低浓度瓦斯发电技术
1.2.9 输送管道安全要求
1） 瓦斯发电用低浓度瓦斯管道输送安全保障设施应安设阻火泄爆、抑爆、阻爆三种不同原理的阻火防爆装置。阻火泄爆装置应选择水封阻火泄爆装置，抑爆装置可选择自动喷粉抑爆装置、细水雾输送抑爆装置和汽水两相流输送抑爆装置中的一种，阻爆装置应选择自动阻爆装置。
2） 安全保障设施安设段火焰传感器至自动阻爆装置之间的管道，安全保障设施的安装顺序应为：第一级阻火泄爆装置，第二级抑爆装置，第三级阻爆装置。
3） 监控用火焰、压力传感器安装在支管上脱水器的两侧，火焰传感器位于脱水器与发电机组之间，距离脱水器2米至3米，压力传感器位于脱水器与分管之间，距离脱水1米至2米。
4） 水封阻火泄爆装置的安设位置距最远端支管的距离（沿管道轴向距离）应小于30米。
5） 水封阻火泄爆装置应能自动控制水位，确保其有效阻火的水封高度。
6） 抑爆装置选用自动喷粉抑爆装置是，其安设位置距离最近的火焰传感器的距离（沿管道轴向）为40m～50m；选用细水雾输送抑爆装置或汽水两相流输送抑爆装置时，其安装始端距水封阻火泄爆装置的距离不大于3m。
7） 自动阻爆装置距抑爆装置末端的距离不大于10m。
8） 安全保障设施任一装置的运行参数不能满足安全要求时，其安装始端距水封阻火泄爆装置的距离不大于3m。
9） 安全保障设施安设段管道公称内径不大于500mm。
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1.2.10 地面瓦斯排空
1） 抽出的低浓度瓦斯不利用时，其地面排空管路应安设阻火泄爆、抑爆两种不同原理的阻火防爆装置。阻火泄爆装置宜采用水封式阻火泄爆装置，抑爆装置宜采用自动喷粉抑爆装置，其安设位置如图所示。
2） 自动喷粉抑爆装置监控用火焰传感器安装在排空管上，距排空管出气口的距离（沿管道轴向）应小于5m。
3） 自动喷粉抑爆装置的安设位置距火焰传感器的距离（沿管道轴向）30m～60m。 4） 易自燃、自燃煤层的井下踩空区低浓度瓦斯抽采，应在靠近抽采地点管道上安装抑爆装置。抑爆装置宜采用自动喷粉抑爆装置。
5） 自动喷粉抑爆装置的安设地点距最近的抽采瓦斯管口的距离（沿管道轴向）应小于100m。
6） 自动喷粉抑爆装置应至少安设一组，每组抑爆装置需安设两个喷粉罐，两个喷粉罐之间的距离为50m。
7） 抑爆装置的火焰传感器应安设在自动喷粉抑爆装置与抽采管进气口之间，距离抑爆装置的距离（沿管道轴向）应大于50m。
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1.3 控制系统
1）控制系统除符合国家相关标准的规定外，还应具有下列功能： 2） 输送装置应设有自动控制、手动控制两种控制方式； 3） 实时显示系统运行状态，并可再现历史运行状态；
4） 监控瓦斯压力、瓦斯温度、瓦斯流量、瓦斯浓度、水池水位、水雾发生器水压、成雾水泵流量、湿式阻火泄爆装置内的水位及泄压溢流阀工作状态等参数，输送装置参数超限声光报警并输出控制信号，自动执行相应操作；
5） 能控制输送装置管道控制阀门的开启与关闭； 6） 主水泵出现故障时，备用水泵能自动投入正常运行。 2 瓦斯发电
我国煤层气资源丰富，居世界第三，每年在采煤的同时排放130亿m3以上的瓦斯，约折合标煤1 600万t。
过去除了供暖外，煤层气没有找到合理的利用手段，未能充分利用，所以，抽放瓦斯绝大部分排人大气，花去了费用，浪费了资源，污染了环境。
开发利用煤矿瓦斯具有以下重要意义：
1)中国的常规石油、天然气资源相对缺乏，20多年来，中国经济迅速发展，对能源的需求也越来越大，近年来，中国对国际能源市场的依赖程度日渐加大，中国要想保持经济持续快速的增长，有必要开发新的能源，改变原有不合理的能源结构；
2)开发利用煤矿瓦斯具有可观的经济效益，现阶段国内外原油、天然气、煤炭等常规能源的价格不断攀升，而开发利用煤矿瓦斯可以伴随着煤矿开采的工程进行，节约工程成本；
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低浓度瓦斯发电技术
3)煤矿瓦斯是煤矿事故的罪魁祸首，国内煤矿矿难70%～8O%都是由瓦斯爆炸或突出引起，加大煤层瓦斯抽采可以减少矿道内的瓦斯含量，有效预防事故发生；
4)煤矿瓦斯的主要成分是甲烷，是主要的温室气体之一，其对大气臭氧造成的破坏是CO2
的22倍，如果对煤矿瓦斯进行开发利用，还可减少碳排放。
