淺析煤層氣發電技術及其優缺點

靳 海

（1.太原理工大學電氣與動力工程學院 山西 太原 020024；2.晉城無煙煤礦業集團有限責任公司，山西 晉城 048000）

應用煤層氣發電，已成為當前的一大技術趨勢，在煤礦中煤層氣也被稱為煤礦瓦斯， 由于煤層氣中的主要成分為甲烷，而甲烷在空氣濃度達到5%～16%時，遇火會爆炸，不僅會導致煤礦瓦斯事故的發生，也會影響煤礦經營安全。以下就來分析煤層氣發電技術的優缺點，以及在實際應用中的具體措施。

1 煤層氣介紹

煤層氣是煤礦生產中的三大災害之一，是一種溫室氣體，也是一種清潔的能源，通過對煤層氣回收利用，可緩解社會能源緊缺現象，也可以實現節能減排。煤層氣是吸附在煤層、煤伴生的非常規天然氣，煤層氣常溫下的熱值為34—37MJ/Nm3（折純），燃燒時產生微量煙塵與氮氧化物氣體，不會對環境造成酸雨危害，是一次氣體燃料。同樣，在我國可開采的煤層氣資源豐富，煤層氣資源分布廣泛，煤層氣發電，不僅可以取得一定的經濟效益，也可以優化環境，降低煤礦生產安全事故的發生幾率。

2 煤層氣發電技術的優點

在實際應用中，若是煤礦的煤層氣不加以利用，而是將煤層氣直接排放到大氣中，不僅會加劇周圍的溫室效應，還會污染環境；應用煤層氣發電，不僅可以有效地解決煤礦瓦斯事故，還可以改善煤礦的安全生產條件，為社會生產增加潔凈能源的供應，有助于減少對周圍溫室氣體排放，能夠有效達到保護生命安全、資源完整、環境安全的三重目標。利用煤層氣發電，可以有效實現節能減排發展低碳經濟。煤層氣發電技術的成熟，不僅可以擴展煤層氣發電行業的前景，也可以避免煤層氣直接排入大氣造成溫效應。

3 煤層氣發電技術的缺點

在實際的煤層氣發電技術中，由于煤層氣不像煤炭可以進行大量儲存，導致煤層氣發電企業資源供應不穩定性；還有就是煤層氣抽采過程中，煤層氣的流量與濃度也會不斷發生變化，從而引起供給燃氣發電機組產生煤層氣壓力波動，形成燃機連鎖跳機現象。再有就是煤層氣的回收具有危險性，煤層氣是易燃易爆物質，濃度過高會使人窒息，遇火即爆炸，特別是在煤層氣抽采過程中，若是混入空氣，就及其容易達到爆炸極限，給煤層氣的安全運輸帶來一定困難。

4 應用煤層氣發電技術的措施

針對以上煤層氣發電技術的優缺點，以下就將根據山西某煤層氣發電項目進行研究，以探討改善煤層氣發電技術的措施，以求攻克煤層氣發電技術中的缺點，提升煤層氣發電技術的經濟、社會效益。

4.1 項目概況

山西煤層氣電廠中，裝機容量為8×4MW，燃氣內燃發電機組配4×4.38t/h，具備35MW的發電能力；通過水環式真空泵抽采煤層氣，并將其輸入1.5萬立方米儲氣柜內，然后通過煤層氣管道，使煤層氣進入預處理系統，之后就可以進行發電。

4.2 優選發電機組

本工程中，主要選用低氮燃燒技術的德國道依茨燃氣發電機組，應用稀薄燃燒技術以及精確的空氣/燃氣比控制技術等，確保NOx排放值小于500 mg/Nm3，控制NOx的生成。實際中煤層氣電廠可消耗5400萬M3（折純）的煤層氣，從而有效避免直接排空煤層氣造成的環境污染問題。由于煤層氣是一種有害氣體，為避免電廠因煤礦資源枯竭而結束，綜合考慮所選煤礦開采年限問題，因此應該選擇合理的燃氣發電機組，分析所選煤礦的煤層氣品質，以便可以延長電廠運營時間。采取TCG2032V16燃氣內燃發電機組，應用余熱鍋爐汽水系統，將冷凝水先送至鍋爐，并在余熱鍋爐尾部進行煙氣換熱，有效提高整個系統的熱效率，還可以提高進氣壓力，可以對余熱進行利用，也可以提高機組效率。

4.3 提升煤層氣供應的穩定性

煤層氣電廠中，應用煤層氣發電技術，在煤層氣抽放站和燃機之間，建設煤層氣儲氣柜，有效緩解煤層氣濃度、流量變化，避免機組跳機的發生；同時還需要在管路上增加穩壓設備，以便有效解決壓力波動問題；同時，做好預處理系統的過濾工作，避免爆缸、無法運行等嚴重的問題。

4.4 做好煤層氣的儲存及預處理工作

當煤層氣從礦井抽上后，將煤層氣輸送到煤層氣儲氣柜內，當煤層氣在管道輸送中，應該設計具有可靠密封性的煤層氣管道，并對管道所有焊縫進行X射線檢查，以此類嚴防煤層氣泄漏。同時，在煤層氣進入燃機前做好預處理，對煤層氣進行干燥、脫水、除塵、加壓輸送的工作，利用初級過濾器、冷干除濕設備、羅茨鼓風機以及精密過濾器等設備，對煤層氣做預處理。并在煤層氣管道經過的室內均勻布置CH4檢測儀與報警裝置，并能夠通風裝置，在預處理進口管道上加盲板閥與速關閥，確保煤層氣發電技術的順利實施。

4.5 經濟效益分析

應用煤層氣發電技術后，煤層氣發電的電價為每千瓦時0.509元，每年煤層氣發電收入約達到1.248億元人民幣，且每年還減少87.1萬噸的CO2排放量，煤層氣發電技術的實現，有效達到經濟、社會和生態的共贏。

結論

綜上所述，將煤層氣回收利用，實施煤層氣發電，不僅是達到煤炭企業安全生產、節能減排的重要舉措，同時做好煤層氣的發電利用，也能夠為煤礦的安全生產保駕護航，實現變廢為寶、節能減排的功能，提升煤層氣發電的經濟、社會效益。

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