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低濃度瓦斯發電
Source：Popularity：3436Publication time：2019-04-19
我國煤層氣資源豐富，居世界第三，每年在采煤的同時排放130億m3以上的瓦斯，約折合標煤1 600萬t。
過去除了供暖外，煤層氣沒有找到合理的利用手段，未能充分利用，所以，抽放瓦斯絕大部分排人大氣，花去了費用，浪費了資源，污染了環境。
開發利用煤礦瓦斯具有以下重要意義：
1) 中國的常規石油、天然氣資源相對缺乏，20多年來，中國經濟迅速發展，對能源的需求也越來越大，近年來，中國對國際能源市場的依賴程度日漸加大，中國要想保持經濟持續快速的增長，有必要開發新的能源，改變原有不合理的能源結構；
2) 開發利用煤礦瓦斯具有可觀的經濟效益，現階段國內外原油、天然氣、煤炭等常規能源的價格不斷攀升，而開發利用煤礦瓦斯可以伴隨著煤礦開采的工程進行，節約工程成本；
3) 煤礦瓦斯是煤礦事故的罪魁禍首，國內煤礦礦難百分之70～百分之8O都是由瓦斯爆炸或突出引起，加大煤層瓦斯抽采可以減少礦道內的瓦斯含量，有效預防事故發生；
4) 煤礦瓦斯的主要成分是甲烷，是主要的溫室氣體之一，其對大氣臭氧造成的破壞是CO2的22倍，如果對煤礦瓦斯進行開發利用，還可減少碳排放。
伴隨著煤炭資源的勘探和開采，煤礦瓦斯作為伴生資源被大量發現。煤礦瓦斯按所含甲烷濃度分為四大類：一類是地面抽采煤層氣，甲烷濃度大于百分之80，主要用于民用、汽車燃料、發電等；二類是煤炭開采過程抽排出，甲烷濃度在百分之30至百分之80之間的瓦斯，稱為高濃度煤礦瓦斯，主要用于民用、化工、發電、燃燒等；三類是煤炭開采過程抽排出，甲烷濃度大于或等于百分之3且小于百分之30的，稱為低濃度瓦斯，目前小部分用于發電，大部分直接排空；四類是煤礦通風系統中排出的甲烷濃度低于百分之1的，稱為“通風瓦斯”，直接放散。目前，乏風氧化發電技術研究還處于起步階段。
煤礦瓦斯發電關鍵技術
煤礦瓦斯發電關鍵技術可以概括為瓦斯混合、自動控制、安全阻火三大類，細分為以下幾項：等真空度膜片混合技術；文丘里電控混合器混合技術；雙蝶門混合器電控技術；瓦斯低壓進氣混合技術；低壓大流量先導調壓控制技術；瓦斯阻火技術
瓦斯發電機組主要技術特點
1） 空燃比自動調節技術
通過計算機實現發動機空燃比閉環控制，對于低濃度瓦斯，設計大口徑瓦斯進氣通道。瓦斯與空氣分別由電動蝶門進行控制。當CH4的濃度變化時，發動機自動實時監控燃燒狀況，由控制單元發出指令，執行器調整燃氣通道，從而改變燃氣進氣量，達到自動調節混合比的目的，使發動機空燃比始終保持在理想狀態，整個過程自動實現。無空燃比自動調節技術的機組理論上不能應用于瓦斯發電，實踐也證明沒有空燃比自動調節技術的機組國內沒有成功使用的案例。
2） 低壓進氣技術
針對抽排瓦斯壓力低的特點，機組采用瓦斯與空氣先混合后增壓技術適應煤礦瓦斯壓力低的特點。該技術的應用，可實現直接應用煤礦抽排瓦斯發電的目的。瓦斯壓力到調壓閥前達到3kPa以上就可以達到使用條件，不需要增加加壓裝置，減少投資。未采用此技術的機組需要加壓裝置，增加了投資;同時低濃度瓦斯壓力升高時，爆炸ji限迅速變寬，增加了安全隱患，消耗了電力，降低了發電效益。
3） 稀薄燃燒技術
通過合理匹配配氣系統，利用自主知識產權的新概念燃燒室技術和缸溫控制技術，共同實現稀薄燃燒，降低熱負荷，提高了機組對燃氣的適應性和機組的熱效率，其動力性和可靠性大大提高。未采用此技術的機組，機組容易爆震，同時對燃氣的潮濕性較為敏感，表現為點火困難或點火不連續，直接影響機組運行的可靠性。
4） 防回火技術
公司針對低濃度瓦斯的特點，研制了金屬波紋帶瓦斯管道專用的阻火器，用于發動機的三處阻火點，防止發動機回火。此專用阻火器通過了國家消防總局的批準。
5） 數字點火技術
該技術為勝利動力機械有限公司專利技術，點火系統與美國ALTRONIC公司的產品配套使用，通過在世界范圍內的使用證明：該系統具有較高的可靠性，尤其適用于大功率機組，保證燃氣燃燒充分，機組可靠運行。此點火系統尤其適合多缸機型，使每個氣缸都能在好的狀態工作，發揮機器的性能。
