瓦斯发电技术与节能减排研究

瓦斯发电技术与节能减排研究

王昱尧

（大唐长治新能源发电有限公司山西省长治市沁源县046500）

摘要：瓦斯是一种温室气体，利用不当大量排放的话会污染环境。发电技术的应用旨在将没被利用的瓦斯通过加工转化为电能，这不仅能保护环境、也能实现节能减排的目的。本文分析了瓦斯发电和节能减排的必要性，探讨了其带来的效益。

关键词：瓦斯；发电技术；节能减排

0.引言

我国煤层气资源十分丰富，是世界上继俄罗斯、加拿大之后的第三大煤层气储量国，占世界排名前12位国家资源总量的13%。每年从煤田排出的瓦斯折合成纯CH4多达130亿立方米，但是利用率却不足百分之10。那些没被利用的瓦斯大多排放到大气中，污染空气的同时也大大浪费了资源。利用瓦斯发电能很好的解决上述弊端，但需要借助成熟、可靠的技术，是我国瓦斯发电业一直研究的课题。

1.瓦斯发电与节能减排的必要性

与燃煤发电和其他形式发电相比，用瓦斯发电的优势明显。首先体现在投资少、成本低、回报快、环境污染小等特点，有很强的经济效益和环境效益。且目前世界上对瓦斯发电的技术运用相对成熟，设备稳定性和性能都比较强，安全性高。其次，瓦斯发电站的结构相对简单、设备不多、规模不大，容易安装、移动，如果矿井瓦斯发电技术成熟或效果明显的话，还能得到国家支持的节能减排资金支持，有利于矿区生产。

节能减排指的是利用系列手段节约我国的能量及其他物质资源，并最大程度的降低有害气体和物质的排放，目的是为了保护环境、实现资源利用的最大化。在人们日常生活、工作、以及各行业的生产中，对电的需求很高，一旦停电的话，会影响很多行业的生产及人们的生活。因此，电能是人类不可或缺的一部分。为了实现电能的可持续性利用，节约用电是一方面，利用余热发电则是更重要。瓦斯发电在我国是有很强的可行性的。我国的煤焦化产业巨大，数量和产量在世界上都位列前茅，诸如水泥生产、化工、冶金、煤炭生产等。这些行业目前被我国称之为“污染型行业”，原因是其在生产中会产生大量的废气物，其中就包括瓦斯，而往往企业没有意识到可以将这些废气物循环利用，而是直接排放到大自然中，造成严重的环境污染。但是，事实上，将诸如瓦斯类的废气物进行再加工，是可以实现能源转换的，瓦斯就可以通过发电技术转化成电能。这一方面，能减少瓦斯的排放，起到保护环境和空气的作用，也能将瓦斯再利用，实现了资源优化配置；另一方面，其转化的电能能满足人们的日常生活、工作以及各行业的生产，有很高的社会效益。由此可见，瓦斯发电技术在实现节能减排上有很强的应用性和可行性，对提高我国电能储备，推动社会经济的发展有着重大意义。

2.常见的瓦斯发电技术

2.1燃气机轮机瓦斯发电

燃气轮机发电技术有技术稳定、易于控制等特点，主要应用到直接在煤层上钻孔开采出来的瓦斯气。一般而言，这种瓦斯气和天然气较类似，安全性较高，既可以远距离管道输送，也可以加压灌装运输，可以用于制作化工原料、民用燃料。不过相对而言，这类瓦斯气的浓度较高，开采难度较高，相对的资源也较少，能用于节能减排的资源有限。

2.2内燃机瓦斯发电

内燃机瓦斯发电技术主要依靠燃气内燃发电机组来实现的，手段是加压瓦斯和空气的混合气体后，电子点火爆做功，推动了活塞移动，借助转动的曲轴来实现发电。内燃机瓦斯发电技术主要应用于地面输送系统和井下瓦斯抽放系统所开采出来的瓦斯气。这种瓦斯气的浓度易变化，高的高达80%，低的却只有3%，气流流量不稳，是属于煤矿开采的附属气体。该瓦斯气是借助负压风机抽取到地面的，一旦浓度太低遇到明火就很容易爆炸，所以不少煤矿为了安全起见，就会将大量低浓度的（约40%）的瓦斯直接排放出去，而浓度相对较高的瓦斯则给居民使用，真正用于发电的资源却很少。但是不可否认的是，这类瓦斯气偏偏有很好的发电价值，节能减排的效果是其他瓦斯气无法比拟的。因此利用内燃机发电技术是必要的。在实际操作上，发电技术人员可以选择浓度在30%以上的瓦斯气进行发电资源准备，具体工艺要求供气压力小于或等于0.05MPa，爆炸浓度范围最高可控制在15%。

