基本信息
- 项目名称：
- 超低浓度煤矿瓦斯驱动斯特林发动机发电装置
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 提出一种新的煤层气发电方式，即通过多孔介质燃烧器对低浓度瓦斯和煤层气气源不稳性的良好适应能力与斯特林发动机的外燃高效特性有机结合， 构建一种适应我国煤层气浓度低且气源不稳定性的煤层气发电系统。
- 详细介绍：
- 为适应我国煤层气浓度低、波动大的特点，本项目拟研制一种多孔介质燃烧器与斯特林发动机相结合的发电装置。该装置中的多孔介质燃烧器采用了先进的燃烧技术，可以降低瓦斯的最低可燃浓度，而且对燃料的成分、流量的波动具有较好的适应性。斯特林发动机是一种外燃机，采用了先进的热力循环，热效率比内燃发动机高很多。通过中间的机械结构，将多孔介质燃烧器对气源不稳定性的良好适应能力与斯特林发动机的外燃高效特性相结合，再配以发电机发电，可以实现低浓度瓦斯的能源化利用，达到节能减排的目的。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1. 设计与发明目的：探索一种适应我国煤层气浓度低、波动大特点的发电方式，以实现低浓度瓦斯的能源化利用，达到节能减排的目的。 2. 基本思路：将多孔介质燃烧器对低浓度气源的良好适应性和斯特林发动机的外燃特性有机结合，构建多孔介质燃烧器驱动斯特林发动机系统。其中：①多孔介质燃烧器具有热容量大、火焰稳定范围宽广、能够扩展贫燃极限的特点，非常适宜燃烧低浓度煤层气，同时可以缓解煤层气浓度波动造成的冲击。②斯特林发动机是一种外燃机，和内燃机相比对燃料特性要求低，只要能保证其热缸端连续供给热能即可，同时具有效率高、污染小的优点。 3.创新点：（1）多孔介质燃烧器采用了先进的燃烧技术，可以降低瓦斯的最低可燃浓度，而且对燃料的成分、流量的波动具有较好的适应性。（2）斯特林发动机是一种外燃机，采用了先进的热力循环，热效率比内燃发动机高。（3）将多孔介质燃烧器对低浓度瓦斯的良好适应性和斯特林发动机的外燃特性有机结合，构建适应我国煤层气特点的发电装置。 4.关键技术：（1）低浓度煤层气在多孔介质燃烧器中的稳定燃烧技术（2）气源浓度波动条件下，多孔介质燃烧器驱动斯特林发动机的动力特性 5.主要技术指标：（1）燃烧最低瓦斯浓度达3％（2）系统发电效率25％～35％
科学性、先进性
- 1.本系统对于我国煤层气浓度低、波动大等特点具有良好的适应能力，在我国低浓度煤层气利用方面具有良好的前景。 低浓度瓦斯由于瓦斯含量少、稳定性差且接近爆炸极限，会造成发电机组的熄火停机。燃气内燃机发电技术现能利用10%左右的低浓度瓦斯进行发电，但是运行的可靠性与稳定性仍然是一个难题。而本系统所利用最低瓦斯浓度可达3%，且对于低浓度瓦斯的燃烧利用具有良好的稳定性与可靠性。 2.本系统通过燃烧甲烷不仅可以降低煤层气造成的温室效应，同时系统本身污染物排放量较低，可以起到减排的效果。 瓦斯的温室效应约为CO2的21 倍，会对环境造成重大污染。本系统经试验验证，瓦斯燃烧较完全，温度场易于控制，污染产物较低，尤其可有效降低NOX的排放。 3.本系统发电效率高，功率范围大，适应性强，便于移动，因此比较适合煤层气的利用。蒸汽轮机发电系统的设备庞大复杂，发电工艺复杂，且不能移动；燃气轮机对瓦斯浓度要求较高，通常要求瓦斯的浓度约在40%以上；且燃气内燃机结构复杂，噪音大。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 有偿转让
作品可展示的形式
- 实物、图纸、现场演示、图片、录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本系统包括多孔介质燃烧器，斯特林发动机，中间连接装置和发电机，其特征在于：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与煤层气源和斯特林发动机相连接，斯特林发动机与发电机相连接，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。从技术层面来看，多孔介质燃烧器、斯特林发动机和储热器等相关技术已经比较成熟，因此本装置技术风险较小，具有较强的可行性。 从市场需求来看，目前我国每年产生相当于200多亿立方米纯甲烷的瓦斯,其中90%以上由于浓度太低被直接排入大气，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。如果大面积推广这种技术，不仅节能、环保，而且全国至少可以新增5000个就业岗位，并能有效带动陶瓷及各类机械制造产业的发展，转化成CDM收益可达150亿元。面临资源浪费和环境污染双重压力，推广这种技术，利民利企利国。
同类课题研究水平概述
- 我国利用瓦斯起步较早，早在上世纪六七十年代,淮南、淮北矿区已对高浓度煤矿瓦斯进行民用。近些年来，抽放瓦斯已经成功地用作民用和工业燃料，生产炭黑和甲醛的化工原料，以及发电用燃料，取得了巨大的经济效益。然而，这些应用要求瓦斯必须有较高的浓度。如民用或生产炭黑，瓦斯浓度必须大于40%；生产甲醛，瓦斯浓度必须大于30%，用于燃气轮机发电和蒸汽轮机发电其浓度为35±4%，如山西晋城煤业集团寺河煤矿建设的瓦斯发电站，装机容量120MW，燃料为高浓度的抽放瓦斯。近两年，瓦斯发电、余热利用和CDM项目开发等方面技术都有了长足的发展，瓦斯利用引起了高度重视。但低浓度瓦斯利用技术研究在我国刚刚起步，如我国胜动集团在燃气内燃发电机组基础上进行了改进，开发出了低浓度瓦斯发电机组，目前，在国内的平顶山煤业集团四矿，淮北矿业集团芦岭煤矿等安装了发电机机组进行商业试运行。但由于该机组采用的是内燃机技术，其对瓦斯浓度、成分等要求较高，当瓦斯浓度在8%以下时该机组就不能正常运行，所以机组经常处于停运状态，没有从根本上解决更低浓度的利用问题。 国际上，瓦斯发电机组都只能利用高浓度瓦斯，如美国、德国等煤炭生产大国已研发出瓦斯浓度30%以上的瓦斯发电技术，但却没有实现浓度低于30%的瓦斯发电。因此，研究开发低浓度瓦斯综合利用技术具有十分重要的意义。
