瓦斯发电技术与节能减排

刘超宏

（山西西山煤电股份有限公司马兰矿 山西古交 030205）

引言

我国具有相当大的煤矿瓦斯储量，据相关统计报告显示，我国的煤矿瓦斯总储存量可以达到36 万亿m3，每年从煤矿瓦斯当中提取出的CH4总量可以达到150 亿m3。但是从目前的发展趋势来看，我国对煤矿瓦斯当中CH4的利用效率非常低，利用率往往不到十分之一，大量的CH4气体排放到大气当中，对我国的生态环境造成了非常大的污染。CH4是一种对大气危害非常大的气体，但是其在发电工作当中却有着巨大的作用，平均每35 亿CH4可以生产出130 亿kWh 的电量，这样一来就实现了经济效益和社会效益的统一。在下文当中笔者将以此作为切入点，对如何提升瓦斯发电技术当中的节能减排能力进行详细的分析。

1 煤矿瓦斯的特性以及采集流程

煤矿瓦斯存在于石煤层当中，每个石煤层当中都会存在一定量的天然甲烷和空气的混合性气体，这就是我们所说的煤矿瓦斯。煤矿瓦斯的产生原理是通过有机物的碳化过程产生的，整个碳化过程非常漫长，往往需要上亿年的时间，因此煤矿瓦斯是我国非常重要的一种资源。煤矿瓦斯本身不具有毒性，但是当浓度在5%-15%区间之内非常容易发生爆炸现象，对煤矿的安全生产造成了非常大的威胁。煤矿瓦斯虽然对煤矿开采工作产生了非常大的威胁，但是从能源的发展角度来看，煤矿瓦斯是一种性能非常卓越的清洁能源，如果利用得当的话，会使我国能源生产行业的经济效益得到实质性的提升，避免由于能源紧张问题影响日常的生产活动。

煤矿瓦斯的开采方式主要有三种，分别是地面钻井开采方式、井下抽放系统和地面输送系统采集方式以及煤矿通风方式。地面钻井开采技术是最为基础的瓦斯开采技术，该技术所采集的没狂暴瓦斯当中CH4的浓度非常高，平均可以达到90%以上，其成分特征与天然气非常类似[1]。因此采集到的气体可以通过天然气发电设备进行发电或者将其作为民用燃料使用，整体的技术水平要求相对较低，同时经过长时间的发展，技术较为纯熟。

井下抽放系统和地面输送系统结合的开采方式所提取出瓦斯的CH4浓度大约在5-80%区间之内，其中大部分为浓度较低的CH4[2]。该浓度下的瓦斯由于存在非常大的爆炸风险，因此从应用角度上来看收到非常大的局限。一直以来，浓度在5-30%浓度区间之内的瓦斯利用是能源行业当中一项重要的技术难题，经过近几年来的发展，虽然该技术取得了一定程度上的进步，但是在应用层面上仍处于粗浅的层面，无法进行规模化使用。

煤矿通风方式能够排出大量的瓦斯气体，但是CH4的含量普遍较低，一般都在1%以下。这种瓦斯气体又被称作是风排瓦斯。这些瓦斯气体由于CH4的浓度非常低，在能源领域几乎没有什么利用价值，因此在大多数情况下都会通过排空的方式来进行处理。

通过上述分析我们可以看出，瓦斯利用的问题主要集中在两个方面，第一个方面是开采过程中所使用的设施设备要保证能够自动适应瓦斯浓度的变化，第二个方面是解决在特定浓度下瓦斯气体的爆炸风险。通常情况下，在煤矿巷道当中抽出的瓦斯气体具有一定的不稳定性，浓度值波动比较大，一般来说在抽排工作开始阶段浓度值比较稳定，但是在一段时间过后浓度值就会降到安全浓度范围之下。据相关统计数据限制，我国九成以上的瓦斯气体属于低浓度级别的瓦斯，具有不同程度的爆炸风险[3]。因此我国相关部门明确规定，浓度低于30%的瓦斯气体禁止在地面上进行运输。低浓度瓦斯气体的运输成为了业内相关研究人员所要去重点研究的问题。

2 瓦斯发电的节能减排作用

2.1 瓦斯发电系统的主要构成

在瓦斯发电站中，主要的系统及设备有煤矿瓦斯开采系统、瓦斯气体预处理系统、内燃发电机、输变电系统以及余热系统等等。其中内燃机是瓦斯发电工作当中节能减排理念实现的重要设备，余热系统是瓦斯发电过程中节能减排理念贯彻的重要创新点。具体的发电流程工艺如下，并对工艺流程当中的每个环节进行全面的分析。

瓦斯抽放站→瓦斯加压站→瓦斯混气站→瓦斯储气柜→瓦斯预处理系统→内燃系统。

瓦斯混气站的主要作用是推动瓦斯储气柜当中瓦斯气体的流动性能，如果瓦斯气体的流动性能较差的话，对不同温度、压力以及浓度瓦斯气体之间的融合会产生一定的影响[4]。通过瓦斯混气站的设置，能够将不同浓度的瓦斯气体进行充分混合，在一定程度上减小了瓦斯发电过程中气体的浪费以及成本的消耗，使其在进入瓦斯储气柜之后能够达到一个科学的平衡点。

瓦斯储气柜的主要用来缓解瓦斯在抽取过程中出现的不稳定性。在瓦斯发电的过程中，内燃发电机组在运行状态时不可避免的会出现检修、调试以及故障等状况，这样一来就会导致瓦斯的输送系统无法及时而准确的供应气体。瓦斯储气柜正是在瓦斯条件不稳定的状况下，对其进行一定程度的平衡和缓冲作用，并且还能够在一段时间内对瓦斯气体进行存储，同时全面调节瓦斯输配系统。在瓦斯储气柜的调节之下，能够有效缓解瓦斯在发电的过程中出现气体浪费和违规排放的现象，实现瓦斯发电的可持续发展。

瓦斯预处理系统化主要是对瓦斯进行全方位的净化处理，通过预处理系统能够全面清除瓦斯气体当中的粉尘和水分，保障其供给参数达到相应的发电标准。在具体运转方面，首先通过系统对瓦斯进行脱水处理，防止瓦斯气体含水量过大，之后对瓦斯气体进行全面过滤，降低瓦斯气体当中的粉尘含量，最后通过罗茨风机对瓦斯气体进行加压，做好发电过程的准备。

内燃系统是瓦斯发电过程中节能环节的核心所在，内燃发电机组只有在瓦斯气体当中甲烷含量超过40%时才能够进入正常的运行状态。传统的内燃机在瓦斯气体处理的过程中会排放出大量的热能，高温烟气温度可以达到400℃以上，如果这些烟气直接排空的话，会对环境造成非常严重的热污染，同时还会造成巨大的热能浪费。因此现阶段，在内燃机当中都会加入余热回收系统，通过余热锅炉来对这些热能进行回收处理，并通过内燃机排气过程中产生的余热和富氧燃烧作用产生热蒸汽，用于生产和日常生活当中。换热之后的燃气从烟囱当中进入大气，在这个过程当中，瓦斯能量完成了充分的转化，大约有40%的能量直接转化为电能，另外有45%转化为热能，从根源上贯彻落实了节能减排的理念，使资源在生产过程中得以循环利用。

结语

本文结合生产情况，详细分析了瓦斯发电技术当中节能减排技术的具体应用，望相关部门及工作人员能够结合实际的生产情况，对文中的具体优化措施进行有效应用。