煤矿瓦斯发电的应用及产业发展研究

摘 要：煤矿瓦斯发电，既可以有效地解决煤矿瓦斯事故、改善煤矿安全生产，又有利于增加洁净能源供应、减少温室气体排放，达到保护生命、保护资源、保护环境的多重目标。本文对煤矿瓦斯发电的应用及产业发展进行了相关研究。

关键词：煤矿瓦斯发电；产业发展

1.煤矿瓦斯发电技术应用研究

目前利用煤矿瓦斯发电的主要方式有：燃气锅炉汽轮机发电、燃气轮机发电、燃气内燃机发电等。由于煤矿瓦斯气体浓度相对不高，发热量较低，燃气轮机、燃气锅炉带汽轮机发电方式系统复杂、占地面积大、发电效率低，不宜采用；另外燃气轮机对进气质量、压力要求高（0.9MPa），压缩温升使瓦斯浓度易于达到爆炸极限。内燃式瓦斯发电机组具有建站周期短，基建、运行费用低，机组配置灵活等特点，可单台或多台并网发电。它相对于燃气轮机发电及燃气锅炉—汽轮机发电来说，具有效率高（国产机组发电效率为33%左右，进口机组发电效率可达40%-43%）、燃料气人口压力低（通常为1～15kPa之间）、单机发电容量小（一般在400-2000kW）等特点。适用瓦斯浓度范围为7%～50%、温度范围为5-50℃。

1.1内燃机瓦斯发电技术

内燃式瓦斯发电机组不仅可以燃用高浓度瓦斯，还可以燃用低浓度瓦斯。它通过机组燃气闭环控制系统，将瓦斯与空气中的氧自动混合，根据燃烧室容积及压缩比，对空燃比进行精确控制，保证稀薄燃烧及高效发电做功。自动检测燃气进气温度、燃气进气压力、燃气阀后绝对压力、温度、功率、转速、均值排温等参数，自动调整机组运行工况，适应现场瓦斯浓度及压力波动，保证机组平稳运行，具有浓度适应范围广、抗波动能力强、自动化程度高的特点。内燃式瓦斯发电机组采用了预燃技术和数字点火技术，通过这两项技术，可以有效地增加点火能量，降低排气温度，提高机组效率。稀薄燃烧技术和空燃比控制技术的采用能够保证发动机始终以稀薄混合气进气，回火不传播。

1.2高浓度瓦斯输送技术

高浓度瓦斯从抽放站引出经过水封阻火器、气水分离器及干式阻火器至集装箱式气体预处理装置处理后送至发电机组发电，当瓦斯过剩或机组故障检修时，瓦斯通过火炬燃烧后排空。下面重点介绍集装箱式瓦斯预处理工艺和火炬。

1.2.1集装箱式瓦斯预处理工艺

气体预处理过程是自动控制的。它将瓦斯进行脱水、除尘、冷却、加压，并对瓦斯流量、浓度、压力、温度、湿度等参数进行监控，根据凝结水水位自动排水和报警。

1.2.2火炬

瓦斯浓度在30%以上的高浓度瓦斯发电工程，当瓦斯发电机组不能消耗所有的瓦斯气时或发电机组故障、正常检修期间，高浓度瓦斯需放空时，自动点燃火炬燃烧后再排放大气。当瓦斯浓度波动变化，浓度低于30%时，火炬停止工作，瓦斯直接排空。火炬形式为落地封闭式火炬，流量调节范围根据总的瓦斯流量及机组的配置情况来确定。

2.煤矿瓦斯发电存在问题

2.1项目前期办理手续多、时间长

煤矿在前期设计、规划的过程中通常未考虑配套瓦斯利用项目的实施，建设瓦斯发电项目，需要单独办理立项审批手续，具体程序包括：先到发改委取得路条，编制可行性研究报告和项目申请报告，开展项目环评、安评、节能评估和接入系统报批工作，办理征地手续，取得相关专篇批复文件后，将项目申请报告和批复文件报送发改委，组织专家评审，取得核准文件。取得核准文件后才能办理设备招标和开工手续。因手续办理时间较长，通常在半年以上，影响项目进度，造成很多瓦斯发电项目建设周期长，不能早投产早收益。

