煤礦瓦斯發(fā)電的應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究

車(chē)文平+胡迎江

摘 要：煤礦瓦斯發(fā)電，既可以有效地解決煤礦瓦斯事故、改善煤礦安全生產(chǎn)，又有利于增加潔凈能源供應(yīng)、減少溫室氣體排放，達(dá)到保護(hù)生命、保護(hù)資源、保護(hù)環(huán)境的多重目標(biāo)。本文對(duì)煤礦瓦斯發(fā)電的應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行了相關(guān)研究。

關(guān)鍵詞：煤礦瓦斯發(fā)電；產(chǎn)業(yè)發(fā)展

1.煤礦瓦斯發(fā)電技術(shù)應(yīng)用研究

目前利用煤礦瓦斯發(fā)電的主要方式有：燃?xì)忮仩t汽輪機(jī)發(fā)電、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電等。由于煤礦瓦斯氣體濃度相對(duì)不高，發(fā)熱量較低，燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)忮仩t帶汽輪機(jī)發(fā)電方式系統(tǒng)復(fù)雜、占地面積大、發(fā)電效率低，不宜采用；另外燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)進(jìn)氣質(zhì)量、壓力要求高（0.9MPa），壓縮溫升使瓦斯?jié)舛纫子谶_(dá)到爆炸極限。內(nèi)燃式瓦斯發(fā)電機(jī)組具有建站周期短，基建、運(yùn)行費(fèi)用低，機(jī)組配置靈活等特點(diǎn)，可單臺(tái)或多臺(tái)并網(wǎng)發(fā)電。它相對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電及燃?xì)忮仩t—汽輪機(jī)發(fā)電來(lái)說(shuō)，具有效率高（國(guó)產(chǎn)機(jī)組發(fā)電效率為33%左右，進(jìn)口機(jī)組發(fā)電效率可達(dá)40%-43%）、燃料氣人口壓力低（通常為1～15kPa之間）、單機(jī)發(fā)電容量?。ㄒ话阍?00-2000kW）等特點(diǎn)。適用瓦斯?jié)舛确秶鸀?%～50%、溫度范圍為5-50℃。

1.1內(nèi)燃機(jī)瓦斯發(fā)電技術(shù)

內(nèi)燃式瓦斯發(fā)電機(jī)組不僅可以燃用高濃度瓦斯，還可以燃用低濃度瓦斯。它通過(guò)機(jī)組燃?xì)忾]環(huán)控制系統(tǒng)，將瓦斯與空氣中的氧自動(dòng)混合，根據(jù)燃燒室容積及壓縮比，對(duì)空燃比進(jìn)行精確控制，保證稀薄燃燒及高效發(fā)電做功。自動(dòng)檢測(cè)燃?xì)膺M(jìn)氣溫度、燃?xì)膺M(jìn)氣壓力、燃?xì)忾y后絕對(duì)壓力、溫度、功率、轉(zhuǎn)速、均值排溫等參數(shù)，自動(dòng)調(diào)整機(jī)組運(yùn)行工況，適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)瓦斯?jié)舛燃皦毫Σ▌?dòng)，保證機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行，具有濃度適應(yīng)范圍廣、抗波動(dòng)能力強(qiáng)、自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)。內(nèi)燃式瓦斯發(fā)電機(jī)組采用了預(yù)燃技術(shù)和數(shù)字點(diǎn)火技術(shù)，通過(guò)這兩項(xiàng)技術(shù)，可以有效地增加點(diǎn)火能量，降低排氣溫度，提高機(jī)組效率。稀薄燃燒技術(shù)和空燃比控制技術(shù)的采用能夠保證發(fā)動(dòng)機(jī)始終以稀薄混合氣進(jìn)氣，回火不傳播。

1.2高濃度瓦斯輸送技術(shù)

高濃度瓦斯從抽放站引出經(jīng)過(guò)水封阻火器、氣水分離器及干式阻火器至集裝箱式氣體預(yù)處理裝置處理后送至發(fā)電機(jī)組發(fā)電，當(dāng)瓦斯過(guò)剩或機(jī)組故障檢修時(shí)，瓦斯通過(guò)火炬燃燒后排空。下面重點(diǎn)介紹集裝箱式瓦斯預(yù)處理工藝和火炬。

