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摘 要：电能在生产、传送、使用中比其他能源更易于调控，因此，它是最理想的二次能源。发电在电力工业中处于中心地位，决定着电力工业的规模，也影响到电力系统中输电、变电、配电等各个环节的发展。进入21世纪，我国主要发电形式是火力发电、水力发电和核能发电，三者的发电量占全部发电量的99%以上，而其中火力发电又占到了82%以上。随着一次能源的短缺及节能、环保要求的提高，越来越多的新型发电项目出现在了我们的生活中。煤层气发电使用的原料虽然属于一次能源，但是与燃煤发电机理不同，是以目前成熟的内燃机技术为基础，对内燃机的燃料供给等系统加以改造，以煤层气为燃料，以内燃机为原动机，将瓦斯气中蕴含的热能转化成机械能，进而转变为电能的能量转换过程。
本文着重阐述了煤层气发电应用的现状及发展前景。对目前阳煤集团煤层气发展的现状进行了介绍，本文以神堂嘴煤层气发电站瓦斯发电机组为实例，对神堂嘴煤层气发电站的JGS620.GS-S.L型LEANOX燃气发电机组稀燃控制系统介绍。
关键词：煤层气；发电；稀燃控制；NOx排放
一、煤层气发电技术简介
目前，对煤层气的利用由于其自身的特点和市场需求的变化，煤层气用作民用和化工原料已没有更大的空间，发电成为煤层气利用的最好方法之一。
煤层气发电就是以煤层气为燃料，应用电控技术，闭环电子控制空气与瓦斯配比，适应浓度和抽排压力的变化，使瓦斯用作活塞往复式内燃机燃料进而发电的一种技术。
已有天然气机不能直接燃用瓦斯，因为瓦斯中主要可燃成份甲烷的含量较低，成份随机性变化大，成份不稳定，混合气的空燃比也随时发生变化，普通燃气发动机的等真空度式混合器不能自动调节空燃比，必然导致发动机转速和输出功率变化较大，甚至点火不连续发生放炮而停机.
二、使用煤层气发电的优势
（1）煤层气发电机组结构紧凑、重量轻、尺寸小，从主体设备到电控部分三天便可安装完毕，而且不需要很多的人力、物力；
（2）调试初始阶段，机组起动比较困难.但在调试好后，机组能在短时间内满足最大功率的要求；
（3）工作运行安全，燃烧过程是在密闭的气缸内进行，不易引起火灾或爆炸事故；
（4）配套设备较传统的火力发电厂少，系统也较传统的火力发电厂简单；
（5）燃料适用性广，对瓦斯浓度大于27%的各种情况的煤层气都能较好地适应。
（6）电站建设周期短，运行维护人员少，运行费用低，可降低企业生产成本。
三、煤层气发电应用
阳泉矿区的煤层气含量极为丰富，全矿区煤层气资源总面积2668平方米，煤层气资源量6448亿立方米。煤层最大含气量为21.7m3/t（煤），平均17.2 m3/t（煤）。2006年阳煤集团开始投资建设瓦斯发电项目，其中神堂嘴电站装机容量最大，采用四台奥地利GE颜巴赫公司生产的JGS620.GS-S.L型LEANOX燃气发电机组，单机容量为3025kW，总容量达到了12.1MW，电站与2007年7月正式投产。目前机组已经累计运行50000小时，运行工况较为平稳，通过近几年的摸索，机组LEANOX稀燃控制技术已经完全掌握并应用。
四、LEANOX稀燃控制介绍
LEANOX稀燃控制的全称为LEANOX稀薄混合燃烧控制，由GE全球开发并获得专利，确保正确的air/gas 比下所有操作条件，尽量减少废气排放，同时保持稳定的引擎运转。
该LEANOX系统使用更有效的特殊燃烧室燃烧的配置和直接联系的输出功率，增压，燃气温度和氮氧化物的排放。这消除了需要监测的排气使用拉姆达探针。该LEANOX发动机控制系统校正参数，以保证引擎永久符合要求的氮氧化物的排放。
Leanox 控制器的任务是预测和优化增压压力，建立在现行的功率输出量和混合气温度的基础上，并与dia.ne（SAM）自动计算出的工程量有着直接关系，完后两条操作指引被存入记忆。
