煤矿瓦斯发电技术的发展现状及前景

煤矿瓦斯发电技术的发展现状及前景

马力  

云南恩洪煤业有限公司    云南省曲靖市

摘要：我国煤与瓦斯突出的矿井已基本构建了煤层瓦斯抽采及瓦斯利用体系。对燃气发电机组的余热进行开发利用，不仅可以提高燃气资源的利用率，实现发电过程中的环保、节能的目标，而且还能在一定程度上为瓦斯发电站带来十分可观的经济效益。然而，其在创新和安全方面仍存在挑战，包括提升瓦斯抽采效率和降低瓦斯爆炸风险。煤矿瓦斯发电技术的进一步发展，需要采用先进的瓦斯抽采、净化和转化技术，以提高其效率，实现能源的可持续生产，并推动煤矿安全领域的管理创新。

关键词：煤矿；瓦斯；发电；前景

引言

近年来，煤矿瓦斯发电技术在能源转型中逐渐崭露头角。将煤矿井下排放的瓦斯转化为电能不仅能有效降低温室气体的排放，还能实现资源的有效利用。本文旨在探讨煤矿瓦斯发电技术的发展现状及前景，分析其在能源领域的重要性，深入了解该技术现有的问题，并探索其发展方向。通过对该技术的综合探讨，以期为煤炭行业的可持续发展和环保目标提供参考。

1煤矿瓦斯事故的危害

瓦斯是一种危险性较高的气体，虽然它无色无味，但是却具有极强的易燃易爆性，在煤矿采掘时存在瓦斯会对企业的安全生产产生直接威胁，可诱发多种不同类型的安全事故问题，对工作人员的生命安全和企业的生产效益造成严重的影响。因此煤矿企业必须要高度重视煤矿瓦斯事故，了解瓦斯事故问题的危害，在开采煤矿的过程中，瓦斯持续的积累，掘进工作的难度也会有所提高，对开采效率、开采安全产生影响。瓦斯的性质以及地层结构开采技术，决定了瓦斯事故问题的发生几率，出现瓦斯事故可诱发突出危害爆炸危害。例如煤与瓦斯突出是一种复杂的动力现象，在煤炭开采的过程中，出现煤与瓦斯突出问题的时间较短，可以在短时间内瞬间出现大量瓦斯气体散发的情况。同时有强烈的冲击波出现，导致多种设备设施和人员损伤，严重的情况下，还会导致矿井中出现风流逆转的问题，破坏生产安全，威胁到人员的生命，井下工作人员撤离不及时，面临着窒息、被掩埋的风险。在矿井风流中，瓦斯气体的含量较大，浓度过高，到达一定的临界值，与火焰相接触，会引起爆炸事故，瓦斯事故问题可导致爆炸伤害，因为瓦斯爆炸的主要条件涵盖了点火源、氧气含量和瓦斯的一定浓度。通常情况下，瓦斯浓度达到点火能量，当出现氧气浓度超过2%的情况下，瓦斯将会出现燃烧爆炸的事故问题，发生瓦斯爆炸事件。在施工现场会产生温度瞬间飙升的问题，能量巨大，形成冲击波，现场的施工人员和设备设施将会受到强烈的冲击力，面临着严重的安全威胁。瓦斯事故问题所带来的危害不仅会体现在突出危害和爆炸危害方面，而且还会形成间接的伤害，对社会的和谐稳定、人们的幸福生活以及煤矿企业的综合发展产生影响。

2煤矿瓦斯发电技术的发展现状

2.1井下和地面瓦斯抽采系统

瓦斯抽采技术在煤矿瓦斯发电中扮演着关键角色，旨在从井下和地面2个层面有效地收集和利用矿井瓦斯，实现能源的高效转化和环境的保护。井下抽采系统收集瓦斯的目的是防止瓦斯在矿井内积聚，减少爆炸风险。抽放式收集系统通过风机或泵浦在矿井中创造负压，将瓦斯从工作面、探头等点源处抽出，再通过管道传输至地面收集系统；压力控制式系统则利用压差原理，将瓦斯推至收集管道，通常通过设置抽排风装置来实现；井下收集系统需要考虑瓦斯的释放量、井深、气体扩散等因素，以确保瓦斯被有效地抽采和输送；地面收集系统将从井下传输上来的瓦斯进行处理和净化。瓦斯中的杂质和有害成分（如H2S）需要被去除，以确保瓦斯质量达到发电需求，使用分离设备、吸附器和脱硫装置等设备可以实现这一目标。净化后的瓦斯会被输送至发电设备，如内燃机或燃气轮机，然后将能量转化为电力；井下和地面瓦斯收集系统的协同作用是煤矿瓦斯发电的关键。井下系统确保了瓦斯的及时抽采，并减少了矿井内的瓦斯体积分数，降低了爆炸风险。而地面系统则确保了瓦斯的净化和高效转化，实现了能源的可持续利用和环境的保护。