1.2.1集裝箱式瓦斯預(yù)處理工藝

氣體預(yù)處理過(guò)程是自動(dòng)控制的。它將瓦斯進(jìn)行脫水、除塵、冷卻、加壓，并對(duì)瓦斯流量、濃度、壓力、溫度、濕度等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)凝結(jié)水水位自動(dòng)排水和報(bào)警。

1.2.2火炬

瓦斯?jié)舛仍?0%以上的高濃度瓦斯發(fā)電工程，當(dāng)瓦斯發(fā)電機(jī)組不能消耗所有的瓦斯氣時(shí)或發(fā)電機(jī)組故障、正常檢修期間，高濃度瓦斯需放空時(shí)，自動(dòng)點(diǎn)燃火炬燃燒后再排放大氣。當(dāng)瓦斯?jié)舛炔▌?dòng)變化，濃度低于30%時(shí)，火炬停止工作，瓦斯直接排空。火炬形式為落地封閉式火炬，流量調(diào)節(jié)范圍根據(jù)總的瓦斯流量及機(jī)組的配置情況來(lái)確定。

2.煤礦瓦斯發(fā)電存在問(wèn)題

2.1項(xiàng)目前期辦理手續(xù)多、時(shí)間長(zhǎng)

煤礦在前期設(shè)計(jì)、規(guī)劃的過(guò)程中通常未考慮配套瓦斯利用項(xiàng)目的實(shí)施，建設(shè)瓦斯發(fā)電項(xiàng)目，需要單獨(dú)辦理立項(xiàng)審批手續(xù)，具體程序包括：先到發(fā)改委取得路條，編制可行性研究報(bào)告和項(xiàng)目申請(qǐng)報(bào)告，開(kāi)展項(xiàng)目環(huán)評(píng)、安評(píng)、節(jié)能評(píng)估和接入系統(tǒng)報(bào)批工作，辦理征地手續(xù)，取得相關(guān)專(zhuān)篇批復(fù)文件后，將項(xiàng)目申請(qǐng)報(bào)告和批復(fù)文件報(bào)送發(fā)改委，組織專(zhuān)家評(píng)審，取得核準(zhǔn)文件。取得核準(zhǔn)文件后才能辦理設(shè)備招標(biāo)和開(kāi)工手續(xù)。因手續(xù)辦理時(shí)間較長(zhǎng)，通常在半年以上，影響項(xiàng)目進(jìn)度，造成很多瓦斯發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)周期長(zhǎng)，不能早投產(chǎn)早收益。

2.2“自發(fā)自用、富余上網(wǎng)”政策未得到很好落實(shí)

國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于加快煤層氣（煤礦瓦斯）抽采利用的若干意見(jiàn)國(guó)辦發(fā)〔2006〕47號(hào)中指出：“煤礦企業(yè)利用煤層氣發(fā)電，可自發(fā)自用；多余電量需要上網(wǎng)的，由電網(wǎng)企業(yè)優(yōu)先安排上網(wǎng)銷(xiāo)售，不參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)”；山西省物價(jià)局文件晉價(jià)商字[2011]13號(hào)中也規(guī)定：“瓦斯電廠在本礦區(qū)自用電量原則上不低于發(fā)電量的20%”。而在實(shí)際操作中，瓦斯電廠自發(fā)自用的基本沒(méi)有，除了電廠廠用電外，所發(fā)電量全部并入國(guó)家電網(wǎng)，由電力公司統(tǒng)一調(diào)度管理，煤礦用電再?gòu)碾娋W(wǎng)中購(gòu)買(mǎi)。瓦斯電站一般位于礦區(qū)內(nèi)，距礦井變電所距離較近，通常在3km以?xún)?nèi)，而距國(guó)家電網(wǎng)變電站較遠(yuǎn)，一般在5～20km。造成了瓦斯電站接入系統(tǒng)架空線(xiàn)路長(zhǎng)，投資高、線(xiàn)損大、施工周期長(zhǎng)、線(xiàn)路維護(hù)費(fèi)用高等問(wèn)題。

