【正文】 法。與將煤層氣排放到大氣相比，通過(guò)燃燒處理釋放的溫室氣體比直接排放要降低 倍。 (二 ) 加拿大 加拿大煤層氣開(kāi)發(fā)比較晚，其起步時(shí)間基本與中國(guó)開(kāi)展煤層氣工作的時(shí)間相當(dāng)。2021 年以前，由于市場(chǎng)價(jià)格、生產(chǎn)技術(shù)等原因，曾把煤層氣列為無(wú)經(jīng)濟(jì)開(kāi)采 價(jià)值資源。2021 年以后，利用北美地區(qū)常規(guī)天然氣儲(chǔ)量和產(chǎn)量下降，供應(yīng)形勢(shì)日 趨緊張，天然氣價(jià)格日益上升給煤層氣帶來(lái)的機(jī)遇，在政府支持下，展開(kāi)對(duì)煤層氣系列技術(shù)研究。 134]在加拿大，煤礦區(qū)煤層氣的利用途徑集中在民用燃料和發(fā)電。 (三 ) 澳大利亞 除美國(guó)之外，澳大利亞擁 有最商業(yè)化的先進(jìn)煤礦區(qū)煤層氣工業(yè)，并且是世界上最大的煤礦區(qū)煤層氣發(fā)電項(xiàng)目的所在地。在新南威爾士由 BHP Billiton 經(jīng)營(yíng)的 Appin and Tower Collieries(煤礦 )，用 的煤礦排放甲烷作燃料，生產(chǎn) 94Mw 的電能。此外，位于 Appin 現(xiàn)場(chǎng)的 54 臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)采用礦井乏風(fēng)作為燃燒氣體， 以利用礦井乏風(fēng)中的甲烷氣體。 (四 ) 其他國(guó)家 英國(guó)、德國(guó)、波蘭、印度、俄羅斯等國(guó)家也積極進(jìn)行煤礦區(qū)煤層氣的資源開(kāi)發(fā)利用。英國(guó)的礦井煤層氣抽采和利用已有多年歷史，生產(chǎn)的煤層氣主要用作鍋爐燃?xì)饣蚬?給建在礦區(qū)的煤層氣電站，少量民用。目前正積極開(kāi)發(fā)和應(yīng)用煤層氣發(fā)電新技術(shù)。在德國(guó)，煤層氣工業(yè)集中于兩種煤層氣利用，一是煤炭開(kāi)采過(guò)程中的煤層氣，二是廢棄煤礦煤層氣。 2021 年 9 月，北萊茵一威斯特法倫州政府決定實(shí)施 “北萊茵 — 威斯特法倫州氣候保護(hù)行動(dòng)”，計(jì)劃通過(guò)制造和運(yùn)營(yíng)總共大約 70GkW發(fā)電能力的 供電 — 供熱藕合機(jī) 組 BHKW設(shè)備，加大對(duì)當(dāng)?shù)氐V區(qū)煤層氣的利用。 2021 年 4 月 1 日，德國(guó)聯(lián)邦政府為了鼓勵(lì)煤層氣工業(yè)利用，頒布一項(xiàng)特別法律 :煤層氣公司生 產(chǎn)的瓦斯每發(fā) 1 度電，由電力公司另外多付給煤層氣公司 8 歐分。這項(xiàng)法律大大 推動(dòng) 了德國(guó)煤層氣工業(yè)發(fā)展。 在波蘭，生產(chǎn)礦區(qū)內(nèi)約 10 個(gè)煤礦區(qū)煤層氣項(xiàng)目正在開(kāi)展。 2021 年， 14%煤礦 區(qū)煤煤礦區(qū)煤層氣利用技術(shù)綜合評(píng)價(jià) 22 層氣排放被回收和利用，約 億立方米。 42 個(gè)煤礦建有煤層氣抽采系統(tǒng)， 煤礦區(qū)煤層氣利用集中在發(fā)電、供熱 /鍋爐燃料、工業(yè)應(yīng)用、車(chē)用燃料方面。 在俄羅斯，煤礦區(qū)煤層氣主要分布在三個(gè)煤盆地 :庫(kù)茲涅茨克 (庫(kù)茲巴斯 )、 伯朝拉和頓涅茨克 (頓巴斯 )。目前國(guó)內(nèi)有七個(gè) CMM 回收項(xiàng)目在生產(chǎn)礦井開(kāi)展， 其中四個(gè)項(xiàng)目在伯朝拉盆地和一個(gè)在庫(kù)茲巴斯盆地，主要用來(lái)提供鍋爐燃料。另外兩個(gè) (其中一個(gè)在庫(kù)茲巴斯盆地 )項(xiàng)目正在建設(shè)，主要用來(lái)提供 發(fā)電。 國(guó)內(nèi)煤礦區(qū)煤層氣利用技術(shù)現(xiàn)狀綜述 目前，中國(guó)煤礦區(qū)煤層氣利用方式主要集中在民用、發(fā)電、化工原料和汽車(chē)燃料等。 （一） 民用燃料技術(shù) 民用燃料技術(shù)是指將礦井中抽采瓦斯氣收集存儲(chǔ)、鋪設(shè)管道系統(tǒng)、調(diào)壓輸送到城鎮(zhèn)居民區(qū)，為居民生活提供燃?xì)?。