【摘要】瓦斯是煤矿开采的衍生品，不利于煤矿的安全开采。瓦斯排放会产生温室效应，污染环境。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。文章针对不同浓度范围瓦斯的特点，阐述了高浓度和低浓度两种瓦斯输送、处理工艺及内燃机发电、余热利用技术，并论述了瓦斯发电项目设计要点。

【关键词】煤矿瓦斯；发电技术；内燃机；余热利用；节能减排

煤矿瓦斯是指储集在煤层中的一种非常规天然气（主要成分为甲烷），在煤矿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。当空气中甲烷的体积分数达到5%一16%时，遇明火就会发生爆炸。瓦斯是煤矿安全的“杀手”，但同时也是一种洁净能源，有较高的利用价值，被称为“第二煤炭资源”。

1 煤矿瓦斯发电技术研究

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一汽轮机发电来说，具有效率高、燃料气人口压力低、单机发电容量小等特点。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、自動化程度高的特点。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，降低排汽温度，提高机组效率。

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。

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。火炬的处理气量和燃气发电机组的用气量动态匹配。

1.3 低浓度瓦斯输送技术

低浓度瓦斯从抽放站引出利用水位自控式水封阻火泄爆装置、丝网过滤器、瓦斯管道专用阻火器、溢流水封阻火泄爆装置、低温湿式放散阀及低浓度瓦斯与细水雾混合安全输送等技术，实现瓦斯的安全输送，确保机组正常发电。

低浓度瓦斯与细水雾混合安全输送系统主要包括细水雾发生系统、脱水系统和控制系统，系统主要由湿式阻火泄爆装置、阻火器、水雾发生器、脱水器、循环水泵、水池及管道阀门组成。

1.4 余热利用技术

瓦斯发电机组燃烧后的烟气排放温度约为500～600℃。为了节能，在每台机组排气管道上安装一台蒸汽余热锅炉，将软化水通过给水泵送人余热锅炉中回收机组的排气余热，使排烟温度降到150℃左右。生成的蒸汽汇集后送至热用户，凝结水回收至软化水箱循环使用。

软化水系统由过滤器、全自动软化水装置、管道泵、软化水箱等组成，软化水作为蒸汽余热锅炉的补水和发电机组内循环冷却水系统补水以及雾化水池的补水。

2 煤矿瓦斯发电项目设计应注意的问题

2.1 瓦斯气源的分析与处理

煤矿瓦斯分高浓度（>30%）瓦斯和低浓度（3%～30%）瓦斯，我国60%以上的瓦斯是低浓度瓦斯。在确定瓦斯发电机组装机容量前，要分析高、低浓度瓦斯气量及瓦斯浓度的波动性，为瓦斯机组的选型和容量确定提供可靠的科学依据。

为确保瓦斯发电机组气源稳定可靠，一般对于高浓度瓦斯设储气罐或缓冲罐，由于低浓度瓦斯的易爆性，为了安全起见，低浓度瓦斯不设储气罐。高浓度瓦斯可以远距离输送，低浓度瓦斯一般就近发电消化。

2.2 机组选型

国产机组主要有胜动集团、中油济柴的1100kW、1000kw、800kW和500kW系列，进口机组主要有美国卡特彼勒、德国萨尔能源公司的1800kW和2000kW系列。

从机组的综合技术性能来说，国外设备具有领先水平。从对煤矿瓦斯的适应性来说，国产设备更有优势。进口机组要求瓦斯浓度必须达到30%以上，要求进气压力20kPa以上。而国产机组能适应低浓度低压力瓦斯。

2.3 设备结构及布置

根据瓦斯气源的稳定性及电站服务年限确定机组的布置形式。对于气源稳定可靠、服务年限长的电站，采用室内固定安装机组，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，可采用集装箱式机组。

3 结语

煤矿瓦斯发电不仅节能减排，而且变废为宝、化害为利，具有可观的经济效益、社会效益和环境效益。我国煤矿瓦斯储量巨大，随着瓦斯发电技术的日趋成熟，相信利用煤矿瓦斯发电，市场前景广阔。

参考文献：

[1]齐芳平.淮南矿区煤矿瓦斯发电项目研究[J].中国煤层气，2008，5（2）：43-46