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摘要：煤矿瓦斯作为一种清洁能源，合理开发利用既可以为煤矿企业创造良好的经济效益，又可以减少温室效应，降低环境污染。煤矿瓦斯利用，可以变害为宝，改善能源结构，实现煤矿瓦斯资源可持续利用的环境和谐型经济模式。结合我区煤矿瓦斯利用的实际情况，本文对煤矿瓦斯发电技术进行了探讨。
关键词：煤矿 瓦斯发电 技术
中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）26-547-01
一、前言
煤层气在煤矿俗称为瓦斯，它是成煤过程中经过生物化学热解作用以吸附或游离状态赋存于煤层及固岩的自储式天然气体。煤矿瓦斯是在煤炭开采过程中自动散发出来的一种有害气体，无色、无味、易燃、易爆。煤矿瓦斯作为煤炭开采的伴生资源，其易燃易爆性严重影响煤矿的安全生产。煤矿瓦斯含有大量的甲烷，属温室气体。煤矿抽采的大量瓦斯直接排入大气，将对地球产生温室效应，对环境造成严重污染。
煤矿瓦斯是一种高效的清洁能源，对空直接排放是一种巨大的能源浪费，因此必须对煤矿瓦斯进行科学的治理和有效的综合利用。利用煤矿瓦斯进行发电，并利用发电余热进行供热或制冷，是煤矿瓦斯综合利用的较理想的途径。
二、瓦斯发电技术
瓦斯发电是以煤层气（瓦斯）为能源、将瓦斯中蕴含的热能转化为电能的能量转换过程。目前实用的瓦斯发电方式主要有：
1、燃气发动机：热效率高，国产机组发电效率为33%左右，进口机组发电效率可达40%～43%；燃料气的入口压力低，通常为6kPa～35kPa之间；单机发电容量较小，一般在500kW～3000kW。
2、燃气轮机：成本低，功率大，重量轻是燃气轮机的显著优点。但燃气轮机必须使用高压燃气，一般需要将燃气加压到1.8MPa以上，且要求甲烷浓度在50%以上。单机发电容量4MW～220MW。工作效率介于30%～36%之间。
将燃气轮机排放的高温气体送到余热锅炉生产蒸汽驱动汽轮发电机组，构成联合循环系统，是瓦斯能源转换效率较高的一种方式，可获得约45%以上的热效率。
3、汽轮发电机：以瓦斯为燃料通过锅炉产生蒸汽推动汽轮机和发电机发电，机组热效率较低，一般介于25%～30%；需要的辅助设备较多，占地多，施工量大，建设周期长。汽轮发电设备的运行十分可靠，服务年限长，锅炉对瓦斯气的质量要求不高，有利于提高瓦斯的利用率。
根据目前多数煤矿的瓦斯气量、瓦斯浓度、抽采系统供气压力等条件，燃气发动机是最适合煤矿瓦斯发电的技术成熟的机组。
三、瓦斯发电需要解决的技术问题
在进行瓦斯发电综合利用时，需要特别注意解决以下技术问题：
1、气源分析与处理
煤矿瓦斯气源的质量决定瓦斯发电的成败。在确定瓦斯发电机组和装机容量前，要对瓦斯气源进行事实求是的分析，明确可供发电的瓦斯的浓度、气量及波动性，为瓦斯机组的选型和容量确定提供可靠的科学依据。
对于浓度低于30%的低浓度瓦斯，用于瓦斯发电时必须按低浓度瓦斯利用的相关标准，对瓦斯输送等采取安全措施。
瓦斯气源的组分、压力、湿度、温度及含尘量对瓦斯发动机的运行有很大影响，国外进口机组对这些参数要求严格，需要设气体预处理装置，保证进入发动机的瓦斯气体质量满足发动机的要求；国产机组对进气质量没有严格的要求，但发动机的使用寿命要短得多。
