低濃度瓦斯發(fā)電技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望

低濃度瓦斯發(fā)電技術(shù)爭(zhēng)論現(xiàn)狀及展望李磊Tocounterthesupplycharacteristicsoflow-concentrationgasasfuelinthecoalmine,analysiswascarriedoutonthepresentresearchsituationoftheinternalcombustionpowergenerationtechnology,gas-turbinepowergenerationtechnologyandoxidationpowergenerationtechnologywithlow-concentrationgas;adescriptionofthepowergenerationprinciple,systemcompositionandfeaturesofthereciprocatinginternalcombustionengine,gasturbineandoxidationreactorwithlow-concentrationgasforpowergenerationwasgiven,theproblemsexistinginpowergenerationtechnologywithlowconcentrationgasandsuggestionswerepointedoutandtheapplicationprospectofthistechnologywasdiscussed.%針對(duì)煤礦低濃度瓦斯燃料供給的特點(diǎn)，分析了低濃了展望?！兜V業(yè)安全與環(huán)保》【年(卷),期】2023(000)0025(P86-89,96)低濃度瓦斯發(fā)電;內(nèi)燃機(jī)發(fā)電;燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電;氧化發(fā)電【作者】李磊【作者單位】400037【正文語(yǔ)種】中文TD712中國(guó)從煤礦排放的瓦斯(CH445%［1］。我國(guó)煤礦排放的瓦斯主要來(lái)7030%的低濃度瓦斯［2］。煤礦瓦斯作為一種清潔的能源假設(shè)加以利用既可以削減溫室氣體排放，滿(mǎn)足煤礦局部用電需求，又可以將多余的電量上網(wǎng)和申請(qǐng)國(guó)際CDM2023471kW;2023140m3150kW。瓦斯迅猛進(jìn)展和技術(shù)進(jìn)步。低濃度瓦斯發(fā)電技術(shù)爭(zhēng)論現(xiàn)狀30%，主要應(yīng)用于小型燃?xì)廨啓C(jī)和高濃度內(nèi)燃機(jī)發(fā)電;低負(fù)壓系統(tǒng)抽采瓦斯的濃度30%，主要應(yīng)用于低濃度內(nèi)燃機(jī)發(fā)電;礦井回風(fēng)井風(fēng)排瓦斯(乏風(fēng)瓦斯)濃1%以下，主要承受低濃度瓦斯與礦井乏風(fēng)瓦斯的混合氣(或低濃度瓦斯內(nèi)燃機(jī)發(fā)電技術(shù)6%，使發(fā)動(dòng)機(jī)空燃500℃，0.1J35%以上。我國(guó)煤礦抽采出的相當(dāng)數(shù)量的低濃度瓦斯均處于爆炸界限內(nèi)(5～16%)，瓦斯發(fā)秒內(nèi)可將管道內(nèi)爆炸火焰快速撲滅。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù)料;由早期噴嘴和動(dòng)葉片的對(duì)流、沖擊等冷卻進(jìn)展到承受蒸汽冷卻。實(shí)踐說(shuō)明，燃100℃，2%～3%，先進(jìn)冷卻技術(shù)促使透平前500～800℃，因此簡(jiǎn)潔循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的熱效率由早期的16%～2540300～20000kW30～300kW處于科研階段。積、葉片高度來(lái)增大透平的燃?xì)馔ㄟ^(guò)量［3］;通過(guò)降低空氣量、加大燃料管和閥的率保持穩(wěn)定，其性能將得到充分發(fā)揮。氧化發(fā)電技術(shù)礦井低濃度瓦斯其濃度普遍較低，假設(shè)滿(mǎn)足不了內(nèi)燃機(jī)發(fā)電的要求，通常是將排空的低濃度瓦斯與乏風(fēng)瓦斯混合(或?qū)⒌蜐舛韧咚瓜♂屩?%左右)后氧化放熱進(jìn)展發(fā)電。其燃燒方式包括蓄熱式氧化燃燒(RTO)［4］和蓄熱式催化氧化燃燒(RCO)［5］，共同特征是使用高溫空氣燃燒技術(shù)。蓄熱式氧化承受了混合氣體交替通過(guò)蜂窩狀蓄1000℃，CH4應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高溫燃燒;催化式氧化使用催化氧化燃燒技術(shù)，燃燒室即使在 350～600℃時(shí)CH4仍可氧化燃燒，實(shí)現(xiàn)了NOx和CO的超低排放，以削減對(duì)大氣的污染。