低浓度瓦斯发电技术研究现状及展望

低浓度瓦斯发电技术争论现状及展望李磊Tocounterthesupplycharacteristicsoflow-concentrationgasasfuelinthecoalmine,analysiswascarriedoutonthepresentresearchsituationoftheinternalcombustionpowergenerationtechnology,gas-turbinepowergenerationtechnologyandoxidationpowergenerationtechnologywithlow-concentrationgas;adescriptionofthepowergenerationprinciple,systemcompositionandfeaturesofthereciprocatinginternalcombustionengine,gasturbineandoxidationreactorwithlow-concentrationgasforpowergenerationwasgiven,theproblemsexistinginpowergenerationtechnologywithlowconcentrationgasandsuggestionswerepointedoutandtheapplicationprospectofthistechnologywasdiscussed.%针对煤矿低浓度瓦斯燃料供给的特点，分析了低浓了展望。《矿业安全与环保》【年(卷),期】2023(000)0025(P86-89,96)低浓度瓦斯发电;内燃机发电;燃气轮机发电;氧化发电【作者】李磊【作者单位】400037【正文语种】中文TD712中国从煤矿排放的瓦斯(CH445%［1］。我国煤矿排放的瓦斯主要来7030%的低浓度瓦斯［2］。煤矿瓦斯作为一种清洁的能源假设加以利用既可以削减温室气体排放，满足煤矿局部用电需求，又可以将多余的电量上网和申请国际CDM2023471kW;2023140m3150kW。瓦斯迅猛进展和技术进步。低浓度瓦斯发电技术争论现状30%，主要应用于小型燃气轮机和高浓度内燃机发电;低负压系统抽采瓦斯的浓度30%，主要应用于低浓度内燃机发电;矿井回风井风排瓦斯(乏风瓦斯)浓1%以下，主要承受低浓度瓦斯与矿井乏风瓦斯的混合气(或低浓度瓦斯内燃机发电技术6%，使发动机空燃500℃，0.1J35%以上。我国煤矿抽采出的相当数量的低浓度瓦斯均处于爆炸界限内(5～16%)，瓦斯发秒内可将管道内爆炸火焰快速扑灭。燃气轮机发电技术料;由早期喷嘴和动叶片的对流、冲击等冷却进展到承受蒸汽冷却。实践说明，燃100℃，2%～3%，先进冷却技术促使透平前500～800℃，因此简洁循环燃气轮机的热效率由早期的16%～2540300～20000kW30～300kW处于科研阶段。积、叶片高度来增大透平的燃气通过量［3］;通过降低空气量、加大燃料管和阀的率保持稳定，其性能将得到充分发挥。氧化发电技术矿井低浓度瓦斯其浓度普遍较低，假设满足不了内燃机发电的要求，通常是将排空的低浓度瓦斯与乏风瓦斯混合(或将低浓度瓦斯稀释至1%左右)后氧化放热进展发电。其燃烧方式包括蓄热式氧化燃烧(RTO)［4］和蓄热式催化氧化燃烧(RCO)［5］，共同特征是使用高温空气燃烧技术。蓄热式氧化承受了混合气体交替通过蜂窝状蓄1000℃，CH4应，实现高温燃烧;催化式氧化使用催化氧化燃烧技术，燃烧室即使在 350～600℃时CH4仍可氧化燃烧，实现了NOx和CO的超低排放，以削减对大气的污染。瓦斯发电系统内燃机发电功率输出较多，功率范围宽，故市场承受较多的是内燃机发电;燃气轮低浓度瓦斯氧化技术通过氧化产生高温烟气，利用余热锅炉产生蒸汽推动蒸汽轮机1。1/kW))内燃机瓦500～40009.7～10.527～4070～8010s310%以上燃气热耗率/(MJ/(kW·h))发电效率/%总效率/%启动时间燃料压力/kPaNOx放/(kg/(MW·h0.18～4.5030～500009.2～15.020～3465～7810min～1h900400.14～0.91内燃机发电系统处理系统、瓦斯安全输送系统等组成。低浓度瓦斯与高浓度瓦斯发电的最大区分:燃烧后高温高压气体带动缸体活塞和曲轴运动，推动发动机做功，将机械能转化为3530%随废气排出，25%被发动机冷却水带走［6］。