关于煤矿瓦斯发电现状与前景研究

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研究与探索Research and Exploration ·理论研究与实践
中国设备工程 2023.05 （下）
目前，煤矿瓦斯的构成通常都是甲烷，甲烷自身具有一定的特点，如本身无气味、无颜色、易燃点较高、毒性强的特点，以至一旦甲烷在空气中的比例高于5%时，极易产生爆炸，后果不堪设想，这也是开展煤矿工作最大的安全隐患。

近年来，随着时代的发展，国家要求“先抽后采”，瓦斯发电逐渐出现在大众视野中，越来越多的煤矿采用瓦斯发电。

经过瓦斯发电技术的不断成熟，在国家“碳达峰、碳中和”的双碳目标要求下，在我国经济发展中有着不小的促进作用，但与国外技术相比还有所欠缺。

本文接下来会对瓦斯发电的现状和未来发展趋势进行探讨，主要内容如下。

1 对于瓦斯发电结构的基本概述1.1 瓦斯发电应用途径 
我国各矿区煤矿瓦斯利用按浓度分3类。

（1）甲烷浓度变化30%～100%（主要是地面开采煤层气），对于这部分瓦斯的利用，大多数作用在民用、发电、工业燃料以及化工等方面。

①由于煤矿基本设立在较远的地区，而瓦斯民用项目需要规模庞大的中低压管网和入户管网，从而导致投资的成本大幅度的提高，所以，瓦斯民用项目回收投资的难度系数还是很大的。

②以瓦斯作为最主要的燃料的燃气锅炉供暖，因煤矿瓦斯的自身的条件问题，又因燃气锅炉热效率较差，同时，还受到季节性的影响，从而导致锅炉投资回收的周期长，造成经济效益差的结果。

③利用瓦斯生产化工产品，由于瓦斯量和浓度都存在不稳定性，技术上也存在一定的问题，所以经济性也不符合。

④高浓度瓦斯发电是利用目前成熟的内燃机技术，仅对内燃机的进气系统和燃料供给系统加以改造，技术成熟可靠，发电效率高。

同时，内燃机机组占地少、安装灵活、投资少、见效快等优点。

可根据各地煤矿的实际情况，装机规模可大可小，一般3～5年即可收回全部投资。

如果采取热一电联产技术，还兼具燃气锅炉优势，能源利用效率达到85%以上，是既有较高经济效益又有良好环保效益的项目，符合发展循环经济的要求，是瓦斯综合利用的理想途径。

因此，瓦斯发电成为目前煤矿高浓度瓦斯利用的一种主要方式。

（2）甲烷浓度在7%～30%（CMM），目前，主要用
关于煤矿瓦斯发电现状与前景研究
万玉亭
（贵州盘江煤层气开发利用有限责任公司，贵州 贵阳 550000）
摘要：合理地运用瓦斯发电技术，可以使能源得到充分的节约，同时，也会使污染情况大幅度地降低，还可以提高相关企业的经济效益。

本文通过对我国瓦斯发电实际的情况进行充分分析，并且简要论述了瓦斯发电技术的基本原理内容，主要探讨了瓦斯发电结构的概述、瓦
斯发电技术的主要内容、瓦斯发电的现状，未来的发展趋势，希望以上内容能为相关领域提供一定的理论依据。

关键词：瓦斯发电；现状；发展对策；理论依据
中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2023）05（下）-0240-03
于内燃机低浓度瓦斯发电。

（3）甲烷浓度＜7%，超低浓度煤矿瓦斯（甲烷浓度0.5%～6%）和“通风瓦斯（VAM，甲烷浓度0.01%～0.5%）”；目前，采用智能参混热逆流蓄热氧化方式制取高温热风、热水、蒸汽或发电。

1.2 瓦斯发电设备概述
目前，从瓦斯发电以及热电联产技术的角度来看，可以将其分为以下几类：成熟技术、包括成熟技术在内的新兴技术，成熟技术具备燃气轮机和燃气内燃机发动机，新兴技术具备微型涡轮机、燃料电池以及其它著名的动力系统等。

通常来讲，对于5MW 以上发电容量的技术来说，燃气轮机是首选技术，但是，在100～5000kW，燃气轮机的地位会受到多方面因素的影响，可采用往复式内燃机发动机技术。

在300kW 以下时，主要还是运用微型涡轮机和燃料电池等新兴技术。

2 我国瓦斯发电技术发展现状 
我国最开始应用的瓦斯发电属于高浓度瓦斯，但是，高浓度瓦斯存在一定的问题及缺陷，如瓦斯的浓度变化自适应力较弱，无法发挥其最大作用，这也是当时瓦斯发电技术并未得到普遍推广的原因。

从国外的瓦斯发电技术来说，他们主要采用的发动机燃料是沼气、天然气和煤层气，并且不断研发新型的发电机组，总体的瓦斯体积控制在25%左右，但是，这种机型在我国许多煤矿生产中无法满足正常运行的气源要求。

经过多年研究，针对我国煤矿生产的特殊性，在瓦斯发电利用技术上得到了新的突破与成就，如研发出新型的低浓度瓦斯发电机组、低浓度瓦斯安全输送系统、低浓度瓦斯燃气发动机控制系统、高低瓦斯参混乏风发电技术等，这些新的突破，解决了当下超浓度瓦斯利用问题及煤矿安全生产问题。

3 瓦斯发电技术
3.1 内燃机瓦斯发电技术
内燃机瓦斯发电系统是利用内燃机原理，将瓦斯作为燃料，以内燃机为动力，瓦斯和空气通过一定比例的混合（达到燃烧的空燃比）在缸内燃烧做功并带动发电机输出电能，采用高精度的闭环控制系统、应用宽域氧传感器、高能感应点火系统、先进的全电子控制技术、。