为保证瓦斯发电机组连续稳定供气，一般在瓦斯发电站前设具有一定储量的储气罐，并根据进气的瓦斯浓度对储气罐进气进行自动控制和保护。浓度低于30%的瓦斯严禁进罐。
2、机组选型
根据可用的瓦斯量、瓦斯浓度、工程投资及效益等，合理选用瓦斯发电机组。
对于高浓度瓦斯机组，可供选择的机组有国产机组和进口机组。目前国产瓦斯发电机组比较成熟的是单机容量500kW、600kW机组。目前进口瓦斯发电机组生产商主要有德国的MWM公司、奥地利的GE颜巴赫公司和美国的卡特比勒公司。
据统计，1m3纯瓦斯发电国产机组约3.0kWh、进口机组可达3.8kWh以上。从运行情况来看，进口机组单位投资接近国产机组的2倍，但进口机组具有年运行时间长，发电效率高、运行油耗低等优点。
对于低浓度瓦斯机组，可供选择的机组只有国产机组（胜动、济柴等）。
例如新疆大黄山煤矿一号矿井抽放瓦斯浓度的波动范围在8%～28%之间，正常情况下瓦斯浓度在17%～18%左右。根据其瓦斯抽放量及浓度资料，设计选用8台500kW低浓度瓦斯发电机组，该矿井瓦斯电站于2008年11月26日建成投入运行，该电站是新疆境内建成的第一座瓦斯电站，该机组投入运行几年来运行状况良好。该瓦斯电站机组选型的成功范例，为其所在矿区相邻煤矿建设瓦斯发电站起到了借鉴作用。
3、设备结构及布置
根据瓦斯气源的稳定性、电站建设条件及服务年限，目前机组设备结构及布置有室内固定式、室外移动集装箱式两种形式。
对于气源稳定可靠、服务年限长的发电站，采用室内固定式安装，在设计时要充分考虑发电机房的通风散热、防爆泄爆和噪声治理问题。
对于气源波动大、服务年限短的发电站，采用集装箱式结构，特点是系统简单，安装快捷，在气源不足时可根据需要方便移动。
4、余热利用
瓦斯發电的燃料热值利用率约40%左右，还有大量的能量被瓦斯发电机尾部排出的高温烟气和发电机缸套水带走，若直接排放，将造成巨大的能源浪费和二次热污染。在瓦斯发电的同时应根据工程地点附近的冷、热负荷需求情况，进行配套余热利用，以提高瓦斯综合利用效率。
5、瓦斯电站的安全
由于瓦斯极易燃烧和爆炸，瓦斯发电站设计应满足《煤矿瓦斯往复式内燃机发电站安全要求》（AQ1077-2009）规定。根据防爆场所等级要求进行防火、防爆设计，选择相应的防爆电器设备；对易产生瓦斯泄漏的场所设置瓦斯气体浓度检测报警装置，进行瓦斯泄漏报警和相应的联锁控制。要充分考虑站房的通风、泄压、耐火等级、防火间距、安全出口等，按规范要求进行站区总平面布置和消防系统设计，配置消防设施；作好站内防雷接地，对瓦斯发电机组、瓦斯管道设置防静电接地装置。各级用气设备之间设置防回火装置，站内瓦斯气体管道要按《城镇燃气设计规范》要求设计，放散管要有足够的高度和安全放散距离，并设安全保护装置。
四、结束语
瓦斯对煤矿安全生产构成重大威胁，煤矿瓦斯作为一种曾被浪费掉的清洁能源，充分利用好它，既可减轻煤矿安全生产的压力，实现废物综合利用，又能为企业创造良好的经济效益，还可以实现甲烷的“零排放”，降低对环境的污染。煤矿瓦斯发电符合国家能源利用政策，是一项利国利民的好事，具有安全、环保、节能、创效等优势，对改变我国能源结构、减少环境污染起到积极作用。
参考文献：
[1] 马晓钟.煤矿瓦斯综合利用技术的探索与实践[J].中国煤层气，2007，4（3）：28-31