2.2CH4提取与能源转换

瓦斯净化与转化技术在煤矿瓦斯发电过程中比较关键，主要包括CH4的提取与能源的转化。这些技术的创新和应用，不仅可以实现煤矿瓦斯资源的高效利用，还有助于减少环境的污染和温室气体的排放。将瓦斯中的CH4提取出来是瓦斯净化的重要环节，常用的CH4提取技术包括膜分离、吸附、凝析等。膜分离技术通过半透膜，将CH4从瓦斯中分离；吸附技术利用吸附剂吸附CH4，然后通过升温再生的方式实现CH4的脱附；凝析技术则是通过降低瓦斯的温度使CH4凝结成液体，然后将其分离。提取出的CH4可以被转化为电力和热能，实现能源的高效转化。瓦斯可以通过内燃机、燃气轮机或燃料电池等设备转化为电力。内燃机通过CH4的燃烧驱动发电机产生电力；燃气轮机则是将燃烧产生的高温气体作用在涡轮上，驱动发电机发电；燃料电池则是将CH4与O2在电化学反应过程中直接转化为电力和热能。

3煤矿瓦斯发电技术的发展前景

煤矿瓦斯发电技术作为清洁能源领域的重点研究对象，其发展前景广阔。随着能源转型的不断推进和对可持续发展的迫切需求，煤矿瓦斯发电技术在煤矿生产过程中发挥着巨大的作用。现如今，全球对减少碳排放做出了许多努力，煤矿瓦斯发电技术作为一种低碳甚至零碳的清洁能源，受到越来越多的关注。在政府的环保政策和能源政策的支持下，煤炭行业进一步加强了煤矿瓦斯发电技术的应用和推广，从而实现了大规模的温室气体减排。科学技术的发展为煤矿瓦斯发电技术提供了强有力的支持，在控制瓦斯爆炸风险、提高瓦斯收集效率和发电效率等方面，运用突破性技术使煤矿瓦斯发电更加安全高效。同时，与其他清洁能源技术相结合，如储能技术和智能控制技术，进一步提升了煤炭行业的可持续发展。煤矿瓦斯发电技术拥有广阔的发展前景。随着能源市场对于清洁能源需求的不断增加，煤矿瓦斯发电技术因其稳定性在能源供应方面上发挥着积极作用，为能源市场注入了新的活力。煤矿瓦斯发电技术的国际合作也促进了其发展，不同国家在煤矿瓦斯发电技术的研究、应用和政策方面上的交流与合作，有效解决了其存在的技术难题，推动了该技术在全球范围内的有效传播与应用。煤炭行业对能源转型和可持续发展的迫切需求，以及技术创新和国际合作的推动，使煤矿瓦斯发电技术在清洁能源领域中不断发展，为实现能源的可持续发展做出了重要贡献。

结束语

瓦斯发电为煤矿产能释放提供了助力。众所周知，瓦斯是导致煤矿瓦斯事故的根源及环境污染的重要因素，瓦斯发电作为矿井瓦斯就近利用最便捷、最成熟的方式，能够快速消耗井下瓦斯或地面煤层气。煤矿瓦斯发电技术在当前能源转型的背景下具有重要意义和广阔前景。然而，面对技术挑战和市场需求，煤矿企业仍需要加大对煤矿瓦斯发电技术的研发投入，优化瓦斯抽采和转化流程，降低成本，提高生产效率。随着政策的支持、技术的创新以及国际合作的加强，煤矿瓦斯发电技术实现了能源的可持续发展，为煤炭行业的发展做出了积极贡献。

参考文献

［1］王晓东.新时期煤矿瓦斯发电技术与发展研究［J］.石化技术，2019，26（4）：243.

［2］王鹏飞，马功社.黄陵二号煤矿瓦斯发电技术设计及应用［J］.陕西煤炭，2021，40（3）：151-154.

［3］赵天童.自动化控制技术在煤矿通风系统中的应用［J］.工程抗震与加固改造，2023，45（3）：202.

［4］邹一铭.瓦斯发电系统技术的应用［J］.中国战略新兴产业，2017（24）：196.