瓦斯發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)發(fā)電功率輸出較多，功率范圍寬，故市場(chǎng)承受較多的是內(nèi)燃機(jī)發(fā)電;燃?xì)廨喌蜐舛韧咚寡趸夹g(shù)通過(guò)氧化產(chǎn)生高溫?zé)煔?，利用余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽推動(dòng)蒸汽輪機(jī)1。1/kW))內(nèi)燃機(jī)瓦500～40009.7～10.527～4070～8010s310%以上燃?xì)鉄岷穆?(MJ/(kW·h))發(fā)電效率/%總效率/%啟動(dòng)時(shí)間燃料壓力/kPaNOx放/(kg/(MW·h0.18～4.5030～500009.2～15.020～3465～7810min～1h900400.14～0.91內(nèi)燃機(jī)發(fā)電系統(tǒng)處理系統(tǒng)、瓦斯安全輸送系統(tǒng)等組成。低濃度瓦斯與高濃度瓦斯發(fā)電的最大區(qū)分:燃燒后高溫高壓氣體帶動(dòng)缸體活塞和曲軸運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)做功，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為3530%隨廢氣排出，25%被發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水帶走［6］。27%～40%;10s3kPa);適應(yīng)力量220SG1500m［7］;系統(tǒng)簡(jiǎn)潔，占地面積小;對(duì)瓦斯燃料濃度(甲烷含量≥10%)適應(yīng)范圍寬。國(guó)外生產(chǎn)內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組的廠家有美國(guó)卡特彼勒、日本三菱重工、奧地利顏巴赫;國(guó)范圍通常在10～4000kW，市場(chǎng)上使用量最多的機(jī)型為500kW瓦斯發(fā)電機(jī)組，2。2500kW500GF－WK500GFW/kW500500500/(r/min100010001000/V400400400定電流/A902902902/kPa3～107～155～20/(MJ/(kW·h)≤10.3≤10.5≤10.5500GF1－3PWW/(g/(kW·h))1.0≤1.2≤1.5空啟動(dòng)大修周期/h≥30000≥30000≥30000/mm6030×2217×28395348×1970×25585120×2040×2780/kg10750125005000燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐、汽輪機(jī)、冷凝器、發(fā)電機(jī)、冷卻器、冷卻塔等組成。濕式壓縮機(jī)連續(xù)吸入壓縮空氣后進(jìn)入燃料室與燃料混合燃燒，形成高溫旋轉(zhuǎn)氣流膨脹做功帶動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，與渦輪連接的軸桿在高速旋轉(zhuǎn)中不斷切割軸四周的定子的磁力線(xiàn)，能量形式完成了熱能到機(jī)械能、機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)化，按這種原理工作的稱(chēng)為開(kāi)式循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)。剩余的高溫尾氣熱量通過(guò)將熱水注入余熱鍋爐的蒸發(fā)器中，使飽和蒸汽形成過(guò)熱蒸汽，隨后經(jīng)蒸汽管道驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電，后面局部為余熱發(fā)電。圖11中、小型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)原理圖燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電的主要特點(diǎn):單機(jī)功率較大，啟動(dòng)快，污染排放低，尺寸小，需用冷20～30%，更適合對(duì)余熱需求量大且70%～80%。但對(duì)瓦斯氣源濃度要求400.9MPa氧化發(fā)電系統(tǒng)12前半個(gè)循環(huán)中，常溫下的乏風(fēng)通過(guò)上部的蓄熱陶瓷床并被加熱，然后進(jìn)入催化劑層，傳輸?shù)椒错懫鞯纳喜康蜏貍?cè)［8］，2。蓄熱式氧化反響器與催化式氧化反響N2O2NOx，對(duì)空氣造成污染［9］。