淺談如何通過瓦斯發(fā)電實現(xiàn)能源綜合利用

1、    淺談如何通過瓦斯發(fā)電實現(xiàn)能源綜合利用    胡迎江+車文平摘要：煤礦瓦斯利用主要集中在民用、發(fā)電、工業(yè)燃料及化工原料等方面。本文對瓦斯發(fā)電實現(xiàn)能源綜合利用進行了相關研究。關鍵詞：瓦斯發(fā)電；能源綜合利用1.煤礦瓦斯綜合利用的技術現(xiàn)狀從世界范圍來看，煤礦瓦斯利用主要集中在民用、發(fā)電、工業(yè)燃料及化工原料等方面。因煤礦大多分布在較偏遠的地方，瓦斯民用項目要敷設大量的中低壓管網和入戶管網，投資成本較大，而且民用消耗瓦斯氣量少，達不到一定規(guī)模，因此瓦斯民用項目收回投資比較困難。燃氣鍋爐利用瓦斯為燃料，雖然消耗瓦斯氣量大，但是，使用燃氣鍋爐熱效率較低，還受季節(jié)

2、性限制，加之采暖收費低，因此鍋爐投資回收期長，經濟效益差。利用瓦斯生產化工產品，經濟性差，技術上也存在一定的問題。而瓦斯發(fā)電是利用目前成熟的內燃機技術，僅對內燃機的進氣系統(tǒng)和燃料供給系統(tǒng)加以改造，技術較為可靠。投資少見效快，一般三年內可收回全部投資。瓦斯發(fā)電已成為目前煤礦瓦斯利用的一種主要方式。由于煤礦瓦斯開采方式的不同，煤礦瓦斯中ch4的含量會有顯著不同，其利用技術也有所不同，主要分為三類。一是通過地面鉆井開采，采出ch4濃度多大于90%的煤礦瓦斯（目前約占煤礦瓦斯總量的1%左右），其成份特性類似天然氣。此類氣體可利用天然氣發(fā)電設備進行發(fā)電或作為民用燃料、化工原料等，利用技術相對簡單且成熟。

3、二是通過井下瓦斯抽采系統(tǒng)和地面輸氣系統(tǒng)，采出ch4濃度范圍多在3%80%之間的煤礦瓦斯（目前約占煤礦瓦斯總量的15%左右，其中的三分之二濃度都低于30%），由于涉及到爆炸危險，一般對其應用都局限于濃度為30%以上部分。濃度在6%30%部分的利用是一個難點，目前我國國內企業(yè)已擁有此項安全利用技術，并已在國內16個省、市、自治區(qū)的煤礦推廣應用，取得良好的經濟和社會效果。三是通過煤礦通風排出的煤礦瓦斯，ch4含量一般低于1%，稱之為風排瓦斯（俗稱“乏風”）。這部分煤礦瓦斯由于ch4濃度太低，利用技術難度較大，基本都被排空。我國相關企業(yè)正在準備對這部分瓦斯進行處理和利用?？傊?，目前煤礦瓦斯綜合利用還處

4、于初級階段，無論是利用廣度還是深度都有許多需要解決的問題。煤礦瓦斯利用最合理的方式就是發(fā)電，在發(fā)電的基礎上實現(xiàn)“冷、熱、電”三聯(lián)供，以人為本，改善煤礦職工和當?shù)鼐用裆a、生活條件，節(jié)能減排。2.國內外瓦斯發(fā)電能源綜合利用技術2.1煤層瓦斯主要參數(shù)煤層瓦斯賦存基礎參數(shù)是礦井瓦斯防治和瓦斯抽放設計的依據，進行瓦斯抽放設計所需的煤層瓦斯主要實測參數(shù)包括：煤層瓦斯壓力、含量、煤中的殘存瓦斯含量、煤的孔隙率、煤層透氣性系數(shù)以及鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)等一些瓦斯的基礎參數(shù)。對于基建礦井，如果沒有開拓系統(tǒng)揭露煤層，則無法在采掘空間內各煤層瓦斯基礎參數(shù)進行實測，只能借鑒地質勘探過程進行測定部分瓦斯基礎參數(shù)。2.2

