英语论文网

回顾阿平矿和陶尔矿实践表明，甲烷抽放必然导致不同特性的燃料气体产生，一般情况是，这些特性的变化与气体成分和流量有关。考虑到甲烷可作为一种能源或化学资源的可能性，BHP公司对这种气体的可能用途进行了试验，根据瓦斯所处位置和组成特征，BHP公司断定瓦斯气体最经济可行的用法是将之转化成电能，售给地方输电机构。 1986年4月，在阿平矿，BHP公司安装了一台额定功率为14MW的单循环燃气轮机发电机组及与之相配套的气体压缩机、防回火器、气体过流器等辅助装置，这套发电机组利用从矿井中收集的部分甲烷生产电能，售给勘探电力公司(即现在的能源总公司)。不幸的是，该电站经历了许多重要故障，并最终被永久地放弃，所有的故障均不是由燃料质量引起的，这套燃气轮机发电机组用溜出油作为备用起动运转燃料，以避免在矿井甲烷燃料暂时短缺时机器停止运转。 6 甲烷抽放系统最初，实施煤层气抽放是为了提高煤矿生产安全，保障阿平矿和陶尔矿这两个高瓦斯矿井能持续生产。现在，虽然提高煤矿生产安全仍是煤层气抽放的一个重要因素，但甲烷作为一种能源来利用所获得的环境效益却变得越来越重要。阿平矿和陶尔矿分别于1981年和1989年开始甲烷抽放工作。在阿平矿和陶尔矿，甲烷抽放站的核心设备是一组水环式真空泵(阿平矿安装7台、陶尔矿安装9台)，其最大实用抽放能力分别为6ｍ３／ｓ和75ｍ３／ｓ，在需要时，通过开动指定数目的真空泵，抽放能力可以满足不同的抽放要求，随着运转真空泵的增加，抽放能力不断增加。在每座矿井，四通八达的甲烷抽放管道网把井下甲烷抽放点和地面抽放站联接在一起。在开采前，通过将抽气钻孔打到采准工作区前部煤层中，对所有要采煤层的甲烷进行预抽放，同时，在现采长壁工作面附近，通过利用不同排布的穿层钻孔，对下部煤层实施采后抽放。两矿还对已封闭的采空区残余甲烷进行抽放。由于受后退式长壁采煤工作面的影响，地层松驰，结果穿层钻孔从下伏煤层中抽排出大量的甲烷。从长壁工作面附近穿层钻孔获得的甲烷产量明显地受采煤工作面推进速度的影响。 7 燃料气体的特征来自甲烷抽放站的气体燃料的流速和纯度受开采生产的影响。尤其是在连续长壁采区之间，回采顺序的变化对这些气体参数影响显著。从甲烷排放站输出的可燃气体含有来自于水环式真空泵密封水和煤层中的水分，可燃气体的温度一般高出周围大气温度15℃，从泵站输出的气体压力大约是10ｋＰａ。从矿井中抽出的气体含有粉尘颗粒，其中大部分在密封水系统中被收集清除。可燃气体组分变化非常大。一般是，甲烷浓度为50～８５％，CO２浓度为 0～５％，非甲烷烃类浓度不超过1%，其中空气含量可达50%。煤层气成分的变化以及甲烷收集和抽放参数的改变都会引起可燃气体的组分变化。一般情况下，甲烷含量的变化率很低，这是因为在井工矿井抽放甲烷地段内，与之相连的抽放孔很多(300～４００个)。但有些情况能加大甲烷含量的变化速率，它们包括： (1)甲烷抽放真空条件的改变，包括改变工作真空泵的数目。当真空泵起动或关闭时，抽气压力改变，引起甲烷含量的变化，它能使甲烷含量在10分钟内增加或降低5～１５％。 (2)井下钻孔计划正在继续进行，虽然此时新钻孔的联结(联结到抽放网上) 只能引起甲烷含量的微小变化，但管道分布区内大块段钻孔的联结或隔离，却能造成甲烷含量的显著变化。虽然大面积内钻孔的联结或隔离对可燃气体组分的影响可以通过有序的引入而减少到最小程度，但一般仍能在极短时间内造成甲烷含量变化20%。