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1、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V25%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
2、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。S3Tfap I 口瓦斯诧
3、度篠由机古发动机信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
4、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
5、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
6、远程监控。1.3 低浓度瓦斯发电技术的安全性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
7、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1451，发出声光预告报警信号， 超过1551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 低浓度瓦斯输送系统的安全性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
8、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
9、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 中，从燃烧物表面吸收大量的热量，从而使燃烧周围温度迅速降低， 当温度降至燃烧临界值以下时，热分解中断，燃烧随即终止。细水雾 在输送过程中，可以防止因静电而产生电火花，引起火焰传播。1.3.2.5 循环脱水技术脱水器由旋风脱水和重力脱水
10、串联实现，设置在瓦斯发电机组前 端，每台发电机组分别配备一套脱水器。旋风和重力脱水装置上分别 设置弹簧自复位式防爆门，出厂时弹簧开启压力设置完成。脱水器脱 出来的水由水泵加压循环使用。1.3.2.6 瓦斯输送系统压力控制技术为保证煤矿水环真空泵的安全运行和整个输送系统工作在设定 的压力范围内，在输送系统的主管道上设置一个瓦斯安全放散器。当 输送系统管道压力增高时，内套水面下降，外套水面上升；当内套水 面下降到露出内套下沿时，瓦斯便通过水溢出排空。系统压力可通过 改变放散器内的水量来调整。通过液位变送器可实现计算机远程控 制。瓦斯的排空是通过水而放散到空中的，因此放散器能够将外部可 能存在的火源与系统内瓦斯隔离，实现安全放散。1.3.2.7 细水雾输送监控技术通过采集细水雾输送的相关参数，实现运行参数实时显示，对超 限参数进行报警，并自动控制输送系统执行相关操作，有效的保证输 送系统的安全可靠性，同时具有历史数据存储、查询和打印功能。