27%～40%;10s3kPa);适应力量220SG1500m［7］;系统简洁，占地面积小;对瓦斯燃料浓度(甲烷含量≥10%)适应范围宽。国外生产内燃发电机组的厂家有美国卡特彼勒、日本三菱重工、奥地利颜巴赫;国范围通常在10～4000kW，市场上使用量最多的机型为500kW瓦斯发电机组，2。2500kW500GF－WK500GFW/kW500500500/(r/min100010001000/V400400400定电流/A902902902/kPa3～107～155～20/(MJ/(kW·h)≤10.3≤10.5≤10.5500GF1－3PWW/(g/(kW·h))1.0≤1.2≤1.5空启动大修周期/h≥30000≥30000≥30000/mm6030×2217×28395348×1970×25585120×2040×2780/kg10750125005000燃气轮机发电系统燃气轮机、余热锅炉、汽轮机、冷凝器、发电机、冷却器、冷却塔等组成。湿式压缩机连续吸入压缩空气后进入燃料室与燃料混合燃烧，形成高温旋转气流膨胀做功带动涡轮转动，与涡轮连接的轴杆在高速旋转中不断切割轴四周的定子的磁力线，能量形式完成了热能到机械能、机械能到电能的转化，按这种原理工作的称为开式循环燃气轮机。剩余的高温尾气热量通过将热水注入余热锅炉的蒸发器中，使饱和蒸汽形成过热蒸汽，随后经蒸汽管道驱动蒸汽轮机发电，后面局部为余热发电。图11中、小型燃气轮机发电系统原理图燃气轮机发电的主要特点:单机功率较大，启动快，污染排放低，尺寸小，需用冷20～30%，更适合对余热需求量大且70%～80%。但对瓦斯气源浓度要求400.9MPa氧化发电系统12前半个循环中，常温下的乏风通过上部的蓄热陶瓷床并被加热，然后进入催化剂层，传输到反响器的上部低温侧［8］，2。蓄热式氧化反响器与催化式氧化反响N2O2NOx，对空气造成污染［9］。催化式氧化反响器主要由陶瓷蓄热床、催化燃烧室、引燃器、切换阀、进气风机等部件组成，燃烧室将上下层催化剂层分开，反响器的两端为陶瓷床蓄热式材料，其发电系统通常由乏风过滤器、压气机、逆流回热器、催化氧化反响器、燃气轮机、2催化式氧化反响器工作原理图并放出热量，产生高温高压气体后带动透平机转动，推动发电机发电［10］。的大中型煤矿供给，其热效率较燃气轮机低。氧化发电的主要特点:乏风燃料量大且廉价，由于乏风瓦斯的浓度低，所产生热能过关心瓦斯的助燃提高燃气轮机透平前端的进气温度推动其旋转轴运动。应用中存在的问题及建议连续完善和改进发电设备。目前的燃气轮机是针对中、高热值燃料开发的，为适应低浓度瓦斯燃料，应改进其内部构造及掌握系统，同时乐观将燃气轮机微型化，利用大、中、小型煤矿的抽采瓦斯都可进展发电，使装机形式更加敏捷。瓦斯发电系统受瓦斯浓度波动影响较大，浓度过低，机组维持自身运行困难，因斯掺混技术。以冷热电为主要形式的多联产系统实现了能源的梯级利用，能源综合利用效率达70%～90%，但目前我国电网针对传统型大型火电设计，小容量电站与大电网存快开放配电网，开发的电力零售市场。目前瓦斯发电机组在低碳、减排方面还有待改进和完善，需要严格掌握发动机及NOx机用)、催化氧化发电技术、进展抗高温材料。随着京都议定书到期，国内发电企电企。以便集约开发，瓦斯电站朝大型化进展，这样，电站在经济效益增加的同时可避开各煤矿重复投资建设，节约社会本钱。结语低浓度瓦斯发电技术在“十五”、“十一五”期间得到了快速进展，为解决能源与环境的系统问题供给了全思路。低浓度瓦斯燃料低热值特点和燃料供给方式形成了特有的低浓度瓦斯发电技术，通过对该技术的争论，对瓦斯发电系统进展分类，国家对环保的要求越趋严格，大力进展低浓度瓦斯发电是将来瓦斯利用的主要方向参考文献:［1］刘文和，杨假设仪.低热值煤气燃气轮机联合循环发电在钢铁厂的应用［J］.燃气轮机技术，2023，17(1):21－25.［2］薛少谦，蔡周全，李建.低浓度瓦斯输送管道的瓦斯爆炸传播试验性争论［J］.矿业安全与环保，2023，35(2):22－24.李家球.燃气轮机在低热值煤矿瓦斯发电方面的应用［C］.北京:第六届国际煤层气研讨会论文集，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］谢晓东，张振东，高胜阳.谈低浓度瓦斯发电站工艺设计［J］.煤炭工程，2023(9):14－16.［7］刘蜀卿.内燃机和燃气轮机在发电领域的比较［J］.内燃机，20