浅议低浓度瓦斯发电技术及应用

[摘 要]随着社会的不断发展，科学技术的不断进步，工业发展越来越迅速，人类社会面临着重大的环境问题，其中在近几年受到人们热议的就是温室效应的问题。温室效应的罪魁祸首就是温室气体，而众所周知，甲烷是最常见的温室气体之一，甲烷气体又称瓦斯，在煤炭开发应用中跟随着煤炭而存在。然而当前我国的大多数含有大量瓦斯的煤矿都有一个重大缺陷，即密封性不佳，容易造成瓦斯泄漏，引起危害的同时也会造成资源浪费，因此，将泄露出来的低浓度瓦斯进行合理的利用就显得至关重要。本文就低浓度瓦斯发电技术展开论述，针对其各方面特点谈谈其应用及发展。

[关键词]低浓度；瓦斯；发电；技术；应用

中图分类号：TM619 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）37-0232-01

从上个世纪末开始瓦斯逐渐进入人们的日常生活，瓦斯作为一种产生污染的气体，造成温室效应越来越严重，因此将煤炭开发工程中产生的低浓度瓦斯重新回收利用进行发电，是对环境、对社会发展都有着极大益处的措施，应当积极推广应用。

一、 瓦斯的基本特征及发电发电原理

（一） 瓦斯气体概述

瓦斯的主要组成成分是化学名称为甲烷的烷烃类物质，物理性质表现为无色、无味，化学性质表现为易燃、易爆，瓦斯的分布主要是吸附在煤基粒的表面，当然也能够分布于部分较小的煤空隙中的气体，并且瓦斯气体有着烷烃气体的基本性质。瓦斯气体的浓度主要根据其中所含的甲烷成分的高低来进行区分，最常见的是作为民用瓦斯及作为部分新型汽车动力的瓦斯通常为高浓度瓦斯，即在地面通过机械管道对地面以下的煤炭进行煤层抽气采集瓦斯，此类瓦斯的甲烷浓度能够达到百分之八十以上；另一类甲烷浓度稍低一些，大约在百分之二十五到八十之间，称其为高浓度瓦斯，此类瓦斯气体最常在农村作为燃料及化工发电等；第三类是本文着重论述的低浓度瓦斯，其甲烷含量在百分之二十五以下，主要是在进行煤炭开采过程中进行排出，当前已经能够使用这部分瓦斯进行发电，但将其直接排出到大气层中的做法依旧占据大多数。

（二） 瓦斯发电原理及条件

当前国内外最常见的瓦斯发电技术基本都是使用高浓度的瓦斯进行发电，然而用高浓度瓦斯发电很容易造成在抽去瓦斯气体的过程中发生泄漏，造成空气污染的同时还会造成经济损失。因此，在研究低浓度瓦斯发电的过程中必须保证两个条件：一方面是进行瓦斯气体的抽取后的输送问题，必须做到安全、可靠；另一方面是对瓦斯发电过程发电机的选择必须完全符合不同浓度的瓦斯气体所产生的压力变化。采用低浓度瓦斯发电的主要原理是将地面抽取高浓度瓦斯后残余的低浓度瓦斯通过抽采泵进行采取并运输进入发电机缸体中，通过瓦斯在缸体中的燃烧释放的内能推动做活塞运动进行发电。其在原理示意图如下：

二、 低浓度瓦斯发电技术要点

（一） 保证安全可靠的阻火技术

在低浓度瓦斯发电过程中，首先需要将建设安全可靠的瓦斯输送管道，保障瓦斯安全、准确的输进入到发电机的缸体中进行燃烧以及确保后期其他工序的顺利完成。而由于瓦斯气体的易燃、易爆的性质，就必须在瓦斯气体运输过程中做好防爆、防燃烧的工作，即专业上所说的阻火技术。阻火技术最主要的技术就是在瓦斯运输管道以及发电机进气口附近安装设计相应的阻火器，严格避免火情的发生，当前技术上最常使用的是水封式阻火器，阻火技术的使用能够进一步完善低浓度瓦斯发电技术运行过程中的安全问题，避免安全事故的发生。