Leanox控制器每当实际功率输出超过一个起始值便会自动启动（大约总功率输出的30%），这种控制程序为不同类型燃气提供四个参数设置 。
同时Leanox 控制器在连贯的输电网之间重复地发挥作用和运转，但有时也会在孤岛运行期间启运。
五、NOx对大气的危害
稀燃调整主要是调整发动机尾气排放的NOx含量，一般来说NOx含量要调整到500ppm以下，才符合国际排放标准。
NOx对环境的污染和对人类健康的危害，本世纪四十年代才引起科学家的注意。NOx包括NO、NO2，N2O、N2O3，N2O4、N2O5等，烟气中的NOx主要是NO和NO2。NO的毒性很大，它极易与血液中的血色素Hb结合，造成血液缺氧而引起中枢神经麻痹，NO与血红蛋白的亲合能力约为CO的数百倍至千倍。NO2是黄棕色有刺激性气味的气体，毒性比NO高4—5倍，它能刺激呼吸系统，引起肺气肿。人在NO2浓度为16.9ppm下暴露10分钟，就会产生呼吸困难和支气管痉挛现象，NO2浓度为90—100ppm时，接触三小时即可致人死亡。NOx不仅造成一次污染，还会对环境造成二次污染，排放到大气中的NOx遇到碳氢化合物时，在太阳光中紫外线的作用下发生光化学反应，生成具有刺激性的浅蓝色烟雾，造成严重的光化学烟雾污染。此外，由氮氧化物生成的硝酸与氧化硫生成的硫酸等一起将形成酸雨。
六、实现发动机稀燃控制的关键技术
1.提高压缩比
压缩比的定义就是发动机混合气体被压缩的程度，用压缩前的气缸总容积与压缩后的气缸容积（即燃烧室容积）之比来表示。
通常的低压压缩比指的是压缩比在10以下，高压缩比在10以上，相对来说压缩比越高，发动机的动力就越大，JGS620.GS-S.L型机组压缩比为11。
2.分层燃烧
JGS620.GS-S.L型机组进气系统分为两部分：分别为主进气和预压进气系统。
（1）主进气部分经过与空气混合最终通过混合气、涡轮增压器和中冷器最终进入缸内部。
（2）预压进气系统：燃气未经空气混合，经过压缩机升压到3.2—3.7bar之间，进入缸盖的预燃室。
3.高能点火
高能点火和宽间隙火花塞有利于火核形成，火焰传播距离缩短，燃烧速度增快，稀燃极限大。有些稀燃发动机采用双火花塞或者多极火花塞装置来达到上述目的。
目前，瓦斯发电作为中国的一种新型行业，发展速度和势头都很快，也是大势所趋的一种态势。国外进口瓦斯发电机组技术成熟、先进，使用较为放心和稳定。但是也有许多困扰我们的问题存在，尤其是国外进口瓦斯发电机组的核心技术，都设有权限保护。而国内瓦斯发电机组发展起步较晚，目前只有小功率的发电机组，而且投资成本和后期的维护保养费用也较低，并且对瓦斯的浓度要求也低，适用于我国大多数瓦斯浓度低的煤矿。所以说低浓度瓦斯发电项目是我国今后主要的转型发展趋势。阳煤集团利用矿区自身优势条件建设瓦斯电厂，不仅生态环境得到了改善，而且资源利用效率显著提高，既有利于环境保护又提供了电力能源，缓解了矿区用电紧张状况。
参考文献：
《推广使用煤层气（瓦斯）发电项目的建议》张辉2005.10
本文着重阐述了煤层气发电应用的现状及发展前景。对目前阳煤集团煤层气发展的现状进行了介绍，本文以神堂嘴煤层气发电站瓦斯发电机组为实例，对神堂嘴煤层气发电站的JGS620.GS-S.L型LEANOX燃气发电机组稀燃控制系统介绍。
关键词：煤层气；发电；稀燃控制；NOx排放
一、煤层气发电技术简介
目前，对煤层气的利用由于其自身的特点和市场需求的变化，煤层气用作民用和化工原料已没有更大的空间，发电成为煤层气利用的最好方法之一。
煤层气发电就是以煤层气为燃料，应用电控技术，闭环电子控制空气与瓦斯配比，适应浓度和抽排压力的变化，使瓦斯用作活塞往复式内燃机燃料进而发电的一种技术。
已有天然气机不能直接燃用瓦斯，因为瓦斯中主要可燃成份甲烷的含量较低，成份随机性变化大，成份不稳定，混合气的空燃比也随时发生变化，普通燃气发动机的等真空度式混合器不能自动调节空燃比，必然导致发动机转速和输出功率变化较大，甚至点火不连续发生放炮而停机.