煤層氣作為民用燃料，和煤炭比較具有熱值高、污染少，節(jié)能效果顯著，對(duì)居住環(huán)境改善較明顯，社會(huì)效益、環(huán)境效益好。用于民用的煤層氣一般甲烷含量在 40%以上。 （二） 發(fā)電技術(shù) 煤層氣發(fā)電技術(shù)在國(guó)內(nèi)已有十幾年的發(fā)展。早期由柴油機(jī)改造機(jī)組和飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)改造型機(jī)組用于煤層氣發(fā)電。隨著技 術(shù)發(fā)展，也出現(xiàn)專門(mén)用于煤層氣發(fā)電的煤層氣發(fā)電機(jī)組。目前，煤層氣發(fā)電采用的主機(jī)設(shè)備主要有蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組和燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組。 ①蒸汽輪機(jī)發(fā)電技術(shù) :蒸汽輪機(jī)發(fā)電技術(shù)原理是在常壓下使用煤層氣作為鍋 爐燃料，燃?xì)忮仩t產(chǎn)生蒸汽，由它驅(qū)動(dòng)發(fā)電設(shè)備。此種發(fā)電方式多用于傳統(tǒng)的火電機(jī)組形式，工藝技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠、機(jī)組壽命長(zhǎng)，燃?xì)獠恍杼厥獾膬艋幚?。但它運(yùn)行熱效率低，需要對(duì)鍋爐用水的軟化處理，鍋爐房較大的土建工程加大了土建投資。因此，蒸汽輪機(jī)發(fā)電裝置總投資比較昂貴。只有當(dāng)產(chǎn)氣量特別大且供氣年限長(zhǎng)的情況下，才 選擇蒸汽輪機(jī)發(fā)電。 ②燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù) :燃?xì)廨啓C(jī)是最常用的燃?xì)鈩?dòng)力機(jī)械，其發(fā)電主要技術(shù) 原理是，燃料混合氣在燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室內(nèi)燃燒，利用渦輪機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。出于安全考慮，用于燃?xì)廨啓C(jī)的煤層氣中甲烷濃度應(yīng)在 40%以上。此 種發(fā)電方式運(yùn)行可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，較小功率的整套機(jī)組可以裝在一個(gè)大型集裝箱內(nèi)，與燃煤或燃?xì)忮仩t相比占地少，節(jié)省基建投資。但是燃?xì)廨啓C(jī)需要高壓燃料，除直接有高壓天然氣管道供氣中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 23 外，須在燃?xì)廨啓C(jī)前增加加壓設(shè)備將壓力提高到 ，并需設(shè)高壓勻壓箱，壓縮機(jī)的高溫還需用冷卻器降溫。因此 ，燃?xì)?輪機(jī)有一定能量損失，效率降低。國(guó)外該項(xiàng)技術(shù)廠商較多， 如 GE、 Solar 等，國(guó)內(nèi)撫順礦務(wù)局老虎臺(tái)礦采用的是 KGZ— 3C 型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備。南方動(dòng)力機(jī)械公司燃?xì)廨啓C(jī)成套安裝工程公司 幾年來(lái)有多臺(tái)機(jī)組在山東、遼寧、陜西、廣東、湖南等地使用。 ③燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電技術(shù) :內(nèi)燃機(jī)技術(shù)原理是甲烷 (天然氣、煤層氣、礦井瓦 斯、垃圾填埋氣等 )與空氣混合至爆炸限 (5— 15%)，在防爆氣缸內(nèi)爆燃做功，推 動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)同步發(fā)電機(jī)發(fā)電。燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)有 2 種類型 :一種是火花點(diǎn) 火式四沖程發(fā)動(dòng)機(jī) 。