[2] 张国昌.煤矿瓦斯发电技术综述[J].车用发动机，2008（5）：9-15
作者简介：刘术玲，女，大学本科，新疆乌鲁木齐市，高级工程师，现任职于新疆煤炭设计研究院有限责任公司，主要从事煤炭工程设计和煤层气利用研究工作。
关键词：煤矿 瓦斯发电 技术
中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）26-547-01
一、前言
煤层气在煤矿俗称为瓦斯，它是成煤过程中经过生物化学热解作用以吸附或游离状态赋存于煤层及固岩的自储式天然气体。煤矿瓦斯是在煤炭开采过程中自动散发出来的一种有害气体，无色、无味、易燃、易爆。煤矿瓦斯作为煤炭开采的伴生资源，其易燃易爆性严重影响煤矿的安全生产。煤矿瓦斯含有大量的甲烷，属温室气体。煤矿抽采的大量瓦斯直接排入大气，将对地球产生温室效应，对环境造成严重污染。
煤矿瓦斯是一种高效的清洁能源，对空直接排放是一种巨大的能源浪费，因此必须对煤矿瓦斯进行科学的治理和有效的综合利用。利用煤矿瓦斯进行发电，并利用发电余热进行供热或制冷，是煤矿瓦斯综合利用的较理想的途径。
二、瓦斯发电技术
瓦斯发电是以煤层气（瓦斯）为能源、将瓦斯中蕴含的热能转化为电能的能量转换过程。目前实用的瓦斯发电方式主要有：
1、燃气发动机：热效率高，国产机组发电效率为33%左右，进口机组发电效率可达40%～43%；燃料气的入口压力低，通常为6kPa～35kPa之间；单机发电容量较小，一般在500kW～3000kW。
2、燃气轮机：成本低，功率大，重量轻是燃气轮机的显著优点。但燃气轮机必须使用高压燃气，一般需要将燃气加压到1.8MPa以上，且要求甲烷浓度在50%以上。单机发电容量4MW～220MW。工作效率介于30%～36%之间。
将燃气轮机排放的高温气体送到余热锅炉生产蒸汽驱动汽轮发电机组，构成联合循环系统，是瓦斯能源转换效率较高的一种方式，可获得约45%以上的热效率。
3、汽轮发电机：以瓦斯为燃料通过锅炉产生蒸汽推动汽轮机和发电机发电，机组热效率较低，一般介于25%～30%；需要的辅助设备较多，占地多，施工量大，建设周期长。汽轮发电设备的运行十分可靠，服务年限长，锅炉对瓦斯气的质量要求不高，有利于提高瓦斯的利用率。
根据目前多数煤矿的瓦斯气量、瓦斯浓度、抽采系统供气压力等条件，燃气发动机是最适合煤矿瓦斯发电的技术成熟的机组。
三、瓦斯发电需要解决的技术问题
在进行瓦斯发电综合利用时，需要特别注意解决以下技术问题：
1、气源分析与处理
煤矿瓦斯气源的质量决定瓦斯发电的成败。在确定瓦斯发电机组和装机容量前，要对瓦斯气源进行事实求是的分析，明确可供发电的瓦斯的浓度、气量及波动性，为瓦斯机组的选型和容量确定提供可靠的科学依据。
对于浓度低于30%的低浓度瓦斯，用于瓦斯发电时必须按低浓度瓦斯利用的相关标准，对瓦斯输送等采取安全措施。
瓦斯气源的组分、压力、湿度、温度及含尘量对瓦斯发动机的运行有很大影响，国外进口机组对这些参数要求严格，需要设气体预处理装置，保证进入发动机的瓦斯气体质量满足发动机的要求；国产机组对进气质量没有严格的要求，但发动机的使用寿命要短得多。
为保证瓦斯发电机组连续稳定供气，一般在瓦斯发电站前设具有一定储量的储气罐，并根据进气的瓦斯浓度对储气罐进气进行自动控制和保护。浓度低于30%的瓦斯严禁进罐。
2、机组选型
