(fā)動(dòng)機(jī)右側(cè)爆燃傳感器的監(jiān)控；

輔助ECM的功能：提高發(fā)電機(jī)組保持頻率和電壓一致的能力。

3.6 機(jī)組配置及主要功能

G3520C燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、EMCPII+發(fā)電機(jī)組控制屏、并機(jī)控制系統(tǒng)及其成套附件等組成。可實(shí)現(xiàn)以下主要功能：

（1）自動(dòng)控制下，機(jī)組能夠在30～100%額定負(fù)荷的工況下連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）機(jī)組能夠在合理的較短時(shí)間內(nèi)起動(dòng)并加速到額定速度。

（3）機(jī)組要求在甩全負(fù)荷后仍能控制在規(guī)定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。在設(shè)備的設(shè)計(jì)壽命期間該種甩負(fù)荷將不會(huì)造成設(shè)備的任何變形或損壞或是低周疲勞。

（4）機(jī)組的起動(dòng)和停機(jī)操作應(yīng)能夠通過電站控制室自動(dòng)執(zhí)行。

（5）機(jī)組應(yīng)有監(jiān)督和控制功能以確保機(jī)組安全，可靠和有效的運(yùn)行。

（6）機(jī)組應(yīng)能夠從電站控制室進(jìn)行自動(dòng)同步和分級(jí)加載。

（7）機(jī)組應(yīng)設(shè)計(jì)成能夠在預(yù)設(shè)的恒定負(fù)荷方式下運(yùn)行，又能在自動(dòng)頻率控制方式下運(yùn)行。

4 G3520C燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的主要性能指標(biāo)要求

（1）瓦斯?jié)舛葹?0%及以上、環(huán)境溫度為-25～40℃，海拔1139m，發(fā)電機(jī)組保證滿負(fù)荷運(yùn)行。

（2）在額定工況下燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的凈發(fā)電效率不低于40%。

（3）排氣背壓≤5kPa，滿負(fù)載時(shí)排氣溫度472℃。

（4）排放標(biāo)準(zhǔn)：低NOx排放，NOx排放量符合NOx排放量445mg/Nm3。

（5）發(fā)電機(jī)組的額定電壓6.3kV。

（6）發(fā)電機(jī)組的功率因數(shù)應(yīng)在-0.8～+0.8之間可調(diào)。

（7）發(fā)電機(jī)組的額定頻率50Hz。

5 瓦斯內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組在馬蘭煤礦中的應(yīng)用

馬蘭瓦斯發(fā)電廠建有4臺(tái)1870kW瓦斯內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組，年發(fā)電小時(shí)按7200h計(jì)，總發(fā)電量為7480kW，年發(fā)電量為5386×104kWh，扣除廠用電率（按7.8%）計(jì)算，每年可向礦井提供電量4965×104kWh。單臺(tái)機(jī)組發(fā)電耗瓦斯氣純量為7.8Nm3/min，年利用瓦斯氣總量（100%）為1348萬Nm3/a，每年可減排CO2量約為23.79萬t/a，對(duì)保障礦井安全生產(chǎn)、節(jié)能減排，實(shí)施低碳經(jīng)濟(jì)具有顯著的示范作用，取得了巨大的社會(huì)效益和一定的經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)語

隨著煤礦安全生產(chǎn)力度的加大，瓦斯抽放工作日益增強(qiáng)。因此，煤礦瓦斯利用項(xiàng)目，作為一項(xiàng)高新技術(shù)，只有采取各種措施，完善煤層氣預(yù)處理工藝，才能提高煤層氣的熱值和日產(chǎn)量。實(shí)際上，煤層氣是一種熱值高、無污染的潔凈能源資源，可用于生活燃料、發(fā)電燃料，如果對(duì)其合理利用，可以彌補(bǔ)能源短缺，發(fā)揮其更大的作用，拓寬煤層氣應(yīng)用的新領(lǐng)域，從而推動(dòng)煤炭企業(yè)持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展。

TD712

A

1004-7344（2016）03-0025-01

2016-1-5