瓦斯发电技术的改进探索

何艳

摘 要：瓦斯发电技术属于新能源发电技术，主要是将煤矿未能充分利用的瓦斯燃烧转变为电能。当前诸多高瓦斯矿井煤层的透气性相对较差，为了保证抽采效果，必须要完善抽采系统与煤矿安全生产条件，提高洁净能源供应，降低温室气体排放量，从而保证煤矿生产安全运行，实现保护环境、保护资源的双重目标。该文简要论述了瓦斯气体特点，概述了瓦斯发电技术的应用方式，进而针对当前瓦斯发电技术应用现状，详细探究了内燃机瓦斯发电的工艺流程与关键技术，旨在证实瓦斯发电技术的有效性。

关键词：瓦斯发电技术 节能减排 改进

中图分类号：TD845 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）02（c）-0030-01

瓦斯作为一种温室气体，温室效应突出，当前CDM能源组织要求各国要减少瓦斯排放量。瓦斯发电技术作为新能源发电技术，主要运用小型发电机组，结合烟气回热技术以及小型燃气能源转换装置，基于提升燃气燃烧效率的基础上尽可能地降低能源损耗，从而提高能源利用效能。在现阶段，瓦斯热电联产应用较广，主要将用户的采暖、电力以及供热等需求进行整合，充分利用发电后的余热，将其用作采暖或发电，一定程度上提高了热水供应效能，解决了电力紧张等问题。

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50%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>40%时，可将高瓦斯无偿供给居民使用，而浓度<40%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>30%的瓦斯用来发电，按照内燃机发电工艺要求，供气压力<0.05 MPa，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>30%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。

3 内燃机瓦斯发电技术的改进探索

3.1 瓦斯气品质处理分析

当前用来发电的瓦斯多为从井下抽放的瓦斯气，此类瓦斯气品质直接关系着瓦斯发电机组安全运行状况。由此可知，在瓦斯气利用之前要对其进行处理，从而最大限度地满足发电机对气体的要求。具体而言，主要有四种处理方法：第一，减少瓦斯气的含水量。当瓦斯气从井下抽出时，必须对进行脱水除湿处理，尽可能地降低其水分含量，通常可结合冷凝排水系统来进行；第二，去除杂质。抽放出的瓦斯气含有大量粉尘与有害气体，可利用过滤器来进行粉尘的清除，具体分析其气体物理性质，运用冷凝气体去除有害气体。因此必须要设置降温装置，于夏天气温较高时投入，其他季节可按照具体温度状况将其切除。

3.2 瓦斯气进入发电机前浓度与气量的控制

瓦斯气浓度与气量即为瓦斯气的内能。遵循能量守恒定律，瓦斯气发热量直接关系着发电机组的安全运行状态。考虑到抽放瓦斯浓度的变化，可将瓦斯气发热量整合成纯瓦斯来计算。在正常发电运行中，当瓦斯浓度或气流量减少时，会降低发电机组转速与发出电能的频率。在一定条件下，可诱发内燃机失速，造成停机现象，严重情况下可诱发事故。当瓦斯浓度或气流量持续增大时，会增加发电机组转速，提高发出电能的频率。此外，瓦斯气量与浓度的增大还会促使燃烧效率下降，出现能源浪费现象。由此可知，必须要合理控制瓦斯气的浓度与流量。当前诸多瓦斯预处理企业将浓度与气量控制作为研发重点，通过测量瓦斯气参数，制定DCS控制平台与线性控制策略，进而对瓦斯气量与浓度进行调节。

3.3 内燃机发电机组运行措施

针对燃气内燃机发电机组而言，其单机机组容量相对较小，目前在大型瓦斯电站中，必须要多台机组同步运行。考虑到瓦斯气量易随温度变化而变化，因此在瓦斯气量充足时，发电机组可负荷运行。若气量不充分，为了保证机组的经济运行，必须要按照实际状况来制定针对性措施，一般有两种：一是停运几台发电机，二是每台发电机同步降负荷运行。

4 结语

综上所述，基于瓦斯发电技术不断应用下，逐渐降低了发电成本，提高了发电的稳定性。在全球提倡节能减排形势下，相关企业必须要不断研发与探索，完善发电技术，合理利用不同浓度的瓦斯，保证瓦斯发电的安全运行。

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