摘要：瓦斯化学名称为甲烷，是附着于煤炭中煤基质颗粒表面或溶解于煤层水中的一类烃类气体，无色无味且易燃易爆，在煤炭勘探、采集中容易造成事故。甲烷在空气中的浓度达到５％～１６％时，遇明火就会爆炸，这是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。但合理利用瓦斯，可以将其转化为优质产能。我国大多数煤矿使用高负压、大流量的抽采系统来抽采瓦斯。在政府的支持和扶持下，业内专家学者对低浓度瓦斯发电技术进行了研究和改进，以探索低浓度瓦斯的利用途径，减少资源浪费。
关键词：低浓度；瓦斯发电；利用
引言
瓦斯发电机组针对煤矿瓦斯的特点，应用电控燃气混合器、细水雾输送等技术，解决了低浓度瓦斯发电及地面输送等难题。本文主要介绍了低浓度瓦斯发电机组的关键技术、工艺流程及效益分析等。实践证明，瓦斯发电项目可取得显著的经济、环境、社会效益，具有广阔的发展前景。
1低浓度瓦斯条件下发电效率提升的必然性
1.1严重缺乏高浓度
瓦斯资源在煤矿的开发阶段，起初的瓦斯浓度符合开采阶段对于发电机组的要求，浓度大致在50%以上。然而由于开采过度，瓦斯资源消耗过快，造成其浓度出现逐年降低的情况。以陕西榆林永兴煤矿子洲瓦斯发电项目中瓦斯的应用效率为例，多数瓦斯资源的浓度保持在5%~25%的范围内，浓度超过30%的瓦斯资源呈现逐年下滑趋势。根据相关专家估计，如若不采取相应措施，任其发展下去，未来五年内会由于高浓度瓦斯的缺乏造成煤矿开发被迫停止，瓦斯资源将无法运用到发电机组中。
1.2发电效率低且成本高昂
根据现阶段的发展情况来看，工作人员通常使用压缩机对低浓度瓦斯进行压缩分离处理以进一步提升其浓度。然而该过程中压缩机设备耗能较为严重，整个压缩过程仅仅压缩机的耗能就达到总耗能的35%。并且低瓦斯浓度下其发电效率尤为低下，结合计算，通过该方法处理的较高浓度的瓦斯资源的发电效率不超过20%，这样的数据不能满足工作区域的用电量。除此之外，由于资源紧缺造成瓦斯发电成本高昂，压缩机的使用维修成本也是较为昂贵的，运输检修的费用大约为50万元，从而大大提升了开发费用，降低企业收益。
2智能网电无隙系统结构及硬件
2.1系统结构
为了达到更好的应用效果，在实践中应用了利时公司的HOLLIAS MACS-S系统，该系统经过长期检验已趋于成熟，可靠性较高，对于主流现场总线予以支持，并满足HART协议，同时对于OPC和AXTIVEX等技术是支持的，把国内市场主流系统接口予以集成处理，在于知名仪表系统进行衔接时，已达到无缝化的要求，由于该系统的可靠性较高，同时兼具经济性和分散性的特点，在国内电力市场所占地位是极其重要的。
2.2硬件配置
需要配置操作员站2台，工程师站1台，除此之外还要配置3台控制柜，其型号为I/O。在每面柜中，都安装了SM203主控单元，数量为2台，互为备用。把总线连接法应用到对主控单元和柜内I/O卡件的连接中，只要一个主控单元能够保持正常运行，则全厂运行的需求即可得到满足。对主控通信网络的数据通信负荷进行研究，确定即使处于最繁忙状态，也不会对令牌网造成不利影响，平均通信负荷低于40%，从以太网通信的情况来看，平均负荷率低于20%。从主控单元的设定情况来看，为了使控制对象提出运算周期的条件下进行的要求得到满足，最高负荷率控制在60%，而平均负荷率控制在40%。而热电阻卡件的功能较为全面，可以完成对冷却水温度的测量，确定机油温度等低温测点。热电偶卡同样具有较强的功能性，能够完成对排气温度的测量，并掌握蒸汽温度等高温测点的情况。对于重要的需要报警的信号，则由SOE卡件负责记录。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆高速SOE的时间分辨率要控制在合理的范围，不允许超过lms。对I/O模件的采集速度进行研究，常规状态下模拟量信号采集速度必须要达到4次/s，而对一般开关量信息进行采集时，限定其速度要达到10次/s，为了使采集速度保持在最佳状态，对模拟量信号、开关量信号、SOE分辨率提出具体要求，分别要达到8次/s、20次/s、1ms的标准。
