劉洪雨

摘 要：煤礦瓦斯是一種新型能源，主要成分是甲烷，儲量豐富，與天燃氣儲量相當。開發(fā)利用瓦斯具有節(jié)能、環(huán)保、增效等重要意義。煤礦瓦斯發(fā)電具有極佳的市場前景，通過對峻德煤礦瓦斯抽采現(xiàn)狀的分析，對煤礦瓦斯發(fā)電設備進行選型，闡述了低瓦斯發(fā)電機組的關鍵技術特點和發(fā)電技術安全性。為煤礦瓦斯發(fā)電技術的運用提供技術支撐，促進我國煤礦瓦斯發(fā)電事業(yè)的健康發(fā)展。

關鍵詞：煤礦瓦斯 發(fā)電技術 能源

引言

煤礦瓦斯是儲藏在煤層里的以甲烷氣體為主要構(gòu)成物的非常規(guī)天然氣能源。它無色無味、易燃 易爆并且有較大的毒性，在煤炭資源開采中會 自動散發(fā)到礦井內(nèi)。特別是在其主要成分甲烷氣體占空氣體積的5%～16 %范圍時，遇到明火將引起爆炸的發(fā)生。正因如此在業(yè)界也把煤礦瓦斯稱之為安全殺手，但與此同時煤礦瓦斯以甲烷為主要成分，也可以作為一種具有較高經(jīng)濟價值的新型清潔能源被利用。當前在全球資源日益匱乏的大環(huán)境下，合理地開發(fā)和利用煤礦瓦斯具有極其重要的現(xiàn)實意義。

1 礦井概況及瓦斯抽采現(xiàn)狀

峻德煤礦是東北地區(qū)最大的國有井工煤礦，全國瓦斯治理示范礦井，行業(yè)一級安全高效礦井。礦井位于黑龍江鶴崗煤田最南端，1981年11月26日投產(chǎn)，煤質(zhì)為氣煤和肥氣煤，是優(yōu)質(zhì)的動力煤，礦井生產(chǎn)能力300余萬噸，綜合機械化開采。已探明礦井剩余可采儲量共計5.3億噸，按目前開采能力可采130年。該礦為煤與瓦斯突出礦井，瓦斯剩余儲量約20億立方米，氣體儲量非常豐富。地面運行兩套瓦斯抽采系統(tǒng)，實現(xiàn)礦井高、低濃度分源抽采，利用礦用坑道鉆機打穿層鉆孔技術，分別對二水平南一、二區(qū)及三水平的21#、22#、23#、27#、30#、33#可采煤層進行瓦斯預抽。瓦斯抽采純量為2040萬 m3/a ，瓦斯平均濃度25%左右，屬于低濃度瓦斯。

2 機組選型

目前國內(nèi)瓦斯發(fā)電站普遍采用瓦斯內(nèi)燃發(fā)電機組，其中應用較多的國產(chǎn)機組主要有勝動集團、濟柴動力、無錫開普等公司生產(chǎn)的燃氣發(fā)電機組，功率有1000KW、600KW和500KW三種容量機型。低濃度瓦斯發(fā)電必須解決兩個問題：一是發(fā)電機組要適應瓦斯?jié)舛群蛪毫Φ淖兓螅欢且邪踩耐咚馆斔拖到y(tǒng)，保證安全發(fā)電。由于峻德煤礦瓦斯氣體濃度相對不高，發(fā)熱量較低，適應性差等特點，瓦斯平均濃度20%-25%，而勝動機組設計為CH4≥9%即可發(fā)電，因此選擇8臺勝動500GF1-3RW型低濃度瓦斯發(fā)電機組及其配套設施。

3 500GF1-3RW瓦斯發(fā)電機組主要技術特點

3.1空燃比自動調(diào)節(jié)技術

通過計算機實現(xiàn)發(fā)動機空燃比閉環(huán)控制，對于低濃度瓦斯，設計大口徑瓦斯進氣通道。瓦斯與空氣分別由電動蝶門進行控制。當CH4的濃度變化時，發(fā)動機自動實時監(jiān)控燃燒狀況，由中央控制單元發(fā)出指令，執(zhí)行器調(diào)整燃氣通道，從而改變?nèi)細膺M氣量，達到自動調(diào)節(jié)混合比的目的，使發(fā)動機空燃比始終保持在理想狀態(tài)，整個過程自動實現(xiàn)。

3.2 低壓進氣技術

針對抽排瓦斯壓力低的特點，機組采用瓦斯與空氣先混合后增壓技術適應煤礦瓦斯壓力低的特點。該技術的應用，可實現(xiàn)直接應用煤礦抽排瓦斯發(fā)電的目的。瓦斯壓力到調(diào)壓閥前達到3kPa以上就可以達到使用條件，不需要增加加壓裝置，減少投資。

3.3 稀薄燃燒技術

通過合理匹配配氣系統(tǒng)，利用自主知識產(chǎn)權的新概念燃燒室技術和缸溫控制技術，共同實現(xiàn)稀薄燃燒，降低熱負荷，提高了機組對燃氣的適應性和機組的熱效率，其動力性和可靠性大大提高。

