一种煤层气发电方法 【技术领域】
本发明涉及一种发电方法，尤其是一种适用于煤层气(煤矿瓦斯)发电的新方法。
背景技术
煤层气(煤矿瓦斯)一般指抽放瓦斯、矿井瓦斯和风排瓦斯的总称，是与煤层伴生的一种气体，主要成分是CH4，是一种优质的燃料。
我国煤层气资源利用现状具有三个主要特点：①储量丰富。距地表以下2000m内的煤层气储量约为35万亿m3，与我国天然气资源量相当；②浪费严重。2003年我国共排放煤层气190亿m3以上，其中抽采量约15亿m3；2006年全国煤矿抽采煤层气32亿m3，绝大部分被排入大气中；③污染严重。煤层气的温室效应约为CO2地21倍，会对环境造成重大污染。
煤层气发电集节能、环保、效益、安全于一体，是最直接有效的煤层气利用途径。通常情况下1m3纯瓦斯可发电3.5kWh。因此，近年来国家对煤层气抽采利用尤其是煤层气发电工作高度重视。2006年国务院办公厅发布了《关于加快煤层气(煤矿瓦斯)抽采利用的若干意见》，2007年国家发改委出台了《关于利用煤层气(煤矿瓦斯)发电工作的实施意见》，2008年中国矿业大学和中国地质大学“煤与煤层气工程本科专业”开始招生。
煤层气发电的主要制约因素在于气源的不稳定性：①浓度的差异大，波动严重。抽采瓦斯浓度一般在25％左右，风排瓦斯浓度在1％以下；随着矿井、采煤方式、采煤阶段、操作水平的不同，抽采瓦斯浓度波动较大。因此，煤层气发电机组对燃烧系统的适应性一定要强。②产量差异大，波动严重。2003年国有重点煤矿中低瓦斯矿井占11％，高瓦斯矿井占48％；同一矿井在不同的抽采阶段，瓦斯产量变化也较大。因此，煤层气发电机组的单机功率范围要广。③获取地点的移动性。随着抽采的进行，某一抽采点的煤层气资源会逐渐枯竭。因此，煤层气发电机组必须便于移动。
目前三种主要的煤层气发电方式：蒸汽轮机发电机组、燃气轮机发电机组、燃气内燃机发电机组，对煤层气气源的不稳定性适应能力较差，如下表所示：
其中：蒸汽轮机发电机组不便于移动；燃气轮机发电机组和燃气内燃机发电机组便于移动，但是燃烧系统对气源稳定性要求很高。
【发明内容】
技术问题：本发明的目的是提供一种方法简单，操作方便，适应煤层气气源不稳定尤其是低浓度瓦斯，效果好的煤层气发电方法。
技术方案：本发明的煤层气发电方法，包括多孔介质燃烧器，斯特林发动机和发电机，将具有外燃机特性的斯特林发动机和对气源波动具有良好适应性的多孔介质燃烧器相连接，其中：多孔介质燃烧器分别与煤层气气源和斯特林发动机相连接，斯特林发动机与发电机连接，通过与煤层气气源相连的多孔介质燃烧器产生高温烟气向斯特林发动机提供能量，由斯特林发动机带动发电机发电。
有益效果：①突破了煤层气气源不稳定尤其是低浓度瓦斯对现有煤层气发电方法的限制，并且是建立在成熟技术基础上的新方法，为煤层气发电尤其是低浓度煤层气发电提供了一种新的方法。斯特林发动机是一种外燃机，工质不直接参与燃烧，只要能保证连续供给它400℃以上的热能即可，因此本质上对气源的不稳定性不具有依赖性。而且单机功率从几千瓦到几十兆瓦，可以适应不同瓦斯产量的需要。多孔介质燃烧器是一种以多孔介质为载体的过焓燃烧技术，火孔很小且热容量很高，既可以燃用浓度较高的抽放瓦斯，也方更利用浓度很低的风排瓦斯，因此可以缓解气源波动对燃烧过程的影响，尤其是对于低浓度煤层气具有很强的适应能力。因此，本发明将具有外燃机特性的斯特林发动机和对气源波动具有良好适应性的多孔介质燃烧器有机结合，可以提供一种能够适应煤层气气源不稳定性尤其是低浓度煤层气的发电方法。②热效率高。斯特林发动机理论上可实现热效率最高的卡诺循环，完全可以与燃气内燃机媲美，其高的扫气容积功率是普通的活塞式内燃机所望尘莫及的。而在多孔介质燃烧器比普通扩散燃烧器热效率高，相同热负荷下甚至比本生灯式燃烧节约燃料达30％～50％。③污染小。斯特林发动机的循环系统没有阀门，工质压力变化平稳，循环压力比小，因此没有内燃机那样的进排气噪音和燃烧冲击噪音。多孔介质燃烧器孔分布均匀，加之相对于自由空间各部分之间的换热系数大得多，燃烧室内温度分布较均匀；而且多孔介质有较高的热辐射能力，燃烧热有一部分以辐射方式传出去，降低了火焰区温度，从而减少了NOX的生成。④便于移动，维护简单。斯特林发动机比内燃机少40％的零部件，不需要燃气压缩机，因此体积小，重量轻，移动方便，便于维护。多孔介质燃烧器结构简单，只要定期更换多孔介质即可，维护方便。
【具体实施方式】
本发明的煤层气发电方法：采用多孔介质燃烧器，斯特林发动机和发电机，将具有外燃机特性的斯特林发动机和对气源波动具有良好适应性的多孔介质燃烧器相连接，其中：多孔介质燃烧器分别与煤层气气源和斯特林发动机相连接，斯特林发动机与发电机连接。通过多孔介质燃烧器作为煤层气燃烧装置，产生高温烟气提供斯特林发动机所需能量，斯特林发动机被来自多孔介质燃烧器的高温烟气驱动，带动发电机发电。
工作原理：煤层气进入多孔介质燃烧器中燃烧，燃烧产生的高温烟气驱动斯特林发动机做功，斯特林发动机带动发电机发电。