研究瓦斯发电技术与节能减排

研究瓦斯发电技术与节能减排

陈江涛

贵州盘江煤层气开发利用有限责任公司贵州六盘水市553537

摘要：节能减排是全社会关注的问题，地球污染日益严重，能源的大量开采和使用导致了地球资源严重的匮乏。瓦斯又称天然气，是一种温室气体，其温室效应为CO2的21倍，其用途广泛。目前，大部分瓦斯存在于矿井中，所抽放的瓦斯多排入大气中，既浪费了资源，又污染了环境。随着我国建设节约型社会和发展循环经济的大力推进，煤矿瓦斯的规模开发、分质利用是配合矿产开发的必然趋势，在促进矿井安全生产、节约能源和保护环境等方面具有显著的经济效益和社会效益。如果将矿井中的瓦斯提取出来用于发电，不仅节省了其他发电能源，还有利于矿井的安全，达到节能减排的作用，合理利用资源，保护环境。

关键词：瓦斯；发电技术；节能减排

1瓦斯的采集与特性

目前，我国煤矿瓦斯开发率仅为10%左右。由于煤矿瓦斯开采的方式不同，煤矿瓦斯中CH4的含量也显著不同，下面针对三种开采方式所获得的瓦斯介绍其特性及利用情况。

第一，利用地面钻井的方式进行开采，其中，瓦斯里面甲烷的含量基本上是大于90%的，成分的特性比较像天然气。因此，这样的气体主要就是运用在发电及化工原料和民用的燃料，而且所运用的技术也是比较简单以及成熟的。

第二，通过井下瓦斯抽放系统和地面输送系统开采，采出煤矿瓦斯的CH4浓度多在3%～80%之间（目前约占煤矿瓦斯总量的15%左右，其中的三分之二浓度都低于30%），CH4浓度在6%～30%之间瓦斯的利用是一个难点，但是该项技术经过多年的不断发展，已经成熟。

第三，利用煤矿通风的方式来排出瓦斯，其中瓦斯里面甲烷的含量基本上都低于1%。这种瓦斯的甲烷浓度比较低，而且技术是非常难的，因此大多数都足用排窄来进行处理的。

要解决瓦斯利用问题，必须要解决两个技术难题：第一个是设备要自动适应瓦斯浓度变化，第二个是要解决低浓度瓦斯的地面安全输送问题。煤矿巷道里抽上来的瓦斯是不稳定的，浓度在不断变化。通常在抽排开始时较为稳定，但过一段时间后就会降低到规定的安全浓度以下，这几乎成为一个规律。据统计，我国目前90%以上矿井抽排的瓦斯属于低浓度瓦斯，其浓度在25%以下。因为CH4含量在5%到16%之间时最易导致瓦斯爆炸，因此国家有关部门规定，浓度低于30%的瓦斯混合气体严禁地面输送，让设备自动适应瓦斯浓度的变化以及低浓度瓦斯的安全输送是一个世界级的难题。

2瓦斯发电技术原理

矿井中的瓦斯气体采用空气和水环式真空泵正压输出管收集，被输送到发电机组，经过稳压、过滤、净化后，送入预燃室，由火花塞点燃出现多个着火点，然后由机组程控装置将预燃的瓦斯气通过混合器送入各个气缸燃烧做功，带动发电机工作，完成了瓦斯到电能的转换。每台发电机组有一个独立的控制柜，柜内安装有进口控制模块可自动监测同步，满足手动及自动的要求。多台机组并网运行时可实现负荷自动分配功能，满足并网、并联运行工况。发电机控制柜输出的400Ｖ三相电源并柜后，经低压柜送到升压变压器的低压侧，将电压升到10kV后，经高压开关柜控制、保护、测量、计量，再经10kV线路送到矿井110kV变电所的10kV低压侧并网运行，既解决了瓦斯问题，又达到了节能环保目的。根据相关资料显示，1ｍ3浓度100％的纯瓦斯，可以发电3.2到4kWh；1ｍ3浓度30％的瓦斯大约可以发电1kWh。