二、使用煤层气发电的优势
（1）煤层气发电机组结构紧凑、重量轻、尺寸小，从主体设备到电控部分三天便可安装完毕，而且不需要很多的人力、物力；
（2）调试初始阶段，机组起动比较困难.但在调试好后，机组能在短时间内满足最大功率的要求；
（3）工作运行安全，燃烧过程是在密闭的气缸内进行，不易引起火灾或爆炸事故；
（4）配套设备较传统的火力发电厂少，系统也较传统的火力发电厂简单；
（5）燃料适用性广，对瓦斯浓度大于27%的各种情况的煤层气都能较好地适应。
（6）电站建设周期短，运行维护人员少，运行费用低，可降低企业生产成本。
三、煤层气发电应用
阳泉矿区的煤层气含量极为丰富，全矿区煤层气资源总面积2668平方米，煤层气资源量6448亿立方米。煤层最大含气量为21.7m3/t（煤），平均17.2 m3/t（煤）。2006年阳煤集团开始投资建设瓦斯发电项目，其中神堂嘴电站装机容量最大，采用四台奥地利GE颜巴赫公司生产的JGS620.GS-S.L型LEANOX燃气发电机组，单机容量为3025kW，总容量达到了12.1MW，电站与2007年7月正式投产。目前机组已经累计运行50000小时，运行工况较为平稳，通过近几年的摸索，机组LEANOX稀燃控制技术已经完全掌握并应用。
四、LEANOX稀燃控制介绍
LEANOX稀燃控制的全称为LEANOX稀薄混合燃烧控制，由GE全球开发并获得专利，确保正确的air/gas 比下所有操作条件，尽量减少废气排放，同时保持稳定的引擎运转。
该LEANOX系统使用更有效的特殊燃烧室燃烧的配置和直接联系的输出功率，增压，燃气温度和氮氧化物的排放。这消除了需要监测的排气使用拉姆达探针。该LEANOX发动机控制系统校正参数，以保证引擎永久符合要求的氮氧化物的排放。
Leanox 控制器的任务是预测和优化增压压力，建立在现行的功率输出量和混合气温度的基础上，并与dia.ne（SAM）自动计算出的工程量有着直接关系，完后两条操作指引被存入记忆。
Leanox控制器每当实际功率输出超过一个起始值便会自动启动（大约总功率输出的30%），这种控制程序为不同类型燃气提供四个参数设置 。
同时Leanox 控制器在连贯的输电网之间重复地发挥作用和运转，但有时也会在孤岛运行期间启运。
五、NOx对大气的危害
稀燃调整主要是调整发动机尾气排放的NOx含量，一般来说NOx含量要调整到500ppm以下，才符合国际排放标准。
NOx对环境的污染和对人类健康的危害，本世纪四十年代才引起科学家的注意。NOx包括NO、NO2，N2O、N2O3，N2O4、N2O5等，烟气中的NOx主要是NO和NO2。NO的毒性很大，它极易与血液中的血色素Hb结合，造成血液缺氧而引起中枢神经麻痹，NO与血红蛋白的亲合能力约为CO的数百倍至千倍。NO2是黄棕色有刺激性气味的气体，毒性比NO高4—5倍，它能刺激呼吸系统，引起肺气肿。人在NO2浓度为16.9ppm下暴露10分钟，就会产生呼吸困难和支气管痉挛现象，NO2浓度为90—100ppm时，接触三小时即可致人死亡。NOx不仅造成一次污染，还会对环境造成二次污染，排放到大气中的NOx遇到碳氢化合物时，在太阳光中紫外线的作用下发生光化学反应，生成具有刺激性的浅蓝色烟雾，造成严重的光化学烟雾污染。此外，由氮氧化物生成的硝酸与氧化硫生成的硫酸等一起将形成酸雨。
六、实现发动机稀燃控制的关键技术
1.提高压缩比
压缩比的定义就是发动机混合气体被压缩的程度，用压缩前的气缸总容积与压缩后的气缸容积（即燃烧室容积）之比来表示。
通常的低压压缩比指的是压缩比在10以下，高压缩比在10以上，相对来说压缩比越高，发动机的动力就越大，JGS620.GS-S.L型机组压缩比为11。
2.分层燃烧
JGS620.GS-S.L型机组进气系统分为两部分：分别为主进气和预压进气系统。
（1）主进气部分经过与空气混合最终通过混合气、涡轮增压器和中冷器最终进入缸内部。
（2）预压进气系统：燃气未经空气混合，经过压缩机升压到3.2—3.7bar之间，进入缸盖的预燃室。
3.高能点火
高能点火和宽间隙火花塞有利于火核形成，火焰传播距离缩短，燃烧速度增快，稀燃极限大。有些稀燃发动机采用双火花塞或者多极火花塞装置来达到上述目的。
目前，瓦斯发电作为中国的一种新型行业，发展速度和势头都很快，也是大势所趋的一种态势。国外进口瓦斯发电机组技术成熟、先进，使用较为放心和稳定。但是也有许多困扰我们的问题存在，尤其是国外进口瓦斯发电机组的核心技术，都设有权限保护。而国内瓦斯发电机组发展起步较晚，目前只有小功率的发电机组，而且投资成本和后期的维护保养费用也较低，并且对瓦斯的浓度要求也低，适用于我国大多数瓦斯浓度低的煤矿。所以说低浓度瓦斯发电项目是我国今后主要的转型发展趋势。阳煤集团利用矿区自身优势条件建设瓦斯电厂，不仅生态环境得到了改善，而且资源利用效率显著提高，既有利于环境保护又提供了电力能源，缓解了矿区用电紧张状况。
参考文献：
《推广使用煤层气（瓦斯）发电项目的建议》张辉2005.10