劉超宏

（山西西山煤電股份有限公司馬蘭礦 山西古交 030205）

引言

我國具有相當(dāng)大的煤礦瓦斯儲量，據(jù)相關(guān)統(tǒng)計報告顯示，我國的煤礦瓦斯總儲存量可以達到36 萬億m3，每年從煤礦瓦斯當(dāng)中提取出的CH4總量可以達到150 億m3。但是從目前的發(fā)展趨勢來看，我國對煤礦瓦斯當(dāng)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氣體排放到大氣當(dāng)中，對我國的生態(tài)環(huán)境造成了非常大的污染。CH4是一種對大氣危害非常大的氣體，但是其在發(fā)電工作當(dāng)中卻有著巨大的作用，平均每35 億CH4可以生產(chǎn)出130 億kWh 的電量，這樣一來就實現(xiàn)了經(jīng)濟效益和社會效益的統(tǒng)一。在下文當(dāng)中筆者將以此作為切入點，對如何提升瓦斯發(fā)電技術(shù)當(dāng)中的節(jié)能減排能力進行詳細的分析。

1 煤礦瓦斯的特性以及采集流程

煤礦瓦斯存在于石煤層當(dāng)中，每個石煤層當(dāng)中都會存在一定量的天然甲烷和空氣的混合性氣體，這就是我們所說的煤礦瓦斯。煤礦瓦斯的產(chǎn)生原理是通過有機物的碳化過程產(chǎn)生的，整個碳化過程非常漫長，往往需要上億年的時間，因此煤礦瓦斯是我國非常重要的一種資源。煤礦瓦斯本身不具有毒性，但是當(dāng)濃度在5%-15%區(qū)間之內(nèi)非常容易發(fā)生爆炸現(xiàn)象，對煤礦的安全生產(chǎn)造成了非常大的威脅。煤礦瓦斯雖然對煤礦開采工作產(chǎn)生了非常大的威脅，但是從能源的發(fā)展角度來看，煤礦瓦斯是一種性能非常卓越的清潔能源，如果利用得當(dāng)?shù)脑?，會使我國能源生產(chǎn)行業(yè)的經(jīng)濟效益得到實質(zhì)性的提升，避免由于能源緊張問題影響日常的生產(chǎn)活動。

煤礦瓦斯的開采方式主要有三種，分別是地面鉆井開采方式、井下抽放系統(tǒng)和地面輸送系統(tǒng)采集方式以及煤礦通風(fēng)方式。地面鉆井開采技術(shù)是最為基礎(chǔ)的瓦斯開采技術(shù)，該技術(shù)所采集的沒狂暴瓦斯當(dāng)中CH4的濃度非常高，平均可以達到90%以上，其成分特征與天然氣非常類似[1]。因此采集到的氣體可以通過天然氣發(fā)電設(shè)備進行發(fā)電或者將其作為民用燃料使用，整體的技術(shù)水平要求相對較低，同時經(jīng)過長時間的發(fā)展，技術(shù)較為純熟。

井下抽放系統(tǒng)和地面輸送系統(tǒng)結(jié)合的開采方式所提取出瓦斯的CH4濃度大約在5-80%區(qū)間之內(nèi)，其中大部分為濃度較低的CH4[2]。該濃度下的瓦斯由于存在非常大的爆炸風(fēng)險，因此從應(yīng)用角度上來看收到非常大的局限。一直以來，濃度在5-30%濃度區(qū)間之內(nèi)的瓦斯利用是能源行業(yè)當(dāng)中一項重要的技術(shù)難題，經(jīng)過近幾年來的發(fā)展，雖然該技術(shù)取得了一定程度上的進步，但是在應(yīng)用層面上仍處于粗淺的層面，無法進行規(guī)模化使用。

煤礦通風(fēng)方式能夠排出大量的瓦斯氣體，但是CH4的含量普遍較低，一般都在1%以下。這種瓦斯氣體又被稱作是風(fēng)排瓦斯。這些瓦斯氣體由于CH4的濃度非常低，在能源領(lǐng)域幾乎沒有什么利用價值，因此在大多數(shù)情況下都會通過排空的方式來進行處理。

通過上述分析我們可以看出，瓦斯利用的問題主要集中在兩個方面，第一個方面是開采過程中所使用的設(shè)施設(shè)備要保證能夠自動適應(yīng)瓦斯?jié)舛鹊淖兓诙€方面是解決在特定濃度下瓦斯氣體的爆炸風(fēng)險。通常情況下，在煤礦巷道當(dāng)中抽出的瓦斯氣體具有一定的不穩(wěn)定性，濃度值波動比較大，一般來說在抽排工作開始階段濃度值比較穩(wěn)定，但是在一段時間過后濃度值就會降到安全濃度范圍之下。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)限制，我國九成以上的瓦斯氣體屬于低濃度級別的瓦斯，具有不同程度的爆炸風(fēng)險[3]。因此我國相關(guān)部門明確規(guī)定，濃度低于30%的瓦斯氣體禁止在地面上進行運輸。低濃度瓦斯氣體的運輸成為了業(yè)內(nèi)相關(guān)研究人員所要去重點研究的問題。

