摘要：瓦斯发电机组在运行过程中，实际的发电功率都小于设定功率，发电效率需要进一步提高。发电机功率主要受瓦斯含水量、温度、压力、浓度等因素的影响，其中瓦斯压力的影响较大。在相同瓦斯浓度、相同流量的状态下，通过改变瓦斯压力，能够改变瓦斯的流量，从而改变瓦斯气进入发电机的瓦斯质量，提高瓦斯发电机的发电功率。通过变频器调节瓦斯泵的转速提高瓦斯的输送压力，并通过记录瓦斯气压力对发电功率的影响。研究得出：提高瓦斯压力能够有效提高瓦斯发电功率。
关键词：瓦斯；压力；发电机；发电功率
引言
我国煤层气（瓦斯）储备量可观，位居世界第三。主要分布于晋陕内蒙古、新疆、冀豫皖和云贵川渝。其中晋陕内蒙古煤层气储量最多，占全国总储量的５０％。瓦斯是一种无色、无味的气体，主要成分为甲烷，不易溶于水，在空气中其浓度（体积分数）一旦达到５％～１６％时，如遇明火会引发爆炸。瓦斯燃烧热量值与天然气相当，燃烧后主要产物为水和二氧化碳，属于一种清洁能源，是工业、化工、发电、居民生活的上好燃料。在瓦斯应用领域，瓦斯发电发展最为迅速，既能解决煤矿瓦斯排放问题，又能减少环境污染（甲烷的温室效应是二氧化碳的２１倍）。由于瓦斯主要从煤层中释放，会携带煤尘、水分、其他杂质，且释放量不稳定，供应量稳定性较差，不利于直接用于发电。为了保护发电设备、延长设备寿命，需对瓦斯进行预处理，然后进入内燃发电机机组用以发电。
1压力对瓦斯发电功率影响的试验研究
为了提高瓦斯进入发电机的压力，通常可以有以下方法：（1）从源头上提高瓦斯压力，即通过提高瓦斯泵的转速，提高瓦斯泵的排气压力，通常给瓦斯泵配置变频器，来调节瓦斯泵的排气压力。（2）减少瓦斯管路的阻力，主要通过减少瓦斯管路长度，减少弯头数量，降低阻火器阻力等方法实现。（3）如果瓦斯管路过长，可以在瓦斯输送管路上增加增压泵提高瓦斯压力。这其中通常改变加压泵运行频率的方法最常用和经济，在其他条件不变的情况下，瓦斯的排气压力与频率几乎成正比关系。该方法仅需要加装一套变频设备就可以实现对电机的无极调节，改变瓦斯的输送压力。在山西晋城兰能集团的瓦斯发电站，安装有单台额定功率为700kW的瓦斯发电机组，其中1号发电机组配有氟利昂预冷机组，该发电站的瓦斯泵房装有带变频器的瓦斯抽放泵。以1号机组作为实验对象，通过调节加压泵变频器，来改变瓦斯的进气压力。瓦斯输送管道上装有现场压力表，同时也装有远程压力传感器，可以在控制室直接读取。瓦斯温度可以通过温度传感器传至控制室读取，也可以采用红外仪测量瓦斯管道的表面温度（图1）。
图1
由于管道表面温度与瓦斯温度有对应关系，通过该温度来计算瓦斯的温度。可以通过瓦斯检测仪现场检测管道内瓦斯浓度，也可以通过取样袋抽取部分瓦斯，然后带到实验室内进行分析甲烷浓度
（图2）。
图2
2影响煤层瓦斯压力的因素
2.1地应力
地质构造运动可形成构造应力场，而构造应力极为复杂，无均匀分布，相比于自重应力，地壳浅部的构造应力更大，且随着构造运动，以方向和强度不同的改造以及叠加呈现出来。当地应力越大时，其就可更为集中的在煤岩体中作用，从而有更大的瓦斯压力，在应力集中区多发瓦斯与煤突出现象就是有力证明。相关研究者在对地应力控制作用进行研究时，了解到构造应力演化可主导和控制煤层瓦斯运移和赋存。受到高构造应力的作用之后，含煤地层的煤层瓦斯压力梯度显著超出静水压力的梯度，产生的瓦斯压力较高。
