煤矿瓦斯发电技术的研究与应用

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摘要：随着我国经济的发展，对能源的需求也不断的增大，电力行业在国家的重视下不断的发展壮大。但是正因为电力能源对我国发展的重要性，在电力系统行业中电力企业之间的竞争也越来越明显，为了能够使得电力企业在电力行业中的竞争力加强，这就要求电力企业在发展优化现有发电技术的基础上，研究新的发电技术。本文将从煤矿瓦斯发电技术来进行分析和研究，论述煤矿瓦斯的应用和研究方向。

关键词：煤矿瓦斯发电技术；电力能源；新型发电技术

一、煤矿瓦斯的发电意义

1.1煤矿瓦斯对我们生活的影响

煤矿瓦斯又叫煤层气，这种气体对于我们人类来说危害十分巨大，我们可以把它的危害分为以下两个方面：

1.1.1瓦斯有爆炸燃烧的风险

煤层气的主要成分是甲烷，甲烷在空气中的浓度达到5%－16%时，遇明火就会爆炸，这是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。国内煤矿矿难70％~80％都是由瓦斯爆炸引起的，给人民群众生命财产造成了重大损失。国务院办公厅出台了文件，提出瓦斯“必须坚持先抽后采、治理与利用并举的方针”，规定“煤层中吨煤瓦斯含量必须降低到规定标准以下，方可实施煤炭开采”。

1.1.2瓦斯对于环境的危害巨大

瓦斯属于不可排放气体，若直接排放到大气中，其温室效应约为二氧化碳的21倍，对臭氧层的破坏力是二氧化碳的7倍。我们在进行煤矿的开采中难免会造成瓦斯的排放，瓦斯排放到大气中将会增加空气的污染，这种污染给我们的生态环境带来威胁。

1.2瓦斯的资源储存量

我国陆上煤层气资源量36.8万亿立方米，与陆上常规天然气资源量（38万亿立方米）相当，仅次于俄罗斯和加拿大。但是我国对于瓦斯的利用还不够到位，大量的瓦斯因为没有合理利用和保护造成了瓦斯的泄露事故，排放到大气环境中，给我们的生活带来了危害，也不利于瓦斯资源的保护，造成能源的浪费。煤矿瓦斯分高浓度瓦斯和低浓度瓦斯，高浓度瓦斯是指瓦斯浓度大于30%的瓦斯，低浓度瓦斯是指瓦斯浓度低于30%的瓦斯，我国煤矿60%以上的瓦斯是低浓度瓦斯。

二、瓦斯在现代生活中的利用

根据调查显示，2015年，煤矿瓦斯抽采量136亿立方米、利用量48亿立方米，全国煤矿瓦斯利用率仅为35.3％。煤矿瓦斯按所含甲烷浓度分为四大类：一类是地面抽采的煤矿瓦斯，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中抽排出来，甲烷浓度大于或等于3%且小于30%的，称为低浓度瓦斯，用于发电；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。

我国瓦斯的利用率不高，这也给瓦斯的防治工作带来挑战。我国未来应该加强瓦斯的普及工作以及利用工作，鼓励通过民用、CNG、LNG、浓缩、发电、乏风瓦斯氧化等方式，实现煤矿瓦斯安全利用、梯级利用和规模化利用。

瓦斯发电是主要利用瓦斯作为燃料，通过蒸汽轮机、燃气轮机或者燃气内燃机做功发电。煤层气发电可以使用直接燃用煤层气的往复式发动机和燃气轮机，也可用煤层气作为锅炉燃料，利用蒸汽发电。将瓦斯内部的热能转化为电能，瓦斯的发电热效率比较好，并且发电以后没有任何废渣的残留，属于有效的清洁能源。对于甲烷浓度超过30%的高浓度的煤矿瓦斯，无论是民用或发电，都有很好的利用方式及利用率。而对于甲烷浓度小于30%的煤矿瓦斯，进行煤矿瓦斯发电是最好的利用方式。尤其是我国，60%以上的瓦斯是低浓度瓦斯，因此，需要我们做好低浓度瓦斯发电的技术研究和项目建设工作。