2 瓦斯發(fā)電的節(jié)能減排作用

2.1 瓦斯發(fā)電系統(tǒng)的主要構(gòu)成

在瓦斯發(fā)電站中，主要的系統(tǒng)及設(shè)備有煤礦瓦斯開采系統(tǒng)、瓦斯氣體預(yù)處理系統(tǒng)、內(nèi)燃發(fā)電機、輸變電系統(tǒng)以及余熱系統(tǒng)等等。其中內(nèi)燃機是瓦斯發(fā)電工作當(dāng)中節(jié)能減排理念實現(xiàn)的重要設(shè)備，余熱系統(tǒng)是瓦斯發(fā)電過程中節(jié)能減排理念貫徹的重要創(chuàng)新點。具體的發(fā)電流程工藝如下，并對工藝流程當(dāng)中的每個環(huán)節(jié)進行全面的分析。

瓦斯抽放站→瓦斯加壓站→瓦斯混氣站→瓦斯儲氣柜→瓦斯預(yù)處理系統(tǒng)→內(nèi)燃系統(tǒng)。

瓦斯混氣站的主要作用是推動瓦斯儲氣柜當(dāng)中瓦斯氣體的流動性能，如果瓦斯氣體的流動性能較差的話，對不同溫度、壓力以及濃度瓦斯氣體之間的融合會產(chǎn)生一定的影響[4]。通過瓦斯混氣站的設(shè)置，能夠?qū)⒉煌瑵舛鹊耐咚箽怏w進行充分混合，在一定程度上減小了瓦斯發(fā)電過程中氣體的浪費以及成本的消耗，使其在進入瓦斯儲氣柜之后能夠達到一個科學(xué)的平衡點。

瓦斯儲氣柜的主要用來緩解瓦斯在抽取過程中出現(xiàn)的不穩(wěn)定性。在瓦斯發(fā)電的過程中，內(nèi)燃發(fā)電機組在運行狀態(tài)時不可避免的會出現(xiàn)檢修、調(diào)試以及故障等狀況，這樣一來就會導(dǎo)致瓦斯的輸送系統(tǒng)無法及時而準確的供應(yīng)氣體。瓦斯儲氣柜正是在瓦斯條件不穩(wěn)定的狀況下，對其進行一定程度的平衡和緩沖作用，并且還能夠在一段時間內(nèi)對瓦斯氣體進行存儲，同時全面調(diào)節(jié)瓦斯輸配系統(tǒng)。在瓦斯儲氣柜的調(diào)節(jié)之下，能夠有效緩解瓦斯在發(fā)電的過程中出現(xiàn)氣體浪費和違規(guī)排放的現(xiàn)象，實現(xiàn)瓦斯發(fā)電的可持續(xù)發(fā)展。

瓦斯預(yù)處理系統(tǒng)化主要是對瓦斯進行全方位的凈化處理，通過預(yù)處理系統(tǒng)能夠全面清除瓦斯氣體當(dāng)中的粉塵和水分，保障其供給參數(shù)達到相應(yīng)的發(fā)電標準。在具體運轉(zhuǎn)方面，首先通過系統(tǒng)對瓦斯進行脫水處理，防止瓦斯氣體含水量過大，之后對瓦斯氣體進行全面過濾，降低瓦斯氣體當(dāng)中的粉塵含量，最后通過羅茨風(fēng)機對瓦斯氣體進行加壓，做好發(fā)電過程的準備。

內(nèi)燃系統(tǒng)是瓦斯發(fā)電過程中節(jié)能環(huán)節(jié)的核心所在，內(nèi)燃發(fā)電機組只有在瓦斯氣體當(dāng)中甲烷含量超過40%時才能夠進入正常的運行狀態(tài)。傳統(tǒng)的內(nèi)燃機在瓦斯氣體處理的過程中會排放出大量的熱能，高溫?zé)煔鉁囟瓤梢赃_到400℃以上，如果這些煙氣直接排空的話，會對環(huán)境造成非常嚴重的熱污染，同時還會造成巨大的熱能浪費。因此現(xiàn)階段，在內(nèi)燃機當(dāng)中都會加入余熱回收系統(tǒng)，通過余熱鍋爐來對這些熱能進行回收處理，并通過內(nèi)燃機排氣過程中產(chǎn)生的余熱和富氧燃燒作用產(chǎn)生熱蒸汽，用于生產(chǎn)和日常生活當(dāng)中。換熱之后的燃氣從煙囪當(dāng)中進入大氣，在這個過程當(dāng)中，瓦斯能量完成了充分的轉(zhuǎn)化，大約有40%的能量直接轉(zhuǎn)化為電能，另外有45%轉(zhuǎn)化為熱能，從根源上貫徹落實了節(jié)能減排的理念，使資源在生產(chǎn)過程中得以循環(huán)利用。

結(jié)語

本文結(jié)合生產(chǎn)情況，詳細分析了瓦斯發(fā)電技術(shù)當(dāng)中節(jié)能減排技術(shù)的具體應(yīng)用，望相關(guān)部門及工作人員能夠結(jié)合實際的生產(chǎn)情況，對文中的具體優(yōu)化措施進行有效應(yīng)用。