基于煤矿低浓度瓦斯现状发电效率改进对策

论文导读：
摘要:煤矿在开采过程中会产生大量的瓦斯，如果不进行合理的排出不仅对矿下作业人员的人身安全造成威胁，还容易出现如瓦斯爆炸等恶性事件威胁矿井安全。因此，煤矿地区的瓦斯资源大多以废气的形式进行排除。不仅耗费了大量的资源而且污染了周边的环境。利用煤矿开采过程中排除的瓦斯气体进行发电即符合能源的综合利用又符合清洁能源的开发事宜。随着科学技术的发展，先进设备的运用在煤矿区域已被大量应用。在应用的过程中随着时间的推移，煤层中的瓦斯含量会逐年下降，当降到30%以下时则摘自：本科生毕业论文www.7ctime.com
无法满足瓦斯发电的需求进而造成了能源的浪费。本文总结前人研究的结果从瓦斯的贮存浓缩以及发电机组的循环改进两个方面讨论在低浓度瓦斯发电机组的发电效率研究。
关键词:低浓度瓦斯机组改进发电效率
1、引言
瓦斯发电在我国被广泛的使用，大型煤矿区域对瓦斯的开采以及排放均十分的重视。又研究表明瓦斯发电所提供的电能不仅能够供应矿区的全部能源消耗还可以为附近电网提供清洁的、低价的能源。但是，在实际的操作过程中瓦斯发电机组对瓦斯的浓度要求高于30%，随着时间的推移煤矿瓦斯的浓度往往会低于这个标准。当低于这个标准后则表现为发电效率的低下，甚至缺失。并造成二次污染，严重的威胁了煤矿的用电安全以及周边环境的安全。前人往往采用人为添加的方式对瓦斯进行浓度的增幅，这样既增加了使用成本还造成了运输成本的提高，不利于绿色能源的开发。本文以瓦斯当地贮存浓缩以及对发电机组改造的方式来提高对低浓度瓦斯的利用效率，进而达到提高发电效率。

2、低浓度瓦斯下发电效率提高研究的必然性

2.1 高浓度瓦斯资源的匮乏

煤矿地区的起始瓦斯浓度能够较好的满足发电机组的需求，其原始浓度达到50%以上。随着煤炭资源的开采以及瓦斯资源的利用，其浓度逐年下降。以笔者工作的煤矿瓦斯应用情况为例，存在大量的5%到25%浓度的瓦斯气体资源。超过30%浓度的瓦斯气体资源的开产量不到总量的10%。并且还存在下降的趋势，根据估算，这样的下降速度，本地区的煤矿瓦斯发电机组如果在不进行改造的情况下，会在5年内因为缺乏必要的浓度瓦斯而被迫停机。这样的资源无法再发电机组中直接利用。因此，对于发电效率，以及环境影响的不利因素有所增强。

2.2 发电效率低，维修成本高

目前普遍针对瓦斯气体浓度偏低的做法是采用压缩机对瓦斯气体进行压缩分离进而提高进机瓦斯的浓度。而压缩机的耗能较高，使用其进行压缩而产生的电量仅压缩机一项需要消耗30%以上。在集合低浓度瓦斯的利用效率，综合的发电效率不足20%。这样的发电效率是无法满足煤矿区域的用电需求的，同时，由于发电效率的低下而导致了瓦斯发电需要负担高额的成本。此外，压缩机在运行八千小时后需要进行检修，检修成本在50万元左右，极大的增加了运行成本。

3、添加瓦斯法提高发电效率改造

通过对瓦斯的添加来提高瓦斯的相对浓度，进而对发电机组的发电效率进行提高。通过研究可以发现，在瓦斯浓度为30%的时候发电效率在40%左右，而当瓦斯浓度为26%时，发电下来仅为15%左右。因此，通过提高瓦斯的进发电机主的浓度来提高整体发电效率是切之可行的。具体的流程图如下：(如图1)
由图一看以看出瓦斯的添加时采用高浓度的瓦斯对低浓度瓦斯进行提高浓度的添加，具体添加量由瓦斯贮存装置内的检测装置进行确定，根据初试浓度与混合高浓度瓦斯的添加气体后，使其整体达到了发电机组最高发电效率的应用浓度，需要说明的是瓦斯添加的高浓度瓦斯可以采用外来的高浓度瓦斯气体，也可以采用其他矿区开采的高浓度瓦斯气体，进而做到瓦斯的综合利用。并且在尾气循环的过程中采用液态凝聚技术将无法完全燃烧的瓦斯气体进行回收，直接与新开采的瓦斯气体混合进入到瓦斯贮存体系中去。提高瓦斯的利用效率，进而提高整体的发电效率。

4、循环式发电机组法提高发电效率改造

发电效率的提高与发电机组的自身能耗以及能量的损散有关，可以通过对设备的改造来提高发电效率。具体的方式可以通过循环式的设备布置、增压式的改造以及水池的改造等方式进行改进。从而提高发电效率。

4.1 循环式的设备布置

改变以往的直线式设备布局，为环式设备布局，这样的布局方式不仅能够降低空间是使用，还可以通过环式通道的综合加热方式进行能源的保持，能够提高机组内的热量利用效率。在机组外层采用完美式保温措施，利用铝板与硅酸铝纤维的双层结构为机组的消耗部分进行保温处理。

4.2 增压室的改造

通过对发电机组增加增压式的改造使其对瓦斯的利用对效率进而提高了发电效率的提高。瓦斯气体的直接利用需要在高压以及高温的情况下进行，进而才能够保障瓦斯气体的完全燃烧以及对发电机组的能源支持。因此增压室式对低浓度瓦斯利用的主要环节。增压室主要采用二体增压阀进行全封闭处理的罐状结构，与增气孔进行缠绕式组装，利用增气孔的温度对增压室进行热源供给，在增压室内对瓦斯气体进行压缩，配合小喷流技术，对低浓度瓦斯进行机组前处理。

4.3 水池改造

基于提高热利用效率的目的，对水池进行改造，将原有单一水池进行划分，分为多个小水池的附体结构，在保证了容积不变的情况下增加了表面积，对其进行加热处理的过程中采用了外援加热以及内援加热相结合的方式进行。在热量的散失以及水蒸气的形成效率方面具有不小的提高。
5、结语
对煤矿地区的低浓度瓦斯发电机组进行了添加燃气改造以及机组改造，经过实际操作运行发现可以将瓦斯的利用浓度降低至18%，同时可以保障发电效率在50%以上。因此，对发电机组的改造使其能够较好的适应低浓度瓦斯取得了成功，希望能够对今后的工作提供指导。