瓦斯发电的燃料气源主要来自煤矿的高、低负压瓦斯抽采,但目前煤矿所抽采的低负压瓦斯并不是均能满足发电机组的运行要求,可采取调节低负压抽采流量使瓦斯浓度上升,实现高、低负压瓦斯全部混合利用,增加发电量,提高瓦斯发电效益。
一、 瓦斯发电机组正常发电运行对瓦斯气源的成分要求
瓦斯发电机组正常发电运行对瓦斯气源的要求是:甲烷浓度不低于 9%, 甲烷与氧气体积含量之和不低于 27%,供气压力变化率≤1kpa/min,其中的氮气含量偏高或二氧化碳含量偏高,均会导致氧气含量降低,即使瓦斯 浓度达到 9%,也会出现点火不成功,或者点火成功率不稳定,使机组无规律地出现逆功和功率提不起来。发电机组容量按每 100kw 每分钟消耗标况纯瓦斯量为 0.5m3,即:0.5Nm3/100kw·min ,实际需求量按项目装机容量计算。
二、 低负压瓦斯抽采情况
1、低负压的抽采对象主要是采空区和上隅角,一般低负压的抽采区域很难做到密闭,换句话说就是渗入的空气成分会比较多,往往低负压抽采的瓦斯浓度较低、流量较大,当瓦斯浓度低至 7.5%时,就会出现点火不成功,或者点火成功率不稳定,使机组无规律地出现逆功和功率提不起来,这时只能利用一小部分低负压瓦斯渗混到高负压瓦斯中进行利用,绝大部分低负压瓦斯在泵站就地排空掉。
2、熟悉井下工作面情况的人不难发现一个规律,采空区的瓦斯是慢慢析出来的,当抽采量与瓦斯析出量相等时,瓦斯浓度相对稳定在某个值, 而当抽采泵停止不抽采时,瓦斯照样在析出,经过一段时间的积聚,瓦斯浓度会上升,等再次恢复抽采时,积聚的瓦斯会变稀薄,也就是浓度会下降,但只要减小抽采流量使其与瓦斯的析出量相等,则可以让抽采出来的瓦斯处于一个比较高的浓度,让发电机组把它全部利用掉。
三、 通过调节低负压抽采流量提高瓦斯浓度、实现瓦斯全部混合利用
1、调节抽采真空泵的给水量,通过改变真空泵的负压度来控制抽采流量, 在抽采真空泵的给水管上装设电动阀,再用带 4~20mA 信号输出的仪表测定瓦斯浓度,由 4~20mA 瓦斯浓度信号以闭环 PID 的方式控制电动阀的开度;比如在 PID 控制仪表上设定瓦斯浓度为 12%,当测量到的实际浓度小于 12%时,阀门关小降低抽采流量以提高瓦斯浓度,当测量到的实际浓度大于 12%时,阀门开大提高抽采流量以回落瓦斯浓度。
另外:真空泵的工作水源是用于形成水环的,当水量过多时,会导致真空泵过载;完全没水时就没有抽力,等同于空载;上述方法兼有调节负载的作用,同时起到节能运行的功能。
2、另一个调节抽采流量的办法是:在抽采真空泵的出口与入口之间装设一个 DN200 的电动阀,通过电动阀的反馈流量调节实际的抽采流量, 同样用闭环 PID 根据瓦斯浓度来调节阀门的开度。
实际上,只要低负压瓦斯的折纯量能达到4Nm3/min就有利用价值,工况瓦斯折纯公式为:Vbc=*%×Vgf×(P+101)÷(T+273) ÷0.37 (Nm3/min),式中:Vbc为标况纯量(Nm3/min);Vgf为工况混合流量(m3/min);*%为瓦斯浓度,P为相对压力(kpa);T为瓦斯气温度(℃)。也可简单的按瓦斯浓度与工况流量相乘得到粗算值进行判断。
通过这种调节方法,再做好抽采管网的维护、加强采空区的密闭封堵和管理,切除完全没有利用价值的抽采对象,可使浓度处于4~7%的瓦斯,如数利用起来,避免任由真空泵以最大抽量运行,而使抽出来的瓦斯浓度低至不能利用而只能白白排空掉。事实上低负压瓦斯的析出量并不会因抽采负压的大小而有很大的变化,而是由井下固有的瓦斯资源有关,任由真空泵以最大抽量运行,只是多抽了空气上来,相反还多消耗了电能。