2.3.3 低濃度瓦斯發電技術的安全性
1） 機組本身的安全性
500GF1-3瓦斯發電機組在設計時充分體現了設計原則，充分考慮瓦斯氣體的易燃、易爆性，尤其低濃度瓦斯。機組本身具有多種安全保護裝置：
短路保護；過電流保護；欠壓保護；逆功率保護；發電機熱保護； TEM保護系統。
2） 低濃度瓦斯輸送系統的安全性
① 細水霧輸送系統流程
瓦斯經過水位自控式水封阻火器和金屬波紋帶瓦斯管道專用阻火器，進入瓦斯輸送管道。與瓦斯輸送管道并行的輸水管內的水由水泵加壓，通過水霧發生器在瓦斯輸送管道內連續成霧。細水霧與瓦斯在管道內混合輸送。細水霧凝結,經脫水器脫水后循環使用。
② 濕式水位自控組火器
③ 金屬波紋帶瓦斯管道專用阻火器
④ 細水霧滅火技術
⑤ 循環脫水技術
⑥ 瓦斯輸送系統壓力控制技術
⑦ 細水霧輸送監控技術
瓦斯發電機組經濟效益分析
一般參數
機組運行時間：考慮到機組的正常保養及維護，機組運行時間每年按7200小時計算。
機組運行功率：機組長期運行功率以1000千瓦(機組在大氣壓力為100kPa，環境溫度25℃，空氣相對濕度百分之30，燃氣品質符合相關規定時，能輸出額定功率。并能以額定功率方式連續工作12小時，以百分之90的額定功率長期運行。)。
機 組 折 舊：一般機組大修周期大于30000小時，可經過三次大修，使用年限按10年計算，折舊費用約20萬元每年。
電 價：國家現行政策下，瓦斯發電機組上網電價為:
0.38（基本上網電價）+0.25（國家財政補貼，需根據地區財政政策計算）=0.63元/ kW.h；
結合煤礦實際電量使用情況，充分考慮電站發電自發自用，沖抵電費，電價可按照約0.5元/ kW.h計算
單臺瓦斯發電機組運行經濟效益分析
單臺1100GF-WK2型瓦斯發電機組長期運行功率按1000kW計算。
機組熱耗率：≤10MJ/ kW.h，折合成發電量計算，每標準方純瓦斯可發電3.3～3.5度電。
在CH4含量百分之100工況下，單臺機組運行每小時消耗瓦斯量約303m3;
年發電量：1000kW×7200h＝720萬（kW.h）
年發電產值：720×0.5＝360萬元
運行成本：可控制在55萬元內。平均每千瓦時運行成本在0.075元左右。
具體分析如下：
設備折舊費用：折舊成本按20萬元/年。
配件成本：主要是發動機的機油濾芯、空氣濾芯等，考慮到一些部件的損壞更換，從機組投產到報廢期間內平均配件成本在5萬元/年。
維修成本：機組使用過程中根據機組具體情況，包括中修保養（10000～12000小時中修一次，費用10萬元/臺次）、大修費用（20000～25000小時大修一次，費用平均20萬元/臺次），平均維修成本為（10＋20）×4÷10＝12萬/年。
維護成本：包括人員工資等。電站設站長1名，機組維護工6人，2人一班，實行8小時工作制；維修工2名，一機一電。共9人，平均年薪約3萬，電站每年維護成本約27萬，平均單臺成本按照電站容量計算，若電站由4臺機組組成，則單臺成本約為6.75萬元。
機油成本：單臺機組全年機油成本約為6萬元。
燃氣成本：主要為管道維護成本、凈化成本等，單臺機組可控制在2萬元內。
輔助設備維護及其他：燃氣輸送系統、冷卻系統、電力系統等輔助設備的維護及其他，按2.5萬元計算。
機組運行總成本為：20＋5＋12＋6.75＋6＋2＋2.5=54.25萬元。
平均成本為：54.25萬元÷720萬千瓦時≈0.075元/kW.h
單臺瓦斯發電機組年利潤：360萬元-54.25萬元=305.75萬元。
另，電站可通過配套余熱回收裝置和CDM項目提取CO2減排資金增加經濟效益。
余熱利用產值：機組配備余熱回收裝置，實現熱電聯產。每小時可產生約0.8噸的蒸汽（壓力為0.4－0.6Mpa）；蒸汽價格按200元/噸計算，全年可節約蒸汽成本115.2萬元。
結論
通過該瓦斯發電項目的實施，有效的解決了煤礦瓦斯安全問題和瓦斯抽放對環境的污染，通過熱電聯產，發展了循環經濟，提高了能源的綜合利用率。
發展以瓦斯發電為代表的綠色電力，符合國家鼓勵的產業政策，通過對資源的高效利用，為企業增加了效益，降低了生產成本，而且有利于環境保護，是立國利民、造福社會的綠色環保項目。 