三、瓦斯发电项目的问题

瓦斯发电项目的主要难点是根据实际情况如何选择合适的发电技术方案，以保证瓦斯发电项目在社会效益和环境效益等基础上，取得最大化的经济效益。主要体现在以下几个方面：

3.1发电机组的选型及装机容量的确定

瓦斯的质量及含量决定着瓦斯发电项目技术方案的选择。在进行瓦斯发电电站建设之前应该先对煤矿中瓦斯的含量进行测评，以此来确定煤矿中瓦斯的浓度以及特性，再根据这些数据来作出最适合的方案，来为瓦斯的生产带来最为科学的依据。

目前，燃气内燃发电机组是最高效的瓦斯发电机组型式。对于浓度超过30%的煤矿瓦斯，进口高浓度瓦斯内燃发电机组是比较合适的选择。虽然进口发电机组一次性资金投入较高，但进口发电机组的发电效率、检修时间、年运行小时数等都优于国产机组。而对于浓度低于30%的低浓度煤矿瓦斯，因国外低浓度瓦斯发电机组较少，国产品牌更具优势。

与此同时，瓦斯发电项目的装机容量也是影响项目效益的一个关键因素。如果装机容量过大，会造成投资过大，设备闲置、利用率低，降低项目的经济效益；反之如果装机容量过小，会造成瓦斯资源浪费，如果没有对浪费的瓦斯进行处理，更会造成环境污染等问题。因此，装机容量需要对煤层中甲烷含量、瓦斯抽采工艺、煤矿开采进度等因素进行综合考量，选择合适的装机容量来确保项目的经济效益。

3.2瓦斯气源的处理

燃气内燃发电机组对瓦斯浓度、湿度、含尘粒度、温度、压力等都有一定要求，瓦斯品质的好坏，直接影响机组的发电效率，检修周期和使用寿命。

瓦斯成分对于瓦斯发电机组的影响十分巨大，所以发电机组的选择必须建立在对瓦斯成分准确掌握的基础上。尤其是从国外进口的发电机组对于瓦斯的性质要求十分严格，因此需要对瓦斯气源进行复杂的处理，以此满足进口发电机组对气源参数的要求。虽然国内生产的发电机组对于瓦斯的特性要求没有进口那么严格，但是如果不对瓦斯气源进行处理，难免会影响机械的使用年限，也不利于项目实现高效运行。

瓦斯气源的处理主要是为了满足发电机组对进气参数的要求。其处理的内容包括对瓦斯气进行脱水除湿处理、去除瓦斯气中的杂质、对瓦斯气的气压进行调节、控制瓦斯气的温度等等。

3.3瓦斯中发电站的安全工作

因为瓦斯具有易燃烧易爆炸的特点，尤其是对于浓度低于30%的煤矿瓦斯，在进行瓦斯发电工作中要注意安全。我们应该根据国家对于瓦斯开采工作中的明文规定来进行瓦斯的开采利用工作。在进行瓦斯的开采时候应该充分做好瓦斯含量浓度的控制，我们可以在利用时候安装瓦斯的浓度报警设备，同时加强对瓦斯利用工作人员的安全教育，保障工作人员的安全，减少瓦斯利用中的安全风险。

四、结束语

随着我国经济的发展，我国越来越重视对新能源的开采和利用，因为这些都有助于我国的未来经济发展。为了保证可持续发展，必须注重经济和环境的有效结合，我国的新能源行业在此要求下不断的进行发展壮大。瓦斯发电作为一种新的、高效的、变废为宝的能源利用方式，需要我们进行更多的研究和创新。

参考文献

[1]赵耀.瓦斯能源的开采实践[J].新能源利用，2016（16）.

[2]王究.新能源的保护利用措施[J].新能源技术利用，2016.

个人简介

李定远，1987年1月，男，汉，湖北省武汉市人，本科，助理工程师，研究方向:电气工程及其自动化。