另一種是狄塞爾雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。國(guó)內(nèi)內(nèi)燃機(jī)功率 較小， 一般在 500 千瓦左右， l 度電耗氣量在 — 立方米，燃燒室內(nèi)甲烷濃度在 9%— 10%，氧氣濃度 16%— 20%。相對(duì)于其他燃煤層氣發(fā)電技術(shù)，發(fā)電效率高，通 常在 32%— 40%。結(jié)構(gòu)緊湊、單機(jī)質(zhì)量輕、移動(dòng)方便、建站靈活、周期短、燃料氣 不需增壓。但是一次性投資高，維修費(fèi)昂貴。 目前，國(guó)內(nèi)正在運(yùn)行的多為內(nèi)燃機(jī)發(fā)電裝置。美國(guó)的卡特彼勒、康明斯、荷蘭的瓦西蘭等國(guó)外公司以及國(guó)內(nèi)勝動(dòng)集團(tuán)、啟東市寶駒動(dòng)力機(jī)械廠等有能力提供成套的煤層氣內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組。 (三 ) 化工技術(shù) 煤礦抽放出的高濃度煤層氣或經(jīng)過(guò)凈化富集后的高 品位煤層氣可以作為化工原料氣生產(chǎn)一系列的化工產(chǎn)品，因終端產(chǎn)品附加值高，效益看好。主要工藝原理是，甲烷經(jīng)水蒸汽或空氣催化部分氧化法重整所得的合成氣，即一氧化碳和氫氣的混和物，在鋁、鋅、銅催化劑作用下生成甲醇、合成氨等。再以甲醇為原料又可以生成甲醛等一系列化工產(chǎn)品。目前，以高濃度煤礦區(qū)煤層氣作為源頭生產(chǎn)甲醛等化工產(chǎn)品時(shí)，還面臨著經(jīng)濟(jì)性的問(wèn)題，首先煤礦區(qū)煤層氣要達(dá)到合成氣要求，需要凈化富集系統(tǒng)，否則必須考慮其他新技術(shù)，如中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所開(kāi)發(fā)的超臨界相合成工藝等 。其次，終端化工產(chǎn)品只有規(guī)?；拍苁蛊涑杀?低于其他技術(shù)。淮南謝二礦曾 用礦井抽放瓦斯生產(chǎn)甲醛，但因抽放量不穩(wěn)定以及生產(chǎn)設(shè)備達(dá)不到滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)化率、吸收率均較低，很難體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。此外，利用瓦斯生產(chǎn)炭黑的技術(shù)也曾在我國(guó)不少煤礦區(qū)應(yīng)用，如目前，松藻礦區(qū)、寧夏白友溝礦等用抽放瓦斯燒制炭黑，其中白友溝礦氣爐法炭黑裝置生產(chǎn)能力每年已經(jīng)達(dá)到 2600 噸。此項(xiàng)技術(shù)要求瓦斯?jié)舛容^高，如白岌溝礦氣爐法炭黑 裝置要求瓦斯?jié)舛炔坏陀?84%。 (四 ) 煤層氣液化技術(shù) [46] 煤礦區(qū)煤層氣利用技術(shù)綜合評(píng)價(jià) 24 煤層氣液化是指將其中的甲烷等可燃性氣體從煤層氣中分離出來(lái)，原料煤層氣經(jīng)過(guò)壓縮、預(yù)處理 (主要為去除水分 、二氧化碳、硫化氫、汞等 )、再經(jīng)低溫?fù)Q 熱后 (終溫 —162℃ )，變成液態(tài)的煤層氣，稱為液化煤層氣，簡(jiǎn)稱 LCBM。 LCBM 工藝比通常的液化天然氣 (LNG)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，因?yàn)槊簩託庵袔缀醪缓瑲洹⒐?和重?zé)N。煤層氣液化后，其體積只有同量氣態(tài)天然氣的 1/625，從而便于煤層氣的 儲(chǔ)存、運(yùn)輸及使用。運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)可靠，儲(chǔ)存效率高、占地少、主要設(shè)備國(guó)產(chǎn)化、投資省等特點(diǎn)，使得煤層氣液化越來(lái)越受到企業(yè)和國(guó)家的重視。目前，山西陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)在做含氧煤層氣分離液化項(xiàng)目，此項(xiàng)技術(shù)工業(yè)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)取得成功，第一個(gè) 2 萬(wàn)噸工業(yè)裝置的含氧煤層氣液化工廠于 2021 年開(kāi)始建設(shè)。 (五 ) 車(chē)用燃料技術(shù)腳 ] 我國(guó)曾于上世紀(jì)五六十年代利用礦井瓦斯作為汽車(chē)燃料替代緊缺的汽油，取得很好的經(jīng)濟(jì)效益，并在汽車(chē)燃料供給、燃燒系統(tǒng)的改裝上積累了許多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。焦作礦務(wù)局曾在 1987 年利用變壓吸附技術(shù)建設(shè)了礦井煤層氣濃縮裝置，產(chǎn)品 氣中甲烷濃度在 80%以上，存儲(chǔ)于 兆帕儲(chǔ)罐中，加入氧氣瓶后可作為車(chē)用燃料， 單臺(tái)車(chē)輛一次性加氣可駛 100 多公里，適于礦區(qū)范圍內(nèi)短途運(yùn)輸。改用煤層氣燃 料的車(chē)輛純煤層氣耗量為 立方米 /公里，一年內(nèi)節(jié)省汽油 噸。 芙蓉礦務(wù)局也曾在上世紀(jì) 90 年 代直接將 35— 40%的礦井抽放瓦斯送入改造后 的化油器，實(shí)現(xiàn)與空氣混合后 (9%左右 )在氣缸內(nèi)爆燃做功，驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛。改 裝后的汽車(chē)耗瓦斯 (混量 ) 立方米 /公里 (純瓦斯耗量 立方米 /公里 )。 目前，隨著國(guó)際市場(chǎng)原油供應(yīng)增加以及國(guó)內(nèi)天然氣管道建設(shè)，車(chē)用 (瓦斯燃 料 )技術(shù)的應(yīng)用受到很大的限制，一方面，因礦井瓦斯?jié)舛鹊?、雜質(zhì)多，燃燒不 完全，易使燃瓦斯車(chē)輛化油器堵塞，而且行駛距離短，相應(yīng)的瓦斯加氣站少，僅適于礦區(qū)內(nèi)使用 。另一方面，受經(jīng)濟(jì)性影響，不可能將低濃度瓦斯凈化富集到代 用天然氣，這也限制了瓦斯車(chē)用的規(guī)模。 綜 合評(píng)價(jià)方法綜述 綜合評(píng)價(jià) (synthetical evaluation)是指對(duì)多屬性體系結(jié)構(gòu)描述的對(duì)象做出整體 性、全局性評(píng)價(jià)。目前評(píng)價(jià)問(wèn)題研究大致可分為兩類，一類主要是對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的研究，一類主要是對(duì)評(píng)價(jià)方法的研究。評(píng)價(jià)方法研究是評(píng)價(jià)研究領(lǐng)域最重要且最具研究前景的方向。因?yàn)榍罢呤墙鉀Q (某類 )個(gè)性問(wèn)題，后者針對(duì)評(píng)價(jià)中的 共性問(wèn)題。綜合評(píng)價(jià)方法研究吸引了大量理論工作者在該領(lǐng)域展開(kāi)研究，產(chǎn)生了許多不同學(xué)科的綜合評(píng)價(jià)方法。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 25 各領(lǐng)域綜合評(píng)價(jià)方法綜述 常見(jiàn)的評(píng)價(jià)方法大致可以分為 9 類。見(jiàn)表所示 各領(lǐng)域評(píng)價(jià)方法如圖所示 類別 方法名稱 描述 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 適用對(duì)象 定性評(píng)價(jià) 專家會(huì)議 組織專家進(jìn)行面對(duì)面交流，討論形成結(jié)果 操 作簡(jiǎn)單，可利用專家知識(shí)，結(jié)論易于使用 主 觀性較強(qiáng)，多人評(píng)價(jià)時(shí)結(jié)論難熟練 戰(zhàn) 略層次的決策分析對(duì)象，不能或難以量化的大系統(tǒng)或簡(jiǎn)單的小系統(tǒng) Delphi法 征詢專家，用信件背靠背評(píng)價(jià)、匯總、收斂 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 經(jīng)濟(jì)分析 通過(guò)價(jià)值分析，成本效益 等 ， 采 用NPV、 IRR、 T等指標(biāo) 方 法含義明確，可比性強(qiáng) 建 立模型較困難，僅使用與評(píng)價(jià)因素少的對(duì)象 大 