低浓度瓦斯发电技术及应用
摘要：本文对低浓度瓦斯发电方面的技术进行探讨，并提出了
如何将这项技术推广使用。
关键词：瓦斯 浓度
中图分类号：s7 文献标识码：a 文章编号：
1007-0745(2011)01-0181-01
我国地大物博，瓦斯储量非常丰富，如果将瓦斯更加完善的利
用起来，会对我国有很大的帮助，瓦斯很有多用途，在这里，着重
讲解一下瓦斯的发电技术，目前国内外还没有一种安全可靠的开发
利用方式，在这之前，国内外瓦斯发电使用的瓦斯的浓度一般在
25％以上，对于浓度低于25％的瓦斯，国内外还没有。在矿井中，
瓦斯含量特别大，如果将这部分瓦斯利用起来，经过提纯，可以利
用瓦斯燃烧产生热量，用来发电，不仅减少了矿井作业的安全隐患，
还增加的新能源。
一、低浓度瓦斯来源
低浓度瓦斯发电这项技术适合用于煤量储存丰富的地方，矿井
中瓦斯的含量非常高，需要安装一套瓦斯抽放系统，将煤矿井中的
瓦斯收集起来，降低了井道中的瓦斯含量，有利于安全工作，同样
瓦斯的输送过程同样重要，如果一旦泄露，危害很大，所以对整个
管道施工工艺要求非常高。煤层气(煤矿瓦斯)主要成分是甲烷，其
热值是通用煤的2-5倍。1立方米纯煤层气的热值相当于1.13kg汽
油、1.21 kg标准煤，与天然气相当。因此，煤层气可以与天然气
混输混用，而且燃烧后很洁净，几乎不产生任何废气，是优质的工
业、化工、发电和居民生活燃料。
据统计，2009年，全国煤层用户超过87万户，以煤层气为燃料
的汽车超过4000辆，瓦斯发电装机容量超过92万千瓦。然而，这
样的规模远远不能将目前采出的煤层气利用起来，一大部分煤层气
采出后仍然被排空了。以目前煤层气上游业务发展的态势看，煤层
气下游市场的前景将非常广阔，煤层气终端利用项目的开发亟待推
进。煤层气液化是指煤层气经净化、提纯后，在一定的温度压力下，
从气态变成液态的工艺。通过研究热力均匀控制技术、氧化过程气
流换向控制和换向过程中逃逸甲烷气体回收氧化技术以及抽排瓦
斯。
二、瓦斯浓度控制
若采用深冷精馏的方法，可把浓度为35％-50％的矿井瓦斯提纯
液化为浓度为99.8％的lng(液化天然气)。煤层气液化后，体积将
缩小600倍，可大大降低运输成本。使用lng槽车运送，可以随气
源和用户的改变而改变运输路线，甚至可以作为天然气管道调峰资
源使用。近年来，液化煤层气业务逐渐成为了煤层利用项目的新宠。
通风瓦斯是指甲烷浓度低于0.75％的煤矿瓦斯，由于其甲烷含量极
低，如果进行分离提纯，耗能远远超过获取的甲烷能量，很不经济。
这种浓度的甲烷也不能直接燃烧，所以长期以来只能排空。
据统计，在我国煤矿排放的甲烷中，矿井占80％左右。从2006
年初开始进行煤矿通风瓦斯利用技术的探索，并于2008年开始进
行氧化利用技术及装置的试验研究和产品开发，在陕西彬长矿业集
团大佛寺煤矿完成了6万立方米／小时煤矿氧化装置性能试验和工
业性稳定运行试验，各项参数均达到设计要求，是全国目前单台处
理能力最大的通风瓦斯氧化装置。氧化反应装置通过内置加热器加
热启动后，利用低浓度甲烷自身氧化释放热量并能自行稳定连续运
行的特点，用热交换器转化成蒸汽进行利用，是煤矿节能减排的有
效技术。氧化装置运行无振动、无噪声、不产生二次污染；低压进
入氧化装置，能耗少；应用操作方便、安全性高。此项技术构思和
产品设计为煤矿通风瓦斯处理和利用提供了有效的新技术和新装
备。
三、低浓度瓦斯发电应用
目前低浓度瓦斯发电技术已在我国许多煤矿广泛使用：北到东
三省，中到河南、安徽、江西，南到重庆、贵州，共有70多个发
电站在13个产煤省在使用，日发电量达到350万千瓦时，一年下
用掉瓦斯4亿立方米，可以替代50万吨标准煤。其中贵州水城大
湾煤矿通过在瓦斯发电站总进气管上增加水封式阻火器和19个雾
化装置，在每台发电机组上增加1个旋风式分离器和7个阻火器，
使发电机组在瓦斯浓度达到8％以上时即可以开机发电。现有瓦斯
发电机组16台，装机容量为8000kw(16台*500kw／台)，发电效率
在80％左右。在其发电机尾气排放处设立了余热回收装置烧水，解
决了全矿职工家属洗澡用水问题。
我公司离柳矿区沙曲煤矿沙曲煤矿井田位于吕梁山脉的中段西
部、河东煤田中段，矿井现工业场地距柳林县城约5km，井田面积
138.3535km2，2004年11月设计生产能力300万怕的沙曲矿一期工
程建成投产。2006年度全矿井生产原煤2.4mt／a，瓦斯绝对涌出
量为306m3／min，瓦斯平均抽放纯流量165.6m3／min。预计到2011
年矿井生产能力达到5mt／a时，预计抽采瓦斯纯量达555.0m3／min
随着瓦斯抽采量的逐年增加，为充分利用沙曲矿丰富的煤层气资
源，发展循环经济，节约能源，改变生态环境，实现能源的综合利
用，华晋焦煤有限责任公司本着建设绿色矿区和保障企业可持续发
展的原则，大力建设瓦斯发电项目，并根据瓦斯浓度的不同，高浓
度瓦斯发电项目规模14mw已建成发电运行：低浓度瓦斯发电项目
规划2011年在南翼抽放站附近建成低浓瓦斯发电项目一期工程，
建设规模为10x500kw。2012年在南翼抽放站附近建设低浓瓦斯发
电项目二期工程，建设规模为10x500kw。2014年在北翼抽放站建
设低浓瓦斯提纯试验项目，建设规模为小时处理混合气量10000m3。
“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。建设低浓度瓦斯发电项目，最大限度的减少煤矿瓦斯气
体的排放，变费为宝，变害为宝，为企业和社会提供热能和电能。
四、其他效益
瓦斯发电后的余热可以供暖，提供生活用水，从而最大限度的
实现瓦斯的综合利用。瓦斯发电的另一个好处是减少环境污染。在
很多国家，矿井的瓦斯被排出后直接释放到大气中去，对环境造成
严重污染。将瓦斯变为再生能源首先需要矿井瓦斯开采设备、矿井
瓦斯预加工设备、燃气发动机及联合热电站。煤矿瓦斯大部分从通
风系统随主风机排出，瓦斯与风混在一起，其甲烷含量一般都低于
1％，很难直接用作燃料。因此人们通过一台可调速的空气压缩机
对瓦斯进行压缩，然后使瓦斯在通常的气体内燃机中进行燃烧，内
燃机带动发电机发出电能。在燃烧过程中内燃机的热量还被再次利
用。输入的燃料能量中41％转变为电能，45％转变为热能。
结论：1、低浓度瓦斯发电是一项新技术，还有待遇于继续开发
完善此项技术，合理利用现有资源。2、节能减排是现在追求的大
方向，瓦斯发电不仅减少了环境的污染，还能保护矿工生命的安全。
参考文献：
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