5、礦井瓦斯來源及涌出構成根據對龍泉煤礦瓦斯涌出量的預測，可以得出該礦井在達產時瓦斯來源由以下3個部分組成：回采工作面（包括圍巖及鄰近層）的瓦斯涌出、掘進工作面的瓦斯涌出和采空區(qū)（包括圍巖和鄰近層）的瓦斯涌出。各瓦斯源涌出的瓦斯占礦井瓦斯的涌出比例與礦井的開采深度和礦井的生產接續(xù)布局、采掘強度等有關。經對礦井各部分進行瓦斯涌出量預測，可以得出各涌出源所占該礦井瓦斯涌出量的百分比。在現(xiàn)有的通風條件下掘進面瓦斯經常超限，所以掘進工作面的瓦斯治理非常必要。在整個礦井瓦斯治理工作中，回采工作面和采空區(qū)瓦斯治理占重要地位。2.3抽放瓦斯的必要性根據國家煤礦安全監(jiān)察局部頒布的煤礦安全規(guī)程和煤礦瓦斯抽采達標暫行

6、規(guī)定，有下列情況之一者，礦井必須建立地面永久抽放瓦斯系統(tǒng)或井下臨時抽放瓦斯系統(tǒng)。2.4煤礦瓦斯基本分類及利用方法煤礦瓦斯按體積分數(shù)分3類（參照勝動集團分類方法）：第一類是質量濃度大于30%的高濃度瓦斯；第二類是質量濃度在9%30%的低濃度瓦斯；第三類是質量濃度在9%以下的低（超）濃度瓦斯（含煤礦通風乏風）。其瓦斯利用技術大致如下：第一類：質量濃度大于30%的高濃度瓦斯，采用高濃度瓦斯直接燃燒供發(fā)電機組發(fā)電；第二類：質量濃度在9%30%的低濃度瓦斯，采用低濃度瓦斯內燃機組進行發(fā)電利用；第三類：質量濃度在9%以下的低濃度（超）瓦斯（含煤礦通風乏風），甲烷質量分數(shù)為0.25%5%，采用煤礦乏風氧化裝

7、置直接或經過摻混、稀釋后利用；超低濃度瓦斯（甲烷體積分數(shù)6%9%）也可采用柴油引燃技術發(fā)電利用。2.5乏風利用不高的原因分析煤炭開采中，瓦斯排出量的70%是通過乏風（風排瓦斯）排出的。由于煤礦乏風的甲烷含量極低，若進行提濃或提純，不論是變壓吸附，還是變溫吸附分離，面對含量巨大的空氣和稀少的甲烷，必須提供相對于甲烷產量更多的加壓能耗或加溫能耗。所耗的能量，遠超過所獲取甲烷的能量。因而無論從能源利用的角度，還是從經濟利益的考量，都是行不通的。此外，由于乏風中的甲烷含量遠遠超出了甲烷的空燃比范圍，用直接燃燒的辦法處理技術上也是行不通的。兩種傳統(tǒng)辦法均不能解決乏風的有效利用問題?；诖耍壳岸鄶?shù)煤礦仍

8、選擇直接排放，造成了巨大的能源浪費和環(huán)境污染。3.煤礦瓦斯綜合利用技術的研究與成果我國一直致力于煤礦瓦斯全方位利用的研究，最終目標是實現(xiàn)瓦斯“零”排放。為此我國企業(yè)投入了大量的人力、物力，并始終堅持自主研發(fā)，走自主知識產權之路。目前已在這一領域取得了突破性進展，獲得了2項重要的國家發(fā)明專利、多項實用新型專利，將知識產權把握在自己手中。根據ch4濃度的不同，研究的瓦斯利用方式也有所不同，具體包括以下幾種：ch4濃度在60%以上的特高濃度瓦斯，進行ch4提純利用；ch4濃度在30%60%之間的高濃度瓦斯，采用高濃度瓦斯發(fā)電機組發(fā)電；ch4濃度在8%30%之間的低濃度瓦斯，通過發(fā)明“煤礦低濃度瓦斯安全輸送及發(fā)電技術”，實現(xiàn)了低濃度瓦斯發(fā)電的目的；ch4濃度在4%8%之間的特低濃度的瓦斯，采用燃油引燃式瓦斯發(fā)電機組發(fā)電；抽排瓦斯ch4濃度在4%以下的，與煤礦乏風混合后，氧化處理，先發(fā)電后制冷、制熱，進行熱量階梯利用。4.小結我國企業(yè)煤礦瓦斯綜合利用技術已經將可利用瓦斯擴大到各個濃度范圍，除乏風氧化技術還在工業(yè)現(xiàn)場試驗外，其余部分都已經找到了合理科學的利用方式，并已經產生了良好的市場反響和社會效益。而由此帶動的巨大環(huán)保、經濟、社會效益潛力也初步顯現(xiàn)。目前依然需要在煤礦瓦斯綜合利用的深度（提高熱效率）和廣度（各個ch4濃度范圍）方面，做更多、更細的工作，邁向更高的層次