（二） 电控燃气混合器的使用

电控燃气混合器，顾名思义就是使用电子控制的方法，将燃气与空气进行按比例混合，采用电子控制能够更加精确的控制空气与瓦斯气体在发电机缸体中比例，提高燃烧率进而提高发电效率的同时，也能够使得发电机能够更好的适应所调比例燃气的压力值。

（三） 瓦斯与空气的混合加压技术

在低浓度的瓦斯中混合入比例得当的空气，能够进一步提高燃气的燃烧率，提高发电效率，带来更高的经济效益。然而要使得混入空气的瓦斯能够燃烧充分，释放所有的燃气内能，就必须对混合气体进行适当的加压，保证顺利进行发电。

（四） 稀燃技术的应用

稀燃技术，即采用一定的技术手段，将燃料中的空气与瓦斯的比例降低。适当的降低空气与瓦斯的混合比例能够更好的为瓦斯提供燃烧空间，加大瓦斯的燃烧利用率，另一方面，还能够有效的提高发电机的发电功率。

（五） 数字式点火技术的采用

显然当前使用发电机缸体燃烧方式进行发电所需要点燃燃气不可能使用传统的点火方式，因此，采用新型的数字式点火就能够适应当前的技术需求。数字式点火技术采用的电子软件控制开关进行点火，能够根据发电机缸体内的燃气情况进行准确、及时的点火工作，精准的控制发电机缸体内的燃料，使其进行完全燃烧，充分发挥燃气内能，提高瓦斯利用率，进而提高经济效益。

（六） 对燃烧余热的充分利用

到目前为止，世界上没有一种燃料、一种机械的燃烧能够百分百完全的使燃料进行燃烧，瓦斯燃烧过程也是一样。采用发电机缸体内燃烧低浓度瓦斯释放内能产生能量进行发电的过程，通常情况下，燃烧释放的内能能够通过活塞运动转化为电能的比例大约在总能量的三分之一左右，剩余部分有三分之一在燃烧尾气的释放过程中被排放出去了，其余的部分，在瓦斯燃烧过后由水进行冷却带走以及发电机自身产生热量而造成损失。因而，在低浓度瓦斯燃烧发电过程中，需要采用相关设备进行热量回收重利用，对瓦斯燃烧的余热进行充分的利用，提高发电效率。

三、 低浓度瓦斯发电技术的推广应用情况

近年来，随着专家学者对低浓度瓦斯发电技术的研究开发，我国各个地区的低浓度瓦斯发电技术已经得到了广泛的应用推广。首先，我国煤炭资源较为丰富的东北三省，其在充分利用煤矿中浓度较高的瓦斯的同时，也充分考虑到了低浓度的瓦斯应用情况，东北的低浓度瓦斯发电能够很大程度上取代煤炭发电技术，为节约煤、碳等不可再生资源做出了重要贡献。除此之外，全国其他省份，如云南、贵州、安徽等地都积极开展了低浓度瓦斯发电技术的研发应用，全国有数十个发电站运用此方法进行发电，所生产的电力能够极大的缓解当前能源紧张的问题，并且做到更好的保护环境、防止加剧温室效益的同时能够减少煤、碳燃烧所产生的有害气体的排放。另一方面，瓦斯气体相较传统的煤、碳等可燃能源物质来说，具有更大的内能，在密闭燃烧缸体内与空气混合加压后能够更好的释放自身内能，提高燃烧利用率，发电效率也就随之提高。低浓度瓦斯发电技术所体现出来的优势都能够直接代表我国在能源开发利用方面有了更加深入的研究，并且这一优势技术将会继续推广使用，造福全民。

四、 结束语

总之，随着社会科技的持续发展，现代工业社会对于能源的要求会不断提高，在进行合理的煤矿、石油等传统能源的开采的同时，更应当注意瓦斯、氢气等新型、无污染的能源的开发应用，而瓦斯的应用过程中，由于传统工艺以及观念的原因等各方面原因的影响，常常会忽视对低浓度的瓦斯的开采利用，开发研究低浓度瓦斯的发电技术能够充分利用无法进行传统工业使用的低浓度的瓦斯，更充分利用自然资源，并且瓦斯的无污染性也更符合我国走可持续发展的战略目标。

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