2.3乏风瓦斯发电

乏风瓦斯指的是在煤炭开采中，给井下工作人员输送新鲜空气后，从通风口排出来的废气产生的瓦斯气。一般这种形态的瓦斯含量较少，甲烷浓度在1%以下，但是如果直接排放也会污染环境、浪费资源。因此，在煤炭开采工程中，进行乏风瓦斯的发电处理也是至关重要的。实际操作上，可以将浓度高于0.2%的乏风放置到氧化器中进行燃烧，进行瓦斯销毁，同时通过换热器把燃烧过程中的余热吸收后制作热水或蒸汽，进而带动汽轮机完成发电，而热水可以循环利用制冷和制热，实现节能减排的目的。

3.瓦斯发电与节能减排的效益分析

利用瓦斯来发电的转化率是非常高的，比如40亿立方米的瓦斯，能最终发电130亿kWh以上，这个数字相当于减排了5000万t的二氧化碳，节约了570万tce的煤，节能减排效果显著，有很强的社会效益、经济效益、环境效益。

有数据显示，目前瓦斯发电的成本很低，仅0.08元/kWh，但其发电后的电价约0.5元/kWh，经济效益明显。以5MW瓦斯发电站为例，机组全年运行成本大概320万元，一年的收入却能达到1400万元，如果整个项目投资额过2000万的话，其实一年半就可以收回成本，开始盈利。在节能减排上，瓦斯发电也有显著的效果。

3.1瓦斯发电的节能效益

甲烷是瓦斯的主要成本，标准情况下，甲烷的低热值是35807kJ/Nm3，计算得知浓度30%的甲烷的低热值是10742kJ/Nm3，按照计算，1Nm3且浓度为30%的瓦斯在充分燃烧的情况下能产生的热量和0.37kg标准煤充分燃烧产生的热量值一致。可见，如果利用瓦斯发电，能大量减少煤炭资源的使用，充分体现了其节能效益。

某矿区近年来开始使用瓦斯发电，整个抽放站有高负压和低负压两个瓦斯抽放系统，且高负压系统的瓦斯抽采纯量是23.46Nm3/min、浓度为35%，低负压系统的瓦斯抽采纯量是11.48Nm3/min、浓度为15%。两个系统的瓦斯气体混合，抽采纯量变为35.3Nm3/min、浓度变为24%，有丰富的瓦斯资源。将这些瓦斯用于发电后，每年节约了1万吨以上的标准煤，年发电量达到了3000多万kWh。同时，该矿区将发电站产生的高温尾气通过余热锅炉实现再利用，用于工作区和职工宿舍的供暖，与以往用煤炭供暖相比，每年节约了0.23万吨的标准煤，节能效益显著。

3.2瓦斯发电的减排效益

瓦斯废气不合理利用很容易给环境带来压力的，尤其是温室效应的问题。众所周知，二氧化碳是导致温室效应的主要污染源，但有研究表明甲烷给温室效应带来的影响是二氧化碳的21倍之多。可见，必须要利用好甲烷，而甲烷又是瓦斯的主要成份，换句话说瓦斯的利用直接关系着环境问题。同样以上述矿区为例，为了实现减排，将瓦斯气用于发电，整体可节约约1.23万吨的标准煤，计算后得知，该矿区发电站每年可减排二氧化碳16.63万t，极大程度的缓解了瓦斯废气的排放，减少了其对环境和大气的污染。

4.结语

总之，瓦斯作为一种高效的清洁能源是有利于给企业带来经济效益和社会效益的，但是同时它也是一种有害气体，如果不能合理使用的话会影响矿井生产的安全性、危害空气环境，也造成了不必要的资源浪费。而瓦斯发电能将瓦斯的有害性降到最低，其发电后产生的电能可以用于日常生活、工业生产等各个领域，一定程度上降低了煤炭的使用率，有节能减排的效果。

参考文献：

[1]何健先.瓦斯发电技术实践分析[J].山东工业技术，2015（08）：56.

[2]何艳.瓦斯发电技术的改进探索[J].科技创新导报，2014，11（06）：30.

[3]常乐.瓦斯发电技术与节能减排研究[J].电子制作，2012（11）：197-198.

[4]丁佐进，张炜玮，孙寰勇.瓦斯发电技术的应用[J].上海电力学院学报，2012，28（03）：262-266.