催化式氧化反響器主要由陶瓷蓄熱床、催化燃燒室、引燃器、切換閥、進(jìn)氣風(fēng)機(jī)等部件組成，燃燒室將上下層催化劑層分開(kāi)，反響器的兩端為陶瓷床蓄熱式材料，其發(fā)電系統(tǒng)通常由乏風(fēng)過(guò)濾器、壓氣機(jī)、逆流回?zé)崞?、催化氧化反響器、燃?xì)廨啓C(jī)、2催化式氧化反響器工作原理圖并放出熱量，產(chǎn)生高溫高壓氣體后帶動(dòng)透平機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電［10］。的大中型煤礦供給，其熱效率較燃?xì)廨啓C(jī)低。氧化發(fā)電的主要特點(diǎn):乏風(fēng)燃料量大且廉價(jià)，由于乏風(fēng)瓦斯的濃度低，所產(chǎn)生熱能過(guò)關(guān)心瓦斯的助燃提高燃?xì)廨啓C(jī)透平前端的進(jìn)氣溫度推動(dòng)其旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)。應(yīng)用中存在的問(wèn)題及建議連續(xù)完善和改進(jìn)發(fā)電設(shè)備。目前的燃?xì)廨啓C(jī)是針對(duì)中、高熱值燃料開(kāi)發(fā)的，為適應(yīng)低濃度瓦斯燃料，應(yīng)改進(jìn)其內(nèi)部構(gòu)造及掌握系統(tǒng)，同時(shí)樂(lè)觀將燃?xì)廨啓C(jī)微型化，利用大、中、小型煤礦的抽采瓦斯都可進(jìn)展發(fā)電，使裝機(jī)形式更加敏捷。瓦斯發(fā)電系統(tǒng)受瓦斯?jié)舛炔▌?dòng)影響較大，濃度過(guò)低，機(jī)組維持自身運(yùn)行困難，因斯摻混技術(shù)。以冷熱電為主要形式的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了能源的梯級(jí)利用，能源綜合利用效率達(dá)70%～90%，但目前我國(guó)電網(wǎng)針對(duì)傳統(tǒng)型大型火電設(shè)計(jì)，小容量電站與大電網(wǎng)存快開(kāi)放配電網(wǎng)，開(kāi)發(fā)的電力零售市場(chǎng)。目前瓦斯發(fā)電機(jī)組在低碳、減排方面還有待改進(jìn)和完善，需要嚴(yán)格掌握發(fā)動(dòng)機(jī)及NOx機(jī)用)、催化氧化發(fā)電技術(shù)、進(jìn)展抗高溫材料。隨著京都議定書(shū)到期，國(guó)內(nèi)發(fā)電企電企。以便集約開(kāi)發(fā)，瓦斯電站朝大型化進(jìn)展，這樣，電站在經(jīng)濟(jì)效益增加的同時(shí)可避開(kāi)各煤礦重復(fù)投資建設(shè)，節(jié)約社會(huì)本錢(qián)。結(jié)語(yǔ)低濃度瓦斯發(fā)電技術(shù)在“十五”、“十一五”期間得到了快速進(jìn)展，為解決能源與環(huán)境的系統(tǒng)問(wèn)題供給了全思路。低濃度瓦斯燃料低熱值特點(diǎn)和燃料供給方式形成了特有的低濃度瓦斯發(fā)電技術(shù)，通過(guò)對(duì)該技術(shù)的爭(zhēng)論，對(duì)瓦斯發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)展分類(lèi)，國(guó)家對(duì)環(huán)保的要求越趨嚴(yán)格，大力進(jìn)展低濃度瓦斯發(fā)電是將來(lái)瓦斯利用的主要方向參考文獻(xiàn):［1］劉文和，楊假設(shè)儀.低熱值煤氣燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電在鋼鐵廠的應(yīng)用［J］.燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2023，17(1):21－25.［2］薛少謙，蔡周全，李建.低濃度瓦斯輸送管道的瓦斯爆炸傳播試驗(yàn)性爭(zhēng)論［J］.礦業(yè)安全與環(huán)保，2023，35(2):22－24.李家球.燃?xì)廨啓C(jī)在低熱值煤礦瓦斯發(fā)電方面的應(yīng)用［C］.北京:第六屆國(guó)際煤層氣研討會(huì)論文集，2023:147－156.［4］LeeJH，TrimmDL.Catalyticcombustionofmathane［J］.Fuelprocessiontechnology，1995，42:339－359.［5］OHSH，MITCHELLPJ.SIEWERTRM.CatalyticControlofAirPollution.［J］.ACSSymposiumSeries，1992，12:495－509.［6］謝曉東，張振東，高勝陽(yáng).談低濃度瓦斯發(fā)電站工藝設(shè)計(jì)［J］.煤炭工程，2023(9):14－16.［7］劉蜀卿.內(nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)在發(fā)電領(lǐng)域的比較［J］.內(nèi)燃機(jī)，20