也存在这种可能，即可燃气体的供给可能在一较短时间内完全中止，例如，由于供电中断。在这种情况下，甲烷排放管道受到高纯度甲烷的迅速加压，这时，必须在地面将这些甲烷通过紧急排放管道排放到大气中。 8 发电厂煤层气发电厂使用的是多台卡特皮勒(Ｃａｔｏｒｐｉｌｌａ)G3516型火花点燃往复式燃气发动机。每台发动机直接驱动一台额定功率为1000ｋＷ的单体发电机，有两条气流分别被引入到组件封壳内，并以发动机负荷确定的速度、成比例地输送给发动机。两股气流在发动机的燃料进气总管内混合，为卡特皮勒G351 6型火花点燃往复式燃气发动机提供燃料，而发动机本身又驱动一台电压为415V 、额定功率为1MW的发电机。每一套发动机／发电机机组均被安装于根据组件本身设计的单个隔音封壳内，这为发电机机组的移位装配、改换位置的轻便性，和分段，扩容的适应性提供了方便。作为两个独立的发电厂地，阿平矿和陶尔矿的设备功能组件都有自己本身的发电组件、变压器、变电所和同步配台站。阿平矿安装54套发动机／发电机机组，而陶尔矿安装40套。阿平矿和陶尔矿的甲烷抽放站分别为各矿的煤层气发电厂提供了主要的燃料来源。同时，阿平矿利用一部分矿井回风空气中的低浓度甲烷作为本矿发电机燃料的补充，所有这些供给交电机组的空气都由阿平矿矿井回风提供，回风中一般含有05～１０%的甲烷，这种低浓度甲烷的利用为该矿发电厂电力输出额提供了大约80ＭＷ的电能。对于煤矿来说，这是第一次把利用矿井回风发电这种想法应用于实践。不幸的是，这种方法在陶尔矿却不适用，因为矿井回风在陶尔矿不能长期供发电厂使用。除了利用矿井提供的甲烷外，这两个发电厂也准备购买天然气发电。AGL公司供给的天然气可以用作一种替代能源，以补充矿井甲烷抽放量的不足。通过改变两个发电厂之间的、地下输送连接管道中的矿井甲烷流向，阿平矿和陶尔矿两地的矿井甲烷供给和需求之间的不平衡可以得到调节。 9 新增电能发电机所产电能被输送进25MVA单元变压器，变压器将电压升至22ｋＶ。两台发电机为一台变压器输电。从变压器输出的电被输送给变电所22ｋＶ／６６ｋＶ升压变压器，变电所升压变压器的功率为25MVA，它把从单元变压器输送来的电压升高，以和能源总公司的系统电压相匹配。阿平煤矿发电厂将安装3台配电变压器，每台配备18套发电机机组，总装机容量54MW；陶尔煤矿发电厂将安装2台配电变压器，每台配备20套发电机机组，总装机容量40MW。各矿的同步配电站为各矿的变电所、发电厂和能源总公司系统之间提供了一个共用连接点，这使各矿井和发电厂从能源总公司输电系统中独立出来，这样，一旦供电输入中断，矿井及电厂能继续运转。 10 环境问题甲烷是一种具有比CO２温室效应更强烈的气体，通过将废弃甲烷在电力生产中转化成CO２，产生了两个主要的环境效益： (1)通过最大程度地减少大气中的甲烷排放量，降低了温室气体的排放； (2)总体上，减少了生产同样多的电所需燃燃的煤炭。阿平矿和陶尔矿的两个发电厂满负荷运转时，其发电量将相当于一个常规燃煤发电厂每年燃烧37万吨煤炭所生产的电量。 11 结论 EDL公司、LLDC公司、能源总公司、AGL天然气公司和BHP公司联合开发了一项利用井下煤炭开采所产甲烷的新项目，这项经济可行的工程通过把矿井废气转化成电能而具有减少甲烷排放量的附带效益。BHP公司下属煤矿分公司的甲烷排放量有可能减少50%以上。