3改进低浓度瓦斯发电技术的措施
3.1提高瓦斯发电效率
为提高发电效率，在发电机组中可以布置循环式设备，以充分利用机组产生的热量，且其占地面积小，损耗率降低。对发电机组的增压室进行改进，如配合小喷流技术进行瓦斯预处理、采用二体增压阀进行完全封闭提高增压效果等。不同的瓦斯浓度会产生不同的发电效率，因此，通过摸索最优的搭配得到适合的瓦斯浓度可以改善整体发电效率。
3.2提高发电及瓦斯运送安全性
从2010年开始，国家安监局颁布了煤矿用非金属瓦斯输送管材安全技术条件、瓦斯管道输送自动阻爆装置技术条件和细水雾混合安全输送装备技术规范等10项低浓度瓦斯输送和利用标准，一方面规范煤矿安全生产，另一方面也有助于学者进行这些方面的安全性技术研究。采取加强输送管道的材料安全性、使用专门的漏气监测装置、合理配置防火阻爆装置等措施能使安全事故发生率大大降低。具体如安全设施安设段管道应选用钢管，其他输送管道可选用非金属管，输送管道材料需进行防腐蚀、防漏气、防砸坏、防静电处理。对发电机房和配电室等地配置的照明装置采用防爆灯具，设应急照明，在变压器上也要进行瓦斯、过流和速断等保护。而瓦斯抽采泵房、输气站加压机房和低浓度瓦斯管道系统中所选用的电气设备、仪表均应满足矿用防爆要求。非防爆设备和仪表应集中安设到专门的仪表间（或配电间），并采取相应的隔离措施和消防措施。
3.3提高瓦斯利用度
目前低浓度煤层气发电技术较成熟，发电机组运行功率一般为400～420ｋＷ，投资额约为8000～9500元／ｋＷ。在实际应用中，各个煤矿的煤层规模、瓦斯浓度和瓦斯量等情况不同，需要不同功率和利用度高的机组来适应不同情况。可以从瓦斯抽采、输送和点燃利用全过程来降低瓦斯的损耗，提高可使用瓦斯的数量。或者使用智能控制技术来对瓦斯添加混合进行精确控制，进而提高瓦斯气体的利用率。对于通风瓦斯，可以经过增压和浓度浓缩来进行利用，从国内外相关研究成果和实践经验中可知，通风瓦斯主要有热氧化、催化氧化和作为辅助燃料3种利用方式。在这3种利用方式中，热氧化技术是已实现工业化运行、最为成熟的技术。
结语
瓦斯发电符合国家能源产业政策，提高了矿井瓦斯抽放的积极性，同时有利于矿井安全生产。瓦斯发电项目的实施，减少了温室气体的排放，为企业创造了良好的经济效益，具有安全、环保、节能的三重价值。低浓度瓦斯发电技术既节约能量又可减少环境污染，值得在煤矿推广。
参考文献
[1]何艳.瓦斯发电技术的改进探索[J].科技创新导报,2014,11(06):30.
[2]吕荣强,倪克.煤矿瓦斯发电技术的研究与应用[J].煤炭工程,2013,45 (S2):114-116.
[3]李陈陈.基于非线性预测控制的瓦斯发电安全输气系统[D].安徽理工大学,2013.
[4]丁佐进,张炜玮,孙寰勇.瓦斯发电技术的应用[J].上海电力学院学报,2012,28(03):262-266.
[5]庞敏敏.低浓度瓦斯发电安全输气系统的智能控制研究[D].安徽理工大学,2012
[6]左有君,张宏彪.低浓度瓦斯发电技术及应用[J].黑龙江科技信息,2011 (18):26.
论文作者:孟凡生,曾宪平
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/14
标签：瓦斯论文; 浓度论文; 低浓度论文; 技术论文; 煤矿论文; 系统论文; 效率论文; 《基层建设》2019年第4期论文;