3.瓦斯發(fā)電面臨的形勢(shì)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議

建設(shè)一個(gè)瓦斯發(fā)電項(xiàng)目，除了帶動(dòng)運(yùn)輸、鋼鐵、水泥、電力等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展外，還能推動(dòng)本行業(yè)的相關(guān)技術(shù)、科研等產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展，如瓦斯輸送設(shè)備及管道、監(jiān)測(cè)監(jiān)控設(shè)備、瓦斯發(fā)電設(shè)備等產(chǎn)業(yè)。同時(shí)，中國(guó)油氣資源短缺，但瓦斯資源豐富，是目前最現(xiàn)實(shí)的天然氣接替資源。中國(guó)又是產(chǎn)煤大國(guó)，高瓦斯和瓦斯突出礦井占一半以上，每年由于瓦斯事故給國(guó)家財(cái)產(chǎn)和人民生命造成巨大損失。由于采煤每年向大氣排放的瓦斯高達(dá)300億，對(duì)我國(guó)大氣環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。因此，資源發(fā)展、煤礦安全生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)的多重需求為發(fā)展瓦斯產(chǎn)業(yè)提供了依據(jù)和良好的機(jī)遇。發(fā)展煤礦瓦斯發(fā)電，不僅有經(jīng)濟(jì)效益，而且還有安全效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益，是一舉多得的舉措。隨著國(guó)家和社會(huì)各界重視程度的增加，法律政策制度的不斷健全，資金投入的不斷加大，瓦斯基礎(chǔ)研究的突破，特別是受當(dāng)前日益嚴(yán)峻的環(huán)保問(wèn)題和煤炭效益下滑的雙重影響，以及瓦斯抽采全覆蓋工程的實(shí)施，在政府加大瓦斯利用力度的政策支持下，我省瓦斯發(fā)電將迎來(lái)一個(gè)快速發(fā)展的新階段，給煤礦帶來(lái)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)

針對(duì)上述瓦斯發(fā)電存在的問(wèn)題及面臨的形勢(shì)，建議按照國(guó)家相關(guān)規(guī)定，盡快研究確定山西省瓦斯發(fā)電項(xiàng)目的審批簡(jiǎn)化程序，并確定瓦斯發(fā)電審批下放或備案的項(xiàng)目，方便企業(yè)辦理瓦斯發(fā)電項(xiàng)目有關(guān)手續(xù)。同時(shí)，要切實(shí)保障用地，屬于臨時(shí)用地的，由縣級(jí)國(guó)土部門(mén)辦理用地手續(xù)；需辦理建設(shè)用地征收手續(xù)的，要簡(jiǎn)化手續(xù)，提高效率，加快報(bào)批。另外，鼓勵(lì)和支持低濃度瓦斯發(fā)電及上網(wǎng)，煤炭企業(yè)利用瓦斯發(fā)電優(yōu)先自發(fā)自用，富余電量需要上網(wǎng)的，由電網(wǎng)企業(yè)優(yōu)先收購(gòu)，瓦斯電廠不參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，不承擔(dān)電網(wǎng)調(diào)峰任務(wù)，從而推進(jìn)瓦斯發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

4.小結(jié)

利用瓦斯發(fā)電解決了煤礦抽放瓦斯的排放問(wèn)題，進(jìn)而促進(jìn)瓦斯的抽采，從根源上防止瓦斯事故，保障井下生產(chǎn)安全，可謂一舉多得。在當(dāng)前國(guó)際國(guó)內(nèi)應(yīng)對(duì)氣候變化和節(jié)能減排政策的推動(dòng)下，瓦斯發(fā)電將迎來(lái)快速發(fā)展時(shí)期，瓦斯發(fā)電行業(yè)前景廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1]齊芳平.淮南礦區(qū)煤礦瓦斯發(fā)電項(xiàng)目研究[J].中國(guó)煤層氣，2008，5（2）：43～46.

[2]王勇.煤礦瓦斯發(fā)電及熱電冷聯(lián)供技術(shù)研究[J].工況自動(dòng)化，2006，（5）：8～11.

[3]張國(guó)昌.煤礦瓦斯發(fā)電技術(shù)綜述[J].車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)，2008，178（5）：9～14.

[4]高炯.煤礦瓦斯發(fā)電技術(shù)[J].中國(guó)煤層氣，2006，3（1）：44～46.

[5]彭成.我國(guó)煤礦瓦斯抽采與利用的現(xiàn)狀及問(wèn)題[J].中國(guó)煤炭，2007，33（2）：60～62，77.

作者簡(jiǎn)介：

車(chē)文平（1986-），男，漢族，山西省柳林縣人，助理工程師職稱(chēng)；論文：瓦斯利用（發(fā)電鍋爐）方面。endprint