低浓度瓦斯气的燃气轮机的利用方法 【技术领域】
本发明涉及低浓度瓦斯气、煤矿通风瓦斯的利用方法领域，是一种低浓度瓦斯气的利用技术，利用燃气轮机将低浓度瓦斯转化为电能，同时降低温室气体排放，增加煤矿安全性。
背景技术
瓦斯气是指储集在煤层中的一种非常规天然气(其主要成份是甲烷)，是在煤矿采煤过程中自动散发出来的一种有害气体，无色，无味，易燃，易爆。当空气中瓦斯的浓度达到5％至16％之间时，遇明火就会发生爆炸。在我国煤矿发生的事故当中，瓦斯事故占到了各类事故的70％以上。瓦斯气是煤矿的“安全杀手”，但是同时瓦斯也是一种洁净的能源，有较高的利用价值，被称为“第二煤炭资源”。
开发利用瓦斯气具有保护全球环境，改善煤矿安全和增加新能源等多重功效。合理利用瓦斯气，变害为用，既解决了抽排气对大气环境的污染，又回收了瓦斯气这一绿色能源。利用瓦斯气进行发电，这是变废为宝的一条经济、有益途径。况且中国拥有丰富的煤层气资源，瓦斯气资源量约35万亿立方米，与天然气资源量(约38万亿立方米)相当，具有很大的市场开发前景。
乏风就是甲烷浓度低于0.75％的煤矿通风瓦斯。我国每年通过乏风排入大气的甲烷约为100-150亿立方米，相当于1140-1700万吨标准煤，而且基本没有利用。由于甲烷具有很强的温室效应，相当于二氧化碳温室效应的21.5倍，对臭氧层的破坏能力是二氧化碳的7倍。据统计，在中国煤矿排放的甲烷中，矿井乏风占91％，每年通过乏风排入大气的甲烷约为100-150亿立方米，与西气东输的120亿立方米天然气量相当，相当于1140-1700万吨标准煤。据专家估算，按照每年100亿吨纯甲烷的排放当量，等于1000多万吨原油或2000万吨煤炭被白白浪费掉。随着国家对能源的需求越来越大，不断发展分布式能源成为节约能源、解决当前能源危机的主要途径之一，丰富廉价、现实存在的乏风资源显然是可靠的气源保证。环保效益也显而易见。据统计，我国每年乏风的排空量相当于排放约2亿吨的二氧化碳。如果能够全部实现清洁排放，每年将完成我国宣称的到2010年减排10亿吨二氧化碳的1/5的任务。而且接近2亿吨二氧化碳的排放量，转化成CDM(清洁发展机制)收益也可达150亿元随着国家对能源的需求越来越大，不断发展分布式能源成为节约能源、解决当前能源危机的主要途径之一，而丰富廉价、现实存在的乏风资源就是可靠的气源保证。
然而由于煤矿乏风甲烷含量极低，如果进行分离提纯，耗能要远远超过获取甲烷的能量，很不经济。另外这种浓度的甲烷不能直接燃烧，所以长期以来只能放空，造成了巨大的能源浪费和环境污染。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种低浓度瓦斯的燃气轮机利用方法，利用燃气轮机将难于提纯和直接燃烧的低浓度瓦斯转化为电能，变害为用，减少温室气体排放，增加煤矿安全。所述低浓度瓦斯是指甲烷浓度低于1％的瓦斯气体。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：
将低浓度瓦斯直接或与空气掺混后引入燃气轮机的压缩机进口，作为燃气轮机的空气，经燃气轮机的压缩机压缩到12-17个大气压后通入燃烧室与燃料进行燃烧，燃烧后的烟气经透平膨胀做功并发电。低浓度瓦斯与空气掺混的具体比例为将甲烷体积浓度小于1％的低浓度瓦斯直接引入压缩机入口，而甲烷体积浓度大于1％小于10％的低浓度瓦斯则先与空气在掺混器中掺混形成甲烷体积浓度小于1％的低浓度瓦斯再引入压缩机入口。甲烷体积浓度小于1％的瓦斯不能直接燃烧，所以经压缩机压缩不存在安全性问题。甲烷浓度小于1％的低浓度瓦斯经压缩机压缩到12-17个大气压后进入燃烧室与燃料进行燃烧，燃料可以是柴油、重油、甲醇等燃气轮机可以烧液体燃料，也可以是天然气、煤层气、合成气、焦炉煤气、高炉煤气等燃气轮机可以烧的各种气体燃料，由于有燃料与低浓度瓦斯在燃气轮机燃烧室中进行燃烧，因此可以将瓦斯中的可燃气体完全燃烧，燃烧后地燃气进入透平做功并带动发电机发电。
此利用技术将甲烷浓度小于1％以及大于1％小于10％的低浓度瓦斯中的化学能经燃气轮机转化为了高品位的电能，若甲烷浓度为1％，则可以降低燃气轮机的燃料量约30％，降低温室气体效应21.5倍。
本发明的效果是实现低浓度瓦斯的燃气轮机利用技术，将难于提纯和直接燃烧的低浓度瓦斯转化为电能，同时降低温室气体效应，实现低浓度瓦斯的高效、低投资，低成本利用。
【附图说明】
图1为本发明低浓度瓦斯气利用技术流程图。
【具体实施方式】
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
参见附图1，为本发明的流程简图，其中包括掺混器1和燃气轮机(由压缩机2、燃烧室3和透平4组成)
本发明工艺流程，阐述如下：
如图1所示，若低浓度瓦斯中甲烷的体积浓度大于1％，在将低浓度瓦斯经与空气在掺混器1中进行掺混，形成甲烷浓度小于1％的低浓度瓦斯，通过自动控制和在线监测低浓度瓦斯气中甲烷的浓度，根据燃机需要的空气流量在线计算并控制与空气掺混的低浓度瓦斯的流量，进入掺混器1的低浓度瓦斯和空气都为常温常压，通过压缩机的2的吸气进入掺混器1掺混。或直接将甲烷浓度小于1％的低浓度瓦斯引入燃气轮机压缩机2，经压缩机2压缩，将常温常压的低浓度瓦斯气压缩到12-17个大气压，温度约为300-400℃后，进入燃烧室3，低浓度瓦斯和燃料在燃烧室3中进行燃烧，低浓度瓦斯和燃料在12-17个大气压下进行燃烧，燃烧后形成压力为12-17个大气压，温度为1000-1400℃的高温高压燃气，燃烧后的燃气进入透平4，高温高压燃气在透平中膨胀做功，由12-17个大气压，温度为1000-1400℃的高温高压燃气膨胀为常压温度为400-600℃的烟气，透平做功并带动发电机发电，之后常压温度为400-600℃的烟气进入余热锅炉。
以上所述，仅是根据本发明技术方案提出的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的权利要求保护范围内。