中国煤层气发电技术发展与应用现状.doc

中国煤层气发电技术发展与应用现状 　　摘要:煤层气的开发利用具有重要的意义，通过利用煤层气发电，能够充分的利用能源，环节能源危机。本文就此阐述我国煤层气发电技术及应用。 关键词：煤层气；发电；发展；应用 中图分类号：TB857文献标识码： A 文章编号： 1、煤层气开发利用的意义 加快我国煤层气开发利用步伐，对于防治煤矿瓦斯灾害、利用洁净能源、保护大气环境具有重要意义。 1.1 开发利用煤层气有利于保障能源安全。煤层气是重要的补充能源资源，尤其是天然气的替代资源，充分开采、利用煤层气对于缓解我国油气资源不足有着重要作用。 1.2 开发利用煤层气有利于煤矿安全和提高经济效益。煤矿中煤层气是煤矿安全生产最大的威胁，在采煤前将煤层气采出可以使煤矿的煤层气涌出量减少50%~70%，不仅能改变煤矿安全条件，还能减少矿井建设费用和生产通风费用，从而提高煤矿的生产效益和经济效益。 1.3 开发利用煤层气具有重要的环保意义。我国每年向大气中释放的煤层甲烷量高达100亿m3以上，煤层气甲烷温室效应是CO2温室效应的21倍，每利用1亿m3相当于减排二氧化碳150万t。大量煤层气外排既浪费了能源，又带来大气污染。加快煤层气（煤矿瓦斯）开发，不断提高利用率，可大幅度降低温室气体排放，保护生态环境。 2、煤层气发电项目建设中存在的问题及关键技术 由于抽采的煤层气浓度低，且随着开采环境的变化而变化，浓度的变化引起煤层气热值变化较大，总体热值比较低。另外煤层气用于发电，由于用户负荷变化大，使得煤层气发电效率极低，有时甚至停机。 要提高我国煤层气的发电技术水平，提高发电效率，关键是要加大对大功率并且能够广泛适应煤层气浓度变化的发电机组研制，尤其是研制并推广低浓度煤层气发电机组的研制。开发允许热值波动范围广的新型燃烧设备，增强燃烧设备的适应能力，使其能够很好地解决煤层气的热值波动问题。加大对低浓度煤层气燃烧理论研究，开发出新型高效的低浓度煤层气燃烧设备，解决低浓度煤层气的利用问题。研制开发合理的催化流转反应器以使低浓度瓦斯充分燃烧。 开发新的循环机组，寻求新的能量利用形式。基于煤层气分布和抽采应用的特点，我们提出了分体式燃气轮机煤层气发电形式。由于煤矿井下瓦斯抽采系统抽采的瓦斯浓度随着抽采地点和方式的不同而变化，这就要求煤层气电站的主机设备有较强的适应性，运行灵活，能够适合煤层气供应系统的特点。分体式燃气轮机的结构灵活，可以方便地与其它装置构成各种不同的分布式供能单元，为构建新型分布式能源系统提供了新的途径。在国内外暂时还没有发现关于分体式燃气轮机的研究。 3、煤层气发电热机选型 3.1 蒸汽轮机发电 技术十分成熟，运行可靠，单机功率大，受煤层气抽采波动性强的影响，在以煤层气为燃料的大型电站锅炉上应用受到限制，目前仅局限在小型工业锅炉供热上，占地面积大，建设周期长，目前煤层气发电基本不采用这种方式［8］。 3.2 燃气轮机发电 技术具有系统简单，运行灵活，单机功率大，占地面积小的优点［9］。但这种机组对气源品质要求高，一般要求甲烷含量为35%～70%，而且气源稳定的情况下才适用。 3.3 燃气内燃机发电 技术具有系统简单，运行灵活、发电效率高的特点;尤其是这种机组要求进气压力低，仅为5～35kPa，适用煤层气浓度范围广，煤层气浓度在6%以上均可利用，具有能较好地适应煤层气量和浓度的波动范围较大的优点。 2004年以前，煤层气发电大多采用燃气轮机，经过工程验证，发现由于煤层气浓度达不到安全要求时，机组不得不时开时停。而内燃机可以适应一定的煤层气浓度和气量的波动，这使得燃气内燃机发电机组在煤层气发电方面获得了越来越广泛的应用。 4、煤层气发电的工艺流程和能量利用形式 4.1 煤层气发电的工艺流程特点 由于抽采的煤层气为混合气体，浓度变化大且大部分浓度较低、热值低，使得在利用煤层气发电时有其特定的工艺流程。以燃气轮机发电为例，其工艺流程如下: 煤矿抽采的煤层气进入1万m3储气柜，经过气柜存储，通过Φ700mm管道送往发电站内的压缩机，增压后，经冷却器冷却再输送到储气罐中，然后通过管线送到燃气轮机组前的精过滤器，经过滤和两气动截止阀控制后，再分别送到燃气轮机的启动喷嘴与燃料调节器。经喷嘴喷入燃气轮机的燃烧室，与经压气机压缩后的空气进行混合，并点火进行燃烧，混合气在高温高压下，形成一股沿顺时针方向(沿进气方向)旋转的气流，并不断膨胀带动涡轮转动，涡轮又带动燃气轮机的轴进行高速转动，从而完成了热能向机械能的转化。同时高速旋转的轴通过减速器，将速度降到1000r/min，并通过弹性联轴器与同步发电机相连进行发电，从而完成了机械能向电能的转