3瓦斯气开采的两种发电利用方式

3.1燃气轮机瓦斯发电

通过直接在煤层上钻孔开采出的瓦斯气，含有的甲烷浓度高达90%以上，与天然气相似，危险系数相对较低。此类瓦斯气可以加压罐装运输，也可以远距离管道输送，因此多用于民用燃料（如天然气汽车）和化工原料等。这类高浓度的瓦斯发电技术较容易控制，发电技术相对稳定，一般采用燃气轮机发电。然而由于这类高浓度瓦斯相当宝贵，气源也相对紧张。针对节能减排的瓦斯发电技术而言，这只是瓦斯发电发展的最初阶段。

3.2内燃机瓦斯发电

利用煤矿井下瓦斯抽放系统，结合地面输送系统进行瓦斯的开采，此类瓦斯煤矿开采时散发出的一种附属气体，浓度大，约为50%左右，而且气体流量稳定性能不佳。在煤矿采煤过程当中，借助负压风机，将其抽取到地面，如果瓦斯浓度较低，且与瓦斯爆炸浓度范围相接近时，遇明火易爆炸。为了保证开采的安全，必须确定其浓度。据相关研究显示，当瓦斯浓度＞40%时，可将高瓦斯无偿供给居民使用，而浓度＜40%的瓦斯可点燃排放。此类瓦斯利用率低，但发电利用价值高。目前，这类瓦斯发电技术可节能减排，当前主要将浓度＞30%的瓦斯用来发电，按照内燃机发电工艺要求，供气压力＜0.05MPa，爆炸浓度＞15%。

4瓦斯发电对节能减捧的影响

虽然瓦斯是可怕的煤矿杀手，但也是一种清洁能源，又是一种温室气体，其温室效应为C02的21倍，直接对空排放，会严重污染大气环境，瓦斯发电技术，完全可以变废为宝、化害为利，将瓦斯的主要成分CH4燃烧。生成主要成分为C02和H20的尾气排放，大大减轻其对大气环境的污染，并充分利用发动机的高温尾气产生蒸汽，为矿井的生产和生活负荷提高热源，可降低矿井锅炉房的出力，减少原煤消耗和降低烟气排放量，对区域内大气环境质量起到较好的改善作用，实现热电联产。通过实施CDM(清洁发展机制)项目，还可以引进国外的资金和技术，促进可再生能源技术的开发和利用，提高能源效率达到节约资源，保护环境，减少温室气体排放的目的，并带来可观的经济效益。我国煤层瓦斯气资源丰富，分布区域广，储量与我国30万亿ｍ3的天燃气资源量基本相当，利用瓦斯气发电，“以用促抽、以抽促安全”，是瓦斯气体资源综合利用最有效的途径之一，同时加强煤矿瓦斯综合治理、加快煤层气开发利用，有利于遏制煤矿瓦斯事故、促进煤矿安全生产、增加洁净能源供应，还可以优化产业结构，推动经济增长，促进能源行业健康可持续发展。瓦斯发电技术完全成熟，可在全国有瓦斯抽采的煤矿及有天然气、石油炼化尾气以及焦炉尾气的地方均可推广应用，在保护环境方面具有很大的成效。

5结语

总而言之，我国的煤矿瓦斯发电技术还处于初级阶段，无论是利用的广度还是深度都存在许多需要解决的问题。向节能减排要效益利国利民，由此带动的巨大环保、经济、社会效益潜力也已初步显现。但是，依然需要在煤矿瓦斯综合利用的深度（提高热效率）和广度（适应CH4浓度范围）方面，做更多、更细的工作，走向更高的层次，并最终实现煤矿瓦斯“零”排放的目标。

参考文献

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作者介绍：

陈江涛（1972.06），性别：男；学历：大专；职称：助理工程师；研究方向：热能与动力工程；单位全称：贵州盘江煤层气开发利用有限责任公司