根据可用的瓦斯量、瓦斯浓度、工程投资及效益等，合理选用瓦斯发电机组。
对于高浓度瓦斯机组，可供选择的机组有国产机组和进口机组。目前国产瓦斯发电机组比较成熟的是单机容量500kW、600kW机组。目前进口瓦斯发电机组生产商主要有德国的MWM公司、奥地利的GE颜巴赫公司和美国的卡特比勒公司。
据统计，1m3纯瓦斯发电国产机组约3.0kWh、进口机组可达3.8kWh以上。从运行情况来看，进口机组单位投资接近国产机组的2倍，但进口机组具有年运行时间长，发电效率高、运行油耗低等优点。
对于低浓度瓦斯机组，可供选择的机组只有国产机组（胜动、济柴等）。
例如新疆大黄山煤矿一号矿井抽放瓦斯浓度的波动范围在8%～28%之间，正常情况下瓦斯浓度在17%～18%左右。根据其瓦斯抽放量及浓度资料，设计选用8台500kW低浓度瓦斯发电机组，该矿井瓦斯电站于2008年11月26日建成投入运行，该电站是新疆境内建成的第一座瓦斯电站，该机组投入运行几年来运行状况良好。该瓦斯电站机组选型的成功范例，为其所在矿区相邻煤矿建设瓦斯发电站起到了借鉴作用。
3、设备结构及布置
根据瓦斯气源的稳定性、电站建设条件及服务年限，目前机组设备结构及布置有室内固定式、室外移动集装箱式两种形式。
对于气源稳定可靠、服务年限长的发电站，采用室内固定式安装，在设计时要充分考虑发电机房的通风散热、防爆泄爆和噪声治理问题。
对于气源波动大、服务年限短的发电站，采用集装箱式结构，特点是系统简单，安装快捷，在气源不足时可根据需要方便移动。
4、余热利用
瓦斯發电的燃料热值利用率约40%左右，还有大量的能量被瓦斯发电机尾部排出的高温烟气和发电机缸套水带走，若直接排放，将造成巨大的能源浪费和二次热污染。在瓦斯发电的同时应根据工程地点附近的冷、热负荷需求情况，进行配套余热利用，以提高瓦斯综合利用效率。
5、瓦斯电站的安全
由于瓦斯极易燃烧和爆炸，瓦斯发电站设计应满足《煤矿瓦斯往复式内燃机发电站安全要求》（AQ1077-2009）规定。根据防爆场所等级要求进行防火、防爆设计，选择相应的防爆电器设备；对易产生瓦斯泄漏的场所设置瓦斯气体浓度检测报警装置，进行瓦斯泄漏报警和相应的联锁控制。要充分考虑站房的通风、泄压、耐火等级、防火间距、安全出口等，按规范要求进行站区总平面布置和消防系统设计，配置消防设施；作好站内防雷接地，对瓦斯发电机组、瓦斯管道设置防静电接地装置。各级用气设备之间设置防回火装置，站内瓦斯气体管道要按《城镇燃气设计规范》要求设计，放散管要有足够的高度和安全放散距离，并设安全保护装置。
四、结束语
瓦斯对煤矿安全生产构成重大威胁，煤矿瓦斯作为一种曾被浪费掉的清洁能源，充分利用好它，既可减轻煤矿安全生产的压力，实现废物综合利用，又能为企业创造良好的经济效益，还可以实现甲烷的“零排放”，降低对环境的污染。煤矿瓦斯发电符合国家能源利用政策，是一项利国利民的好事，具有安全、环保、节能、创效等优势，对改变我国能源结构、减少环境污染起到积极作用。
参考文献：
[1] 马晓钟.煤矿瓦斯综合利用技术的探索与实践[J].中国煤层气，2007，4（3）：28-31
[2] 张国昌.煤矿瓦斯发电技术综述[J].车用发动机，2008（5）：9-15
作者简介：刘术玲，女，大学本科，新疆乌鲁木齐市，高级工程师，现任职于新疆煤炭设计研究院有限责任公司，主要从事煤炭工程设计和煤层气利用研究工作。