2.2煤层埋深
针对埋深同煤层瓦斯压力间的关系，相关学者展开了一系列的理论研究以及现场勘测的工作，获得了结论，即埋深变化同煤层的原始瓦斯压力存在的幂函数和指数函数以及线性关系[3]。此外，相关学者分析勘测的相关基数，获知煤层埋藏深度和瓦斯压力以及瓦斯含量以近似线性关系呈现出来。
2.3瓦斯含量
相关学者通过实验室和现场的理论分析，获知了瓦斯压力同煤层原始的瓦斯含量存在的关系，即随着瓦斯压力不断增加，瓦斯含量也会不断增加。而针对煤矿瓦斯压力，相关学者进行了敏感性的分析，根据敏感因素和敏感程度来排序，可这样排序：第一为吸附常数a，第二为瓦斯含量，第三第四分别为吸附常数b和煤的灰分、最后三种敏感因素分别为煤的水分和煤的视密度以及孔隙体积。在其中，孔隙体积和吸附常数b以及吸附常数a为负的敏感度系数，而煤的视密度和煤的水分以及煤的灰分为正的敏感度系数。分析可知，影响瓦斯压力的因素较多，难以说明起到决定性作用的是哪一种因素。而从总体的角度来讲，在任何时候，构造和地应力以及埋深都是影响瓦斯压力的重要因素。
3低瓦斯发电技术方案
根据煤矿瓦斯抽排的实际情况，提出煤矿低浓度瓦斯发电的方案。为了保证安全输送的要求，采用低浓度瓦斯细水雾输送技术、专用防爆配套装置、燃气空气混合等技术，使燃气发电机组可以更平稳、安全地运行。发动机采用先混合后增压的方式，混合后的气体浓度不随瓦斯进气浓度的变化而变化，当瓦斯浓度变化时，计算机将对运行参数进行分析判断，自动调节混合器，使瓦斯与空气混合比例发生变化，当瓦斯浓度低时，则多供瓦斯少供空气；当瓦斯浓度高时，则少供瓦斯气多供空气，这种方式实现了气源浓度不同但经过混合器后的混合气浓度保持不变的目的。先混合后增压技术优势在于对瓦斯气的压力要求较低，不需再添加增压设备，就可满足使用要求；采用双蝶阀混合器的优点在于可以在瓦斯浓度有较大变化时，混合浓度也能保证在合理的范围，适应瓦斯的浓度范围较宽。
结语
综上，笔者对低浓度瓦斯技术进行了阐述，为促进低浓度瓦斯技术的高效使用，相关人员还应采取行之有效的对策，对煤层瓦斯产生影响的有较多因素，一般有以下的几大因素，煤体吸附常数和煤体力学性质、煤层工业性质和温度、煤体结构和地应力、瓦斯含量和煤层埋深等等都包括在其中，在低浓度瓦斯发电技术的应用中，还应将这些因素考虑其中，降低瓦斯发电技术应用的安全隐患。
参考文献
[1]柴庆凯，李磊，刘胜.低浓度瓦斯管道输送安全保障系统的应用研究[J].煤矿现代化，2013（05）：56-58.
[2]刘海洋．黄陵矿业集团低浓度瓦斯发电技术研究［D］．西安：西安科技大学，2014．
[3]李建楼．声波作用下煤体瓦斯解吸与放散特征研究［D］．淮南：安徽理工大学，2010．
论文作者:杨华平,王中华
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年15期
论文发表时间:2019/10/25
标签：瓦斯论文; 压力论文; 煤层论文; 浓度论文; 应力论文; 功率论文; 因素论文; 《建筑学研究前沿》2019年15期论文;