浅析瓦斯发电机在煤矿中的应用

武志伟

（西山煤电集团发电分公司 山西太原 030205）

浅析瓦斯发电机在煤矿中的应用

武志伟

（西山煤电集团发电分公司 山西太原 030205）

西山煤电集团马兰煤矿瓦斯气用液体环式泵从煤矿工作地带抽出，通过马兰瓦斯电厂卡特彼勒G3520C型发电机组，以一定压缩比在内燃机中进行燃烧，通过曲轴带动发电机发电，发电机6kV出线通过变压器升压至35kV，通过线路送至南一35kV变电站实现35kV上网。瓦斯发电机在古交矿区的应用，取得了较好的经济和社会效益。

煤矿；瓦斯发电机；应用

1 煤层气的主要成分是甲烷，一种温室气体，其温室效应是二氧化碳气体的21倍，直接把甲烷排入大气成为引起地球温室效应不可忽视的因素。因此，减少煤层气排放对全球温室气体减排有重要意义，而利用瓦斯发电机燃烧煤层气发电则是减少煤层气排放的重要途径。

2 瓦斯内燃式发电机组工作原理

一定压缩比的混合燃气进入燃气发动机气缸内，经点火控制装置点火燃烧，活塞往复运动所产生的动力驱动发动机曲轴旋转，发动机曲轴带动交流发电机转子旋转，运转起来的发电机将动能转换为电能输出。

3 瓦斯内燃式发电机组系统特征

3.1 燃气系统和进排气系统

燃气系统部件组成：燃气调压阀、燃气电磁阀、燃气滤清器、燃气计量阀、燃气混合器、燃气节流阀、控制模块ECM；

排气系统部件组成：排气涡轮增压器、热防护层、排气歧管、工业级灭火花消声器、冷凝排放装置；

进气系统部件组成；双滤芯单级空气滤清器、空气滤清器保养指示器、进气涡轮增压器、进气歧管、火焰清除器、中冷器波纹管；

烟气通过排气歧管进入涡轮增压器的涡轮壳体，驱动叶轮旋转。压缩机叶轮的高速旋转，吸入空气，并与燃气混合，经高速旋转的叶轮做功后，混合气压力和温度升高进入冷却器冷却。

3.2 冷却系统

G3520C型燃气发动机使用两路封闭式冷却循环系统。一路是缸套水冷却系统；另一路是后冷却器系统。缸套水主要冷却发动机的受热部件，后冷却系统主要冷却增压后的混合气。机组配置了缸套水加热器，其作用是防止停机时火花塞结霜；保持润滑油温度，便于正常启机。

G3520C燃气发动机配有散热水箱，供发动机散热。散热水箱采用两路独立的冷却箱体结构，能在40℃的环境条件下，为发动机提供足够的散热能力。

由于G3520C燃气发动机采用了闭式冷却循环系统，在正常情况下，冷却液的耗损非常少。

3.2 启动系统和点火系统

G3520C燃气发动机的启动系统使用24V直流电源，24V直流电源供启动系统和发动机点火系统共用。

G3520C燃气发动机包括两个24V直流启动马达，4块190Ah的蓄电池，一个发动机带动的60A的充电机和一个10A的充电器给蓄电池充电。

G3520C燃气发动机配备有电子点火系统。该系统能提供可靠的点火而少维护的性能。该系统对每个气缸的火花和点火正时加以精确的控制。

3.4 润滑系统

G3520C燃气发动机的机油泵主要由油泵、齿轮组和减压阀构成，由发动机前齿轮室齿轮传动，发动机驱动的机油泵通过吸油盘和弯管从油底壳吸取机油。吸油盘装有滤网，过滤机油。减压阀控制经过机油泵加压后的发动机机油压力，如果压力过高，减压阀将打开，允许部分机油直接流回机油壳。

3.5 电子控制系统（ECM）

G3520C燃气发动机有三个电子控制模块ECM，一个主ECM、一个副ECM和一个辅助ECM。

主ECM的主要功能：①发动机的启动/停机控制；②发动机左侧的点火控制；③发动机的调速；④空燃比控制；⑤发动机左侧爆燃传感器的监控；⑥电气系统的监控；⑦发动机运行的控制；

副ECM的功能：①发动机右侧的点火控制；②发动机右侧爆燃传感器的监控；

辅助ECM的功能：提高发电机组保持频率和电压一致的能力。

3.6 机组配置及主要功能

G3520C燃气发电机组由发动机、发电机、EMCPII+发电机组控制屏、并机控制系统及其成套附件等组成。可实现以下主要功能：

（1）自动控制下，机组能够在30～100%额定负荷的工况下连续稳定运行。

（2）机组能够在合理的较短时间内起动并加速到额定速度。

（3）机组要求在甩全负荷后仍能控制在规定的转速范围内。在设备的设计寿命期间该种甩负荷将不会造成设备的任何变形或损坏或是低周疲劳。

（4）机组的起动和停机操作应能够通过电站控制室自动执行。

（5）机组应有监督和控制功能以确保机组安全，可靠和有效的运行。

（6）机组应能够从电站控制室进行自动同步和分级加载。

（7）机组应设计成能够在预设的恒定负荷方式下运行，又能在自动频率控制方式下运行。

4 G3520C燃气发电机组的主要性能指标要求

（1）瓦斯浓度为30%及以上、环境温度为-25～40℃，海拔1139m，发电机组保证满负荷运行。

（2）在额定工况下燃气发电机组的净发电效率不低于40%。

（3）排气背压≤5kPa，满负载时排气温度472℃。

（4）排放标准：低NOx排放，NOx排放量符合NOx排放量445mg/Nm3。

（5）发电机组的额定电压6.3kV。

（6）发电机组的功率因数应在-0.8～+0.8之间可调。

（7）发电机组的额定频率50Hz。

5 瓦斯内燃发电机组在马兰煤矿中的应用

马兰瓦斯发电厂建有4台1870kW瓦斯内燃发电机组，年发电小时按7200h计，总发电量为7480kW，年发电量为5386×104kWh，扣除厂用电率（按7.8%）计算，每年可向矿井提供电量4965×104kWh。单台机组发电耗瓦斯气纯量为7.8Nm3/min，年利用瓦斯气总量（100%）为1348万Nm3/a，每年可减排CO2量约为23.79万t/a，对保障矿井安全生产、节能减排，实施低碳经济具有显著的示范作用，取得了巨大的社会效益和一定的经济效益。

6 结语

随着煤矿安全生产力度的加大，瓦斯抽放工作日益增强。因此，煤矿瓦斯利用项目，作为一项高新技术，只有采取各种措施，完善煤层气预处理工艺，才能提高煤层气的热值和日产量。实际上，煤层气是一种热值高、无污染的洁净能源资源，可用于生活燃料、发电燃料，如果对其合理利用，可以弥补能源短缺，发挥其更大的作用，拓宽煤层气应用的新领域，从而推动煤炭企业持续、稳定、健康发展。

TD712

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1004-7344（2016）03-0025-01

2016-1-5