3.4 防回火技術

針對低濃度瓦斯的特點，研制了金屬波紋帶瓦斯管道專用的阻火器，用于發(fā)動機的三處阻火點，防止發(fā)動機回火。

3.5 數(shù)字點火技術

點火系統(tǒng)與美國ALTRONIC公司的產(chǎn)品配套使用，通過在世界范圍內(nèi)的使用證明：該系統(tǒng)具有較高的可靠性，尤其適用于大功率機組，保證燃氣燃燒充分，機組可靠運行。此點火系統(tǒng)尤其適合多缸機型，使每個氣缸都能在最佳狀態(tài)工作，發(fā)揮機器的最佳性能。

3.6電子調(diào)速技術

選用美國WOODWARD電調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是當前世界最先進的大功率調(diào)速系統(tǒng)，經(jīng)過20多年燃氣機研發(fā)經(jīng)驗和國內(nèi)外機組的使用驗證，該調(diào)速系統(tǒng)的使用性能優(yōu)越，具有高穩(wěn)定性和反應快速等優(yōu)點，適合多臺機組并車或并網(wǎng)時使用，可達到精確的速度控制，使機組調(diào)速率穩(wěn)定。

3.7 TEM（工控計算機）技術

利用TEM（工控計算機）系統(tǒng)對瓦斯?jié)舛取l(fā)動機缸溫、排溫、混合器轉(zhuǎn)角、監(jiān)控儀測量參數(shù)、電量參數(shù)進行采集記錄與故障報警，并能自動調(diào)節(jié)混合器控制閥開度，使機組始終處于最佳工作狀態(tài)。進氣總管裝甲烷傳感器，符合煤礦防爆要求。TEM系統(tǒng)還可以根據(jù)用戶的需要實現(xiàn)信息遠傳和遠程監(jiān)控。

4低濃度瓦斯發(fā)電技術的安全性

500GF1-3RW瓦斯發(fā)電機組在設計時充分體現(xiàn)了最初的設計原則，充分考慮瓦斯氣體的易燃、易爆性，尤其低濃度瓦斯。機組本身具有多種安全保護裝置：

短路保護：利用主回路低壓斷路器的延時脫扣器做短路保護電器，動作電流整定8-10倍額定電流。

過電流保護：利用機組上的過流繼電器檢測過流信號，按照發(fā)電機額定電流的1.25倍整定。

欠壓保護：在主回路低壓斷路器裝設失壓脫扣器，當發(fā)電機電壓低于50%—60%額定電壓時，使主斷路器分閘。

逆功率保護：采用反時限逆功率保護機組，并聯(lián)運行時發(fā)生5%-15%額定功率的逆功率時，10s內(nèi)逆功率保護裝置使主斷路器分閘。

發(fā)電機熱保護：定子溫度超過145℃，發(fā)出聲光預告報警信號，超過155℃使主斷路器分閘。

TEM保護系統(tǒng)：交流電流表、電壓表、功率表、功率因數(shù)表、頻率表、電能表、轉(zhuǎn)速表、運行時間累計表及相應配套的電流互感器、電壓互感器、測量轉(zhuǎn)換開關；燃氣機的進口氣壓、水溫及排煙溫度、油溫、機油壓力、缸溫、同期測量儀表及同期控制設備、運行狀態(tài)預告、故障報警信號、水溫、油溫過高報警。

發(fā)動機的狀態(tài)信號：潤滑油壓過低、超轉(zhuǎn)速故障報警并停車。

5 排氣余熱利用

利用循環(huán)泵將礦區(qū)自來水經(jīng)軟化處理送至鍋爐，利用瓦斯發(fā)電機組排放的尾氣進行加熱，可以生成1.0MPa、120℃的飽和蒸汽，再通過管道送入熱交換器轉(zhuǎn)換成60℃的熱水后，供峻德職工浴池洗澡和更衣室烘干用水。煙道式余熱鍋爐，單機額定出力為0.4t/h，總出力為8×0.4t/h，可節(jié)約供蒸汽氣量3.2t/h。

6 經(jīng)濟效益、社會效益：

1.發(fā)電機組每年發(fā)電2040萬KWh，所發(fā)電量全部供礦區(qū)內(nèi)部使用，每年為我礦節(jié)約電費1264萬元。余熱利用4400GJ，節(jié)約煤炭720噸，加上人工費、設備維護費等每年可節(jié)省資金300萬元；

2.實現(xiàn)了能源的綜合利用及公司的可持續(xù)發(fā)展；

3.減少溫室氣體排放，保護生態(tài)環(huán)境

7 結(jié)論

煤礦瓦斯發(fā)電在一定程度上改善能源結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)“以利用促抽采、以抽采保安全”的煤礦良性循環(huán)發(fā)展；在抽放站附近建立瓦斯發(fā)電站，實現(xiàn)“就地發(fā)電，就地使用，多余上網(wǎng)”的模式 ，緩解區(qū)域性電力短缺，提高煤礦企業(yè)生產(chǎn)效益。具有安全、環(huán)保、節(jié)能的顯著特點，經(jīng)濟效益和社會效益都十分顯著。

參考文獻 ：

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