低浓度瓦斯发电在我省煤矿应用的探讨.doc

低浓度瓦斯发电在我省煤矿应用的探讨
一、瓦斯基本特征及危害性瓦斯，是赋存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体。化学名称叫甲烷。它是一种无色、无臭。无味、易燃、易爆的气体。如果空气中瓦斯的浓度在5.5％上16％时，有明火的情况下就能发生爆炸。瓦斯爆炸会产生高温、高压、冲击波，并放出有毒气体。因此，被称为井工煤矿的“第一杀手”。据统计，在我国发生的矿难中，1／3遇难矿工的生命是被瓦斯爆炸夺走的。新中国成立以来全国煤矿共发生一次死亡百人以上的恶性事故２２起，死亡３５６９人。其中，瓦斯事故２０起，死亡３３３５人，分别占９０．９％和９３．４％。２００５年全国煤矿瓦斯事故死亡２１７１人，占煤矿各类事故死亡人数的３６．６％；采取坚决有力的措施治理和利用瓦斯，是保证煤矿安全生产、维护人民群众生命财产安全的重要举措，是一项利国安民的“生命工程”。为此，国家有关部门下了死命令：煤矿开采之前必须先上瓦斯抽排系统，“先抽后采”、“以风定产”，以确保矿工的生命安全。近年来，瓦斯的抽放工作取得了一定的成绩，井下瓦斯抽放率得到提高，煤矿的瓦斯事故大幅度下降。但是，由于没有很好的利用手段，抽上来的瓦斯大都排空，对环境造成了严重污染。瓦斯的主要成分甲烷，是杀伤力最大的温室气体，甲烷对温室效应的贡献率是二氧化碳的24.5倍。不仅如此，瓦斯大量排空还造成了惊人的资源浪费。经测算：1立方米瓦斯的热值相当于1.22公斤标煤，可发电3.5千瓦时。我国每年采煤排放的瓦斯在135亿立方米以上，其中可利用量达到80亿立方米左右，折合标煤近1000万吨，每年可发电300多亿千瓦时，瓦斯利用迫在眉睫。二、低浓度瓦斯发电技术在我国推广应用情况瓦斯发电技术应用主要形式：第一种是利用锅炉＋蒸汽轮机发电，第二种是燃气轮机＋蒸汽轮机发电，第三种是利用燃气内燃机发电。目前，我国大多煤矿都采用燃气内燃机发电。据有关资料介绍，瓦斯作为燃气内燃机发电具有以下特点：1）燃烧排放特性好。由于煤层瓦斯气是以气态形式和空气混合进入发动机气缸，使其容易与空气混合，且混合迅速、均匀。因此燃烧比较充分、完全，从而使排放中的CO、HC、NOX等有害成分大为减少。2）燃烧抗爆燃性能好，工作热效率高。由于瓦斯气和汽油燃料、柴油燃料相比有较高的辛烷值（120），故其抗爆性能好，可用于高压缩比的发动机，再加上气体燃料与空气混合更加均匀，因此这将充分发挥和提高发动机的工作效率。3）混合气发火界限宽。瓦斯气与空气混合具有很宽的发火界限，可在大范围内改变混合比，提供不同成分的可燃混合气。通过采用稀薄燃烧技术可进一步提高发动机的经济性能和环保效益。4）使用性能好。由于瓦斯气是气体燃料，低温起动性及低温运转性能良好，并且气体燃料进入气缸后不会对润滑油产生稀释作用，从而使发动机润滑状况也提高很多，零件磨损进一步降低，发动机故障减少，使用寿命长。5）经济性能好。在燃烧相同质量的燃料时，煤层瓦斯气热值（以有效成分CH4计）比汽油高12.7%，而且从理论空燃比看，一定量的空气所需的瓦斯气比汽油约少16.5%，所以燃用煤层瓦斯气的费用要低廉的多。6）动力性能有所下降。由于瓦斯气燃料本身是气态，当采用缸外预混合方式时，就会占据部分进入气缸的空气流通截面，使发动机充气系数比使用液体燃料大约低10%左右，因此在同一机组上使用瓦斯气燃料将使发动机功率有所下降。瓦斯发电技术推广应用情况瓦斯发电技术在我国由胜利油田胜利动力机械集团（以下简称胜动集团）为主导企业的研究和攻关下，已日趋成熟。胜动集团从1997年在山西晋城首次进入煤矿瓦斯发电领域，先后发明了〈电控燃气混合器〉等十多项具有完全自主知识产权的燃气机控制核心技术，开发了400kW、500kW、1200kW、2000kW煤矿瓦斯发电机组。电控燃气混合器技术可以通过计算机实现控制发动机空燃比闭环控制，适应煤矿瓦斯压力低和浓度的变化现实，发电机组输出功率稳定。瓦斯与空气先混合后增压技术通过利用发动机排余热将瓦斯与空气同时增压，可实现直接应用煤矿抽排瓦斯发电的目的，而不需要额外的瓦斯增压设备。稀燃技术采用新概念预燃室，提高甲烷燃烧速度，降低发动机热负荷，发动机功率和经济性得到提高。TEM－全电子控制技术，对发电机组所有运行参数实行计算机监控。安装了基于GPRS的远程控制系统，可实现远程监控。胜动集团的瓦斯发电技术在全国一些煤矿得到迅速的推广使用，加快了利用瓦斯发电的推进速度。胜动集团原开发的均是高浓度（瓦斯浓度含量>25％）瓦斯发电机组。在解决了煤矿瓦斯发电的关键技术（电控燃气混合器技术、全电子管理控制技术、稀燃技术、煤矿瓦斯发电机组专用阻火器）后，低浓度瓦斯发电技术在全国得到了快速的推广应用。低浓度瓦斯发电机组与高浓度瓦斯发电机组原理基本一致