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煤层气(Coalbed Methane, CBM),又称煤田气,俗称瓦斯,是指储存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体。属于非常规天然气。它是一种与煤伴生的矿产资源。
根据煤层气的用途和存在环境状态可区分以下3类:
1. 煤层气(CBM),是指与煤伴生、以吸附状态储存于煤层内的伴生气体,是从未勘探开采煤层中排出的的甲烷气体燃料。属于非常规天然气。地面抽采的煤层气甲烷(CH₄)含量一般为95%-97.8%;在0℃、101.325 kPa下,低位热值约为34.6 MJ/Nm³(8,263 kcal/Nm³),其热值与天然气相当,可以通过基础设施(如管道等)与天然气混输混用,可直接用于发电、工业燃料或居民供气。
在采煤之前如果先开采煤层气,煤矿瓦斯爆炸率将降低70%到85%。煤层气的开发利用具有一举多得的功效:提高瓦斯事故防范水平,具有安全效应;有效减排温室气体,产生良好的环保效应。直接开采的煤层气在法规管理、终端使用上可按常规天然气执行。
2. 煤矿瓦斯(Coal Mine Gas, CMG),是指在煤矿开采过程中从煤层及围岩中涌出的混合气体。主要成分为甲烷,但也可能含有一氧化碳、二氧化碳、氮气、硫化氢等杂质,属于可燃有害气体。煤层气直接排放到大气中,其温室效应约为二氧化碳的21倍,对生态环境破坏性极强。煤层气在空气浓度达到5%-16%时,遇明火就会爆炸,具有安全隐患,这是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。我国通过“先采气、后采煤”和“采气采煤一体化”模式,实现煤层气高效抽采,既保障安全又提升了能源利用率。
煤矿瓦斯的热值跟甲烷(CH₄)的含量有关,由于井下抽采的瓦斯一般将煤矿甲烷(Coal Mine Methane)的浓度调整到30%或更低以后利用,瓦斯的热值通常较低。在0℃、101.325 kPa下,低位热值约14.63 MJ/m³(3,494 kcal/ Nm³)。因而煤矿瓦斯分为高浓度瓦斯和低浓度瓦斯,在能源利用及发电设备的选型方面有显著差异。
3. 废矿甲烷(Abandoned Mine Methane, AMM),是指废弃矿井中排出的甲烷。即使煤矿停止运营后,仍可能从地下的煤层和岩层中缓慢释放甲烷。这些甲烷主要通过废弃矿井的通风管道、裂隙、钻孔或地表裂缝逸出到大气中。从废弃矿井回收利用甲烷的技术,主要通过钻井抽采与气体收集系统实现,将原本逸散到大气中的甲烷引导至地面进行利用。既能减排温室气体,又能转化为能源资源,提高经济效益。
煤矿瓦斯按甲烷浓度可分为三类:高浓度瓦斯(甲烷浓度大于30%)、低浓度瓦斯(甲烷浓度为8%–30%)和超低浓度瓦斯(甲烷浓度小于8%)。我国60%以上的煤矿瓦斯是含甲烷30%以下的低浓度瓦斯,按煤矿安全规程要求,瓦斯浓度在25%以下的就不能贮存和输送。
我们常见的煤层气主要是指第2类和第3类气体,即CMG和AMM。由于CBM、CMM和AMM的甲烷含量高达30%-95%,尤其适合在燃气发动机中使用,是理想的发电燃料。我公司采用低浓度瓦斯细水雾输送系统,具有阻火、泄爆、抑爆、阻爆多级防护功能,确保低浓度瓦斯输送安全。适用于甲烷浓度8%以上的煤矿瓦斯发电。
煤矿瓦斯发电的气源要求:
1. 甲烷体积含量 ≥ 8%;甲烷浓度变化速 ≤ 2%/min;
2. 甲烷与氧气总含量 ≥ 26%;氧气体积含量 ≥ 16%;
3. 燃气温度(进机) ≤ 40 ℃;燃气压力 2.5-10 kPa;压力变化率 ≤ 1 kPa/min;
4. 水分含量 ≤ 40 g/Nm³,不含游离水;
5. 粉尘含量 ≤ 30 mg/Nm³;粉尘粒度 ≤ 5 μm;
6. 硫总含量 ≤ 100 mg/Nm³。