2.2“自发自用、富余上网”政策未得到很好落实

国务院办公厅关于加快煤层气（煤矿瓦斯）抽采利用的若干意见国办发〔2006〕47号中指出：“煤矿企业利用煤层气发电，可自发自用；多余电量需要上网的，由电网企业优先安排上网销售，不参与市场竞争”；山西省物价局文件晋价商字[2011]13号中也规定：“瓦斯电厂在本矿区自用电量原则上不低于发电量的20%”。而在实际操作中，瓦斯电厂自发自用的基本没有，除了电厂厂用电外，所发电量全部并入国家电网，由电力公司统一调度管理，煤矿用电再从电网中购买。瓦斯电站一般位于矿区内，距矿井变电所距离较近，通常在3km以内，而距国家电网变电站较远，一般在5～20km。造成了瓦斯电站接入系统架空线路长，投资高、线损大、施工周期长、线路维护费用高等问题。

3.瓦斯发电面临的形势及产业发展建议

建设一个瓦斯发电项目，除了带動运输、钢铁、水泥、电力等相关产业的发展外，还能推动本行业的相关技术、科研等产业，促进整个产业的良性发展，如瓦斯输送设备及管道、监测监控设备、瓦斯发电设备等产业。同时，中国油气资源短缺，但瓦斯资源丰富，是目前最现实的天然气接替资源。中国又是产煤大国，高瓦斯和瓦斯突出矿井占一半以上，每年由于瓦斯事故给国家财产和人民生命造成巨大损失。由于采煤每年向大气排放的瓦斯高达300亿，对我国大气环境造成严重的污染。因此，资源发展、煤矿安全生产和环境保护的多重需求为发展瓦斯产业提供了依据和良好的机遇。发展煤矿瓦斯发电，不仅有经济效益，而且还有安全效益、环境效益和社会效益，是一举多得的举措。随着国家和社会各界重视程度的增加，法律政策制度的不断健全，资金投入的不断加大，瓦斯基础研究的突破，特别是受当前日益严峻的环保问题和煤炭效益下滑的双重影响，以及瓦斯抽采全覆盖工程的实施，在政府加大瓦斯利用力度的政策支持下，我省瓦斯发电将迎来一个快速发展的新阶段，给煤矿带来新的经济增长点

针对上述瓦斯发电存在的问题及面临的形势，建议按照国家相关规定，尽快研究确定山西省瓦斯发电项目的审批简化程序，并确定瓦斯发电审批下放或备案的项目，方便企业办理瓦斯发电项目有关手续。同时，要切实保障用地，属于临时用地的，由县级国土部门办理用地手续；需办理建设用地征收手续的，要简化手续，提高效率，加快报批。另外，鼓励和支持低浓度瓦斯发电及上网，煤炭企业利用瓦斯发电优先自发自用，富余电量需要上网的，由电网企业优先收购，瓦斯电厂不参与市场竞争，不承担电网调峰任务，从而推进瓦斯发电产业的发展。

4.小结

利用瓦斯发电解决了煤矿抽放瓦斯的排放问题，进而促进瓦斯的抽采，从根源上防止瓦斯事故，保障井下生产安全，可谓一举多得。在当前国际国内应对气候变化和节能减排政策的推动下，瓦斯发电将迎来快速发展时期，瓦斯发电行业前景广阔。

参考文献：

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[2]王勇.煤矿瓦斯发电及热电冷联供技术研究[J].工况自动化，2006，（5）：8～11.

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作者简介：

车文平（1986-），男，汉族，山西省柳林县人，助理工程师职称；论文：瓦斯利用（发电锅炉）方面。

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