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煤矿低浓度瓦斯发电技术 技术名称 煤矿低浓度瓦斯发电技术 技术所属领域及适用范围 技术属煤炭行业,矿井抽采瓦斯用于发电 与该技术相关的能耗及碳排放现状 据统计,我国煤矿瓦斯排放量居世界前列。陕西省是我国的煤炭能源大省,全省预测煤炭资源量3800亿吨,居全国第四位;累计探明储量1700亿吨,居全国第三位。据预测,全省2000米以浅煤层气资源达13121亿m3。煤矿瓦斯分高浓度瓦斯和低浓度瓦斯,高浓度瓦斯是指浓度大于25%的瓦斯,低浓度瓦斯是指浓度低于25%的瓦斯,我国60%以上的瓦斯是含甲烷25%以下的低浓度瓦斯,按煤矿安全规程要求,瓦斯浓度在25%以下的就不能贮存和运输,直接排放到空中,其温室效应危害是二氧化碳的21倍。目前大量的低浓度瓦斯排放不仅浪费了宝贵的清洁能源,同时也加重了全球温室效应的影响。煤矿低浓度瓦斯发电,既可以有效解决煤矿瓦斯事故、改善煤矿安全生产条件,又有利于增加洁净能源供应,减少温室气体排放。 四、技术内容 技术原理 基本原理是抽放系统抽出的瓦斯,经瓦斯输送系统进入瓦斯发电机组缸体,点燃处于爆炸范围(5%~16%)内的低浓度瓦斯,利用其爆炸性推动活塞运动,产生机械能,进而转化为电能。 关键技术 低浓度瓦斯的安全输送系统。 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。 2) 湿式水位自控阻火器 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。 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。 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。 5) 循环脱水技术 脱水器由旋风脱水和重力脱水串联实现,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。 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。 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。 低浓度瓦斯发电机组。 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。 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。 3) 稀薄燃烧技术 通过合理匹配配气系统,利用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
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