低浓度瓦斯发电技术

低浓度瓦斯发电技术

伴随着煤炭资源的勘探和开采，煤矿瓦斯作为伴生资源被大量发现。煤矿瓦斯按所含甲烷浓度分为四大类：一类是地面抽采煤层气，甲烷浓度大于80%，主要用于民用、汽车燃料、发电等；二类是煤炭开采过程抽排出，甲烷浓度在25%至80%之间的瓦斯，称为高浓度煤矿瓦斯，主要用于民用、化工、发电、燃烧等；三类是煤炭开采过程抽排出，甲烷浓度＜25%的，称为低浓度瓦斯，目前小部分用于发电，大部分直接排空；四类是煤矿通风系统中排出的甲烷浓度低于1%的，称为“通风瓦斯”，直接放散。

1.1低浓度瓦斯发电条件

低浓度瓦斯发电必须解决两个问题：一是发电机组要适应瓦斯浓度和压力的变化要求；二是要有安全的瓦斯输送系统，保证安全发电。

1.2.3 500GF1-3RW瓦斯发电机组主要技术特点

1.2.3.1空燃比自动调节技术

通过计算机实现发动机空燃比闭环控制，对于低浓度瓦斯，设计大口径瓦斯进气通道。瓦斯与空气分别由电动蝶门进行控制。当CH4的浓度变化时，发动机自动实时监控燃烧状况，由中央控制单元发出指令，执行器调整燃气通道，从而改变燃气进气量，达到自动调节混合比的目的，使发动机空燃比始终保持在理想状态，整个过程自动实现。无空燃比自动调节技术的机组理论上不能应用于瓦斯发电，实践

也证明没有空燃比自动调节技术的机组国内没有成功使用的案例。此项技术是我公司的发明专利。

1.2.3.2 低压进气技术

针对抽排瓦斯压力低的特点，机组采用瓦斯与空气先混合后增压技术适应煤矿瓦斯压力低的特点。该技术的应用，可实现直接应用煤矿抽排瓦斯发电的目的。瓦斯压力到调压阀前达到3kPa以上就可以达到使用条件，不需要增加加压装置，减少投资。未采用此技术的机组需要加压装置，增加了投资;同时低浓度瓦斯压力升高时，爆炸极限迅速变宽，增加了安全隐患，消耗了电力，降低了发电效益。1.2.3.3 稀薄燃烧技术

通过合理匹配配气系统，利用自主知识产权的新概念燃烧室技术和缸温控制技术，共同实现稀薄燃烧，降低热负荷，提高了机组对燃气的适应性和机组的热效率，其动力性和可靠性大大提高。未采用此技术的机组，机组容易爆震，同时对燃气的潮湿性较为敏感，表现为点火困难或点火不连续，直接影响机组运行的可靠性。

1.2.3.4 防回火技术

公司针对低浓度瓦斯的特点，研制了金属波纹带瓦斯管道专用的阻火器，用于发动机的三处阻火点，防止发动机回火。此专用阻火器通过了国家消防总局的批准。

1.2.3.4 数字点火技术

该技术为胜利动力机械有限公司专利技术，点火系统与美国ALTRONIC公司的产品配套使用，通过在世界范围内的使用证明：该系统具有较高的可靠性，尤其适用于大功率机组，保证燃气燃烧充分，机组可靠运行。此点火系统尤其适合多缸机型，使每个气缸都能在最佳状态工作，发挥机器的最佳性能。

1.2.3.5电子调速技术

选用美国WOODWARD电调系统，该系统是当前世界最先进的大功率调速系统，经过20多年燃气机研发经验和国内外机组的使用验证，该调速系统的使用性能优越，具有高稳定性和反应快速等优点，适合多台机组并车或并网时使用，可达到精确的速度控制，使机组调速率稳定。

1.2.3.6 TEM(工控计算机)技术

利用TEM（工控计算机）系统对瓦斯浓度、发动机缸温、排温、混合器转角、监控仪测量参数、电量参数进行采集记录与故障报警，并能自动调节混合器控制阀开度，使机组始终处于最佳工作状态。进气总管装甲烷传感器，符合煤矿防爆要求。TEM系统还可以根据用户的需要实现信息远传和远程监控。

1.3.1机组本身的安全性

500GF1-3RW瓦斯发电机组在设计时充分体现了最初的设计原则，充分考虑瓦斯气体的易燃、易爆性，尤其低浓度瓦斯。机组本身具有多种安全保护装置：

短路保护：利用主回路低压断路器的延时脱扣器做短路保护电器，动作电流整定8-10倍额定电流。

过电流保护：利用机组上的过流继电器检测过流信号，按照发电机额定电流的1.25倍整定。

欠压保护：在主回路低压断路器装设失压脱扣器，当发电机电压低于50%—60%额定电压时，使主断路器分闸。

逆功率保护：采用反时限逆功率保护机组，并联运行时发生

5%-15%额定功率的逆功率时，10s内逆功率保护装置使主断路器分闸。

发电机热保护：定子温度超过145℃，发出声光预告报警信号，超过155℃使主断路器分闸。

TEM保护系统：交流电流表、电压表、功率表、功率因数表、频率表、电能表、转速表、运行时间累计表及相应配套的电流互感器、电压互感器、测量转换开关；燃气机的进口气压、水温及排烟温度、油温、机油压力、缸温、同期测量仪表及同期控制设备、运行状态预告、故障报警信号、水温、油温过高报警。

发动机的状态信号：润滑油压过低、超转速故障报警并停车。

1.3.

2.1细水雾输送系统流程

瓦斯经过水位自控式水封阻火器和金属波纹带瓦斯管道专用阻火器，进入瓦斯输送管道。与瓦斯输送管道并行的输水管内的水由水泵加压，通过水雾发生器在瓦斯输送管道内连续成雾。细水雾与瓦斯在管道内混合输送。细水雾凝结,经脱水器脱水后循环使用。

1.3.

2.2 湿式水位自控组火器

阻火器由雷达液位计、水封阻火罐、水位自动监控系统、工控机等部分组成，实现水封阻火罐水面的全自动监控。雷达液位计测量水封水位，并将信号传给监控系统；水位监控系统判断水位高低，按程序设定适时放水或加水。工控机用于实现水封阻火罐的模拟控制及参数的设置。

1.3.

2.3金属波纹带瓦斯管道专用阻火器

在瓦斯输送管道上装有瓦斯专用阻火器，能够有效阻止管道内火焰的传播，保证瓦斯输送安全可靠。阻火原理是基于火焰冷壁淬熄现象,火焰以一定速度进入阻火芯狭缝时，反应活化中心的自由基和自由原子与冷壁相碰撞放出其能量，反应区的热量流向冷壁边界。火焰面达到一定距离时，开始形成熄火层，自由基越来越少直到没有，火焰熄灭。

1.3.

2.4 细水雾灭火技术

在瓦斯输送过程中，细水雾与瓦斯混合均匀，并以一定的速度流动，长期、连续地形成细水雾。其灭火机理是：细水雾在汽化的过程