中型投資于建設(shè)項(xiàng)目，企業(yè)設(shè)備更新與新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效益評(píng)價(jià) 技術(shù)分析法 通過(guò)可行性，可靠性評(píng)價(jià)分析等 多屬性決策 多屬性和多目標(biāo)決策法 化多為少、分層序列、直 接 求 非 劣解、重排次序法等排序與評(píng)價(jià) 對(duì) 評(píng)價(jià)對(duì)象描述較精確，可處理多決策者、多指標(biāo)、動(dòng)態(tài)的對(duì)象 剛 性的評(píng)價(jià)，無(wú)法涉及有模糊因素的對(duì)象 優(yōu) 化系統(tǒng)評(píng)價(jià)與決策，應(yīng)用領(lǐng)域較廣泛 以相對(duì)效益為基礎(chǔ)按多指標(biāo)投入和產(chǎn)可 評(píng)價(jià)多給人多輸出大系統(tǒng)，并只 表明評(píng)價(jià)單元相對(duì)發(fā)展指標(biāo)，評(píng) 價(jià)經(jīng)濟(jì)學(xué)中生產(chǎn)函數(shù)的技術(shù)，煤礦區(qū)煤層氣利用技術(shù)綜合評(píng)價(jià) 26 運(yùn)籌學(xué)方法 數(shù)據(jù)包絡(luò)分析模型 出，對(duì)同類型單位相對(duì)有效性進(jìn)行評(píng)價(jià)，是基于一組標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定相對(duì)有效生產(chǎn)前沿 可用“窗口“ 技術(shù)找到單元薄弱環(huán)節(jié)加以改進(jìn) 無(wú)法表現(xiàn)出世紀(jì)發(fā)展水平 規(guī)模有效性，產(chǎn)業(yè)的效益評(píng)價(jià)，教育部門(mén)有效性 統(tǒng)計(jì)分析方法 主成分分析 相關(guān)經(jīng)濟(jì)變量間存在起著支配作用的共同因素，可對(duì)原始相關(guān)變量相對(duì)矩陣內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究，找出影響某個(gè)經(jīng)濟(jì)過(guò)程的幾個(gè)不相關(guān)綜合指數(shù)來(lái)線性表示原來(lái)變量 可比性、全面性，客觀合理性 需 要大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，因子負(fù)荷符號(hào)交替使得函數(shù)意義不明確，沒(méi)有反映客觀發(fā)展水平 對(duì) 評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行分析 因子分析 根據(jù)因素相關(guān)性大小把變量分組，使同一組變量相關(guān)性變大 反 應(yīng)各類評(píng)價(jià)對(duì)象依據(jù)關(guān)系，并應(yīng)用于分類 聚類分析 計(jì)算對(duì)象或指標(biāo)間距離，或相似系數(shù)，進(jìn)可 解決相關(guān)程度大的評(píng)價(jià)對(duì)象 需 要大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，沒(méi)有反映客選 擇證券組合投資，評(píng)價(jià)地區(qū)發(fā)中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 27 行系統(tǒng)聚類 觀發(fā)展水平 展水平 判別分析 計(jì) 算 指 標(biāo) 距離，判斷所歸屬單位 主體結(jié)構(gòu)選擇，經(jīng)濟(jì)效益綜合評(píng)價(jià) 系統(tǒng)工程方法 評(píng)分法 對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象劃分等級(jí)，打分在進(jìn)行處理 方 法簡(jiǎn)單，易于操作 僅 用于靜態(tài)評(píng)價(jià) 新 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)與結(jié)果，交通系統(tǒng)安全性評(píng)價(jià) 關(guān)聯(lián)矩陣法 確定評(píng)價(jià)對(duì)象與矩陣，對(duì)各替代對(duì)象有相