伴随着煤炭资源的勘探和开采，煤矿瓦斯作为伴生资源被大量发现。煤矿瓦斯按所含甲烷浓度分为四大类：一类是地面抽采煤层气，甲烷浓度大于80%，主要用于民用、汽车燃料、发电等；二类是煤炭开采过程抽排出，甲烷浓度在30%至80%之间的瓦斯，称为高浓度煤矿瓦斯，主要用于民用、化工、发电、燃烧等；三类是煤炭开采过程抽排出，甲烷浓度大于或等于3%且小于30%的，称为低浓度瓦斯，目前小部分用于发电，大部分直接排空；四类是煤矿通风系统中排出的甲烷浓度低于1%的，称为“通风瓦斯”，直接放散。目前，乏风氧化发电技术研究还处于起步阶段。 2.1 瓦斯发电的技术难点
不同的发电设备其系统构成和技术难点是不一样的，以燃气内燃机作为煤矿瓦斯发电设备需要解决以下技术难点。
对于体积分数大于30%的高浓度煤矿瓦斯，一般采用建造储气柜来保存和缓冲瓦斯供给，从而使供给机组的瓦斯压力和浓度波动较小，对发动机稳定运行非常有利，但发动机如果不能实现闭环控制，当瓦斯浓度变化时会导致机组功率的大幅变化，瓦斯突变超过发动机允许的范围将会出现爆震，造成烧蚀活塞、拉缸、连杆断裂等恶性事故。有的用户不具备建储气柜条件，就会给机组运行带来新的问题，一是到机组的瓦斯浓度突变速度快，需要机组快速调节；二是机组快速调节又将引起瓦斯压力升高，破坏其调节作用，因此需要对机组供气压力进行调节，压力高时通过排空管进行排空或通过变频增压泵进行压力控制。
对于体积分数在6%～30%的煤矿瓦斯，由于瓦斯浓度的变化有可能造成瓦斯浓度临界爆炸极限范围内，因此必须采取可靠的阻火措施，保证发动机回火不会造成火焰在管网中传播。另外，瓦斯浓度和压力的变化对空燃比的影响更大，为保证发动机可靠运行，机组对瓦斯压力的控制精度要求更高。归纳起来就是一要“技术安全”，二要“适应不同地区不同时间的瓦斯浓度的变化”，三要“适应压力的变化”。 2.2 煤矿瓦斯发电关键技术
煤矿瓦斯发电关键技术可以概括为瓦斯混合、自动控制、安全阻火三大类，细分为以下几项。
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低浓度瓦斯发电技术
2.2.1 等真空度膜片混合技术
主要用于甲烷体积分数大于75%的煤层气，调整混合器燃气供气压力和节流调节阀的开度，可以实现空燃比随功率变化的匹配特性，低负荷空燃比小，高负荷空燃比大。该技术无法自动适应瓦斯浓度的变化，但由于地面开发的煤层气成分非常稳定，随时间的变化非常缓慢，相当于天然气，因此，这种混合器能满足高浓度煤层气应用场合。 2.2.2 文丘里电控混合器混合技术
文丘里电控混合器采用文丘里管原理，利用空气在文丘里管流动产生一个负压力，使瓦斯从侧通道进入混合器进行混合。当瓦斯浓度变化时，控制系统自动进行控制，调整混合器瓦斯通道的开度，从而使混合气浓度保持稳定。这种混合器可以适应体积分数为30%～55%和45%～75%的瓦斯混合需要。 2.2.3 双蝶门混合器电控技术
对于低浓度瓦斯，如果体积分数为25%，空气与瓦斯混合的体积比大约为3：1，如果瓦斯体积分数降为1O％，那么空气与瓦斯混合的体积比大约为9：1。因此，常规的混合器无法满足低浓度瓦斯混合的需要。
空气通道和燃气通道分别经过电动控制的蝶阀来调节流量，瓦斯浓度增加时，TEM 控制系统进行闭环控制，减小瓦斯通道的开度或加大空气通道的开度，使空燃混合体积比加大，从而使混合气的浓度保持不变。这种混合器工作范围宽，可以用于体积分数为6%～3O%的瓦斯混合。
2.2.4 瓦斯低压进气混合技术
天然气与地面开发的煤层气压力和浓度都比较高，因此可以采用增压后混合方式。矿井抽排瓦斯压力一般在10kpa，体积分数多在1O %～55%，比较适合于空气与瓦斯增压前预混合，混合器前瓦斯压力为0就可满足要求，因此机组供气压力只需3Kpa～5kPa就能正常运行，提高了投资经济性。
通过废气涡轮增压器，利用发动机排气余热将混合后的瓦斯和空气同时增压。增压后的混合气压力一般在0．10MPa(表压)以下，温度在120℃以下，距CH4自燃着火温度650℃很远。增压器以每分钟数万转的速度旋转，气流高速运动，即使在增压器内由于机械原因“打火”，也会因强烈的气流流动导致火星熄灭，不会引起混合气爆炸。实践证明，瓦斯与空气先混合后增压在安全方面是可靠的，实现了直接应用煤矿抽放瓦斯发电的目的。
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