馮金山

（粵電集團貴州有限公司，貴陽 550000）

1 引言

根據(jù)《京都議定書》規(guī)定，造成溫室效應主要溫室氣體—二氧化碳、甲烷。在煤礦開采中，瓦斯的主要成分就是甲烷，通過低濃度瓦斯發(fā)電技術的應用，可使排空燃燒的瓦斯變害為利，減少甲烷對大氣的污染，降低地球表面的溫室效應，此技術研究意義重大。

2 低濃度瓦斯發(fā)電介紹

我國我國瓦斯發(fā)電分為高濃度瓦斯發(fā)（高于30%）和低濃度瓦斯發(fā)電（底于30%），高濃度瓦斯發(fā)電技術比較成熟，高濃度瓦斯資源匱乏，且隨著時間推移，其濃度降低，需要改進技術，提高對低濃度瓦斯的利用效率，低濃度瓦斯發(fā)電有廣闊的發(fā)展前景。

低濃度瓦斯發(fā)電是利用煤礦瓦斯抽放系統(tǒng)（高、低壓系統(tǒng)）將瓦斯安全可靠輸送到瓦斯發(fā)電機缸體里，在缸體內燃燒釋放的內能推動力使得活塞運動，轉化成電能進行發(fā)電。低濃度瓦斯發(fā)電技術于2004年研發(fā)，并在全國許多煤礦推廣使用。

3 低濃度瓦斯發(fā)電技術分析

3.1 目前實用的低濃度瓦斯發(fā)電技術主要采用以下三種

（1）往復式發(fā)動機。往復式發(fā)動機又稱內燃式發(fā)動機，其熱效率高，國產機組發(fā)動機效率為30%～38%，燃料氣的入口壓力低，通常為3kPa～10kPa之間。

低濃度燃氣內燃式發(fā)動機可利用的瓦斯?jié)舛葹?%～30%，目前國內較成熟的低濃度燃氣內燃式發(fā)動機有500kW、600kW、700kW、1200kW四種。

（2）低濃度瓦斯摻入風排瓦斯發(fā)電。風排瓦斯發(fā)電是利用乏風氧化裝置將風排瓦斯進行氧化反應產生熱能，制取過熱高壓熱水驅動熱水輪機發(fā)電。

（3）聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)。聯(lián)合循環(huán)是煤層氣能源動力轉換效率最高的一種方式，可獲得大約45%以上的熱效率。但聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)適用于大型發(fā)電項目，廠區(qū)設備較多、占地較大，除受到瓦斯?jié)舛鹊南拗仆?，還受到汽輪發(fā)電機組最小發(fā)電機型的限制。

3.2 低濃度瓦斯發(fā)電技術方案

（1）根據(jù)煤礦瓦斯氣體儲量、可抽采量、產能及瓦斯抽放系統(tǒng)（高、低壓）抽放氣量、濃度，總體統(tǒng)一規(guī)劃、以氣定電、適度規(guī)模、分期實施、效益優(yōu)先和方案最優(yōu)的原則。

（2）盡量控制工程造價，工藝流程合理，管線短捷，建筑物緊湊，減少占地，縮短工期，提高綜合經濟效益。

（3）根據(jù)條件和優(yōu)化結構要求，從改善環(huán)境質量、節(jié)約能源，優(yōu)化電站方案。

（4）電站選擇成熟的技術和設備，使瓦斯發(fā)電工程運行效果穩(wěn)定可靠。

（5）電站接入系統(tǒng)應考慮與周圍電網的良好銜接。

4 低濃度瓦斯發(fā)電的節(jié)能減排效果

低濃度瓦斯發(fā)電技術的應用有助于加強煤礦瓦斯綜合治理，可以有效減少甲烷等溫室氣體排放，減少環(huán)境污染，增加企業(yè)環(huán)境、經濟及社會效益，根據(jù)本項目規(guī)模，相應的節(jié)能減排效果分析如下：

4.1 低濃度瓦斯發(fā)電規(guī)模

以某煤礦瓦斯發(fā)電項目為例，煤礦產能為45萬噸/年，礦井相對瓦斯涌出量約56m3/t，絕對瓦斯涌出量約53m3/min。根據(jù)《煤礦瓦斯抽采基本指標》（AQ1026—2006）的要求，礦井絕對瓦斯涌出量40≤Q＜80 m3/min時，礦井瓦斯抽采率應≥40%。經計算，礦井抽采瓦斯量應不小于21m3/min。根據(jù)總體統(tǒng)一規(guī)劃、效益優(yōu)先、留有余地、分期實施原則，項目裝機規(guī)模預計6臺700kW低濃度瓦斯發(fā)電機組。一期安裝3臺700kW國產低濃度瓦斯發(fā)電機組，視瓦斯情況，后期逐步增加機組。

4.2 節(jié)能減排效果分析

項目裝機為6臺（一期3臺）700GF低濃度瓦斯發(fā)電機組，年運行時間按5500h計，電站自耗電率5.75%（一期8.07%）。

4.2.1 項目節(jié)煤量計算

每度電按耗標準煤330克計，可節(jié)約標準煤計算如下：

4.2.2 項目減排量計算

項目實現(xiàn)能源綜合利用，符合CDM項目的要求，減少溫室氣體排放，改善當?shù)氐拇髿猸h(huán)境，保護人類的生態(tài)環(huán)境，具有良好的環(huán)境效益和社會效益。

電站投入運行后年消耗瓦斯純量613.8萬Nm3（一期306.9萬 Nm3），年發(fā)電總量為2310×104kW ·h（一期1155×104kW ·h），年 供電總量為2177.2×104kW ·h（一期1061.8×104kW ·h）。

電站投入運行后每年可減排二氧化碳量計算如下：

年可減排二氧化碳量計算如下：

4.2.2.1 基線排放

（1）通過發(fā)電消耗的碳減排量

項目共設6臺（一期3臺）燃氣發(fā)電機組，年發(fā)電量為2.31×107kW·h（一期1.155×107kW·h）。每年的純甲烷消耗量為613.8萬 Nm3（一期306.9萬 Nm3）。

CH4標況下的密度0.714kg/Nm3，則年消耗甲烷為：

1kgCH4的溫室效應相當于21kgCO2，年發(fā)電消耗甲烷減排量：

（2）電站代替燃煤發(fā)電減排量

年 發(fā) 電 量2.31×107kW ·h（ 一 期1.155×107kW ·h）， 根 據(jù)《2013中國區(qū)域電網基準線排放因子》，南方區(qū)域電網排放因子為0.6496tCO2/MWh，計算如下：

4.2.2.2 項目排放

（1）項目用電量

年自耗電量為241.5kW×5500h=1328.3MWh（一期1023.3 MWh），按南方區(qū)域電網排放因子為0.6496tCO2/MWh計算，折合成CO2量：

該項目的總碳減排量：

年實現(xiàn)減排CO2量為9.41萬噸（一期4.68萬tCO2）。

項目是集資源綜合利用、節(jié)約能源、環(huán)境保護和礦井安全生產為一體的工程，具有良好的節(jié)能效果、環(huán)境效益、經濟效益和社會效益。

5 結束語

低濃度瓦斯發(fā)電技術逐漸在我國得到了推廣應用，其可有效減少主要溫室氣體甲烷的排放量，創(chuàng)造經濟效益的同時提高了資源的利用率、提高了煤礦生產的安全性，具有良好的社會效益和環(huán)境效益。

[1] 李磊：低濃度瓦斯發(fā)電技術研究現(xiàn)狀及展望[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2014，14（2）：86-89.

[2] 劉洪雨：低濃度瓦斯發(fā)電技術在峻德煤礦的應用[J].科學與財富，2017，23（10）：67-69.