高低浓度瓦斯发电对比

一、燃气内燃发电机组

燃气内燃发电机组分为高浓度瓦斯发电机组和低浓度瓦斯发电机组，高浓度瓦斯发电机组要求甲烷含量在25%以上；低浓度瓦斯发电机组要求甲烷含量在12%-25%；根据瓦斯浓度情况选择发电机组型号，低瓦斯发电机组一般选择1MW左右，高瓦斯发电机组一般选择2MW左右。高瓦斯发电机组发电效率比低瓦斯发电机组发电效率略高。瓦斯发电机燃料能量约35%被机组转化为电能，约30%随废气排出，25%被发动机冷却水带走。

低浓度瓦斯发电机组采用电控燃气混合器技术，可以自动控制空燃比，以适应瓦斯的浓度变化，将瓦斯浓度调整9%，此时瓦斯爆炸反应最完全，瓦斯、氧气氧化反应完全，实现零氧平衡，此时爆炸威力也最大，做功效率最高。高低瓦斯发电最大的区别:低浓度处于爆炸极限内的甲烷在进入机组前的过程中是不允许设置储气罐和加压机，而高浓度瓦斯在输送过程中可不设计瓦斯安全输送系统。

二、高低瓦斯发电工艺及区别

瓦斯经过安全输送系统（雾化水系统、水封阻火器、安全阀等）的传输，瓦斯预处理系统对气体杂质、液态水的过滤和气体温度的，进入机组内先进行预混合，之后由涡轮增压器增压、中冷器降温、在缸内用火花塞点火，燃烧后高温高压气体带动缸体活塞和曲轴运动，推动发动机做功，将机械能转化为电能。详细工艺流程见下图：

瓦斯发电工艺系统。瓦斯发电工艺主要包括11项系统，热力系统、燃料供应系统、余热利用系统、瓦斯输送安全装置系统、除灰系统、水处理系统、供水系统、并网工程、电气系统、热工控制系统、附属生产工程、烟气脱硫脱硝系统。各工艺系统详细情况介绍如下：

热力系统：瓦斯与空气在集装箱式内燃机发电机机组进气入口处混合后，进入涡轮增压器增压，再经过中冷器冷却，通过进气管由进气门控制进入气缸，经火花塞点火爆炸氧化，产生动力驱动发电机曲轴旋转，曲轴将动力传给交流发电机，转换成电能输出。主要设备包括燃气发动机和交流发电机，以及配套的管路和设备。

燃料供应系统：矿井瓦斯从井下煤层中，经过瓦斯泵站抽采后，抽排到地面，由瓦斯输送管道经过泵送、离心脱水、制冷脱水等一系列安全处理措施，提供给瓦斯发电机组。主要工程包括：瓦斯预处理土建、罗茨风机设备及安装工程。

余热利用系统：发电机组尾气净化后排烟温度高达400-600℃，直接对空排放将造成热能浪费，为把有效热能充分利用，在排烟筒处设置蒸汽锅炉或者余热锅炉，锅炉将热源提供给用户，解决工业场地冬季取暖供热问题。主要设备包括余热锅炉和配套管路设备。

瓦斯安全输送系统：瓦斯经过瓦斯泵站，增压机增压泵送进入发电机组，沿途需要设置水封阻火器、水雾输送系统、干式阻火器等防爆阻爆安全设施，保证瓦斯输送安全。

除灰系统：在瓦斯输送管道中增加一道滤网，将瓦斯中的粉尘和杂质等固体颗粒物过滤，保证瓦斯纯度和质量。

水处理及供水系统：场地内生活水硬度高，水中钙、镁含量高，容易腐蚀机组和锅炉设备，不利于余热锅炉和机组冷却循环水使用，需要将水进行软化处理，软化后利用水泵提供给机组冷却系统和采暖系统。主要工程包括：水软化车间、水泵、水箱等配套设施。

并网工程：瓦斯发电除提供7%的厂区自发子用之外，富裕电量全部上网，接入附近高压变电站并网运行，与国家电力联网。主要设备包括变压器和配套并网设备。

电气系统：发电站所有电气设备的运行情况需要形成自动监控、测量、保护的电气系统，通过通信技术与发电站管理系统连接，实现电气自动化。主要工程包括：主控系统、高低压开关、电缆、照明、防雷接地等电气设备。

热工控制系统：为了提高电站自动化水平，保证机组安全经济运行，提高效率，减轻运行人员的劳动强度，需要对瓦斯发电机组设备实行集中控制，保证机组安全运行。主要工程包括热工控制、微机监控、火灾报警、工业电视系统等。

附属生产系统：瓦斯发电项目除主要生产系统工程之外，还需配套建设消防系统、室外给排水系统、场地土方、围护等及其他附属生产系统，服务于主要生产系统。

烟气净化系统：瓦斯爆炸做功会产生粉尘、氮氧化合物等有害气体，为保证尾气排放满足国家环保要求，必须对排放的废气进行净化处理。在排气管道设置尿素催化剂喷嘴，催化剂在高温作用下分解成NH3和H20，与尾气混合后产生化学反应，产生氮气和水排到大气中，减少大气污染。主要设备包括：尿素溶液储罐、输送装置、计量装置等其他配套设备。

高低瓦斯发电工艺区别。高瓦斯发电与低瓦斯发电工艺系统基本相同，高瓦斯发电没有瓦斯安全输送系统，低浓度瓦斯地面安全输送技术目前主要有三种方式，即细水雾混合安全输送装置（如胡底电厂）、瓦斯输送自动喷粉抑爆装置（如岳城电厂）、两相流安全输送装置。其他电力系统、燃料供应系统、余热利用系统等系统基本相似。

三、瓦斯发电投资效果分析

因低浓度瓦斯不能储存，瓦斯气源受限，低瓦斯发电项目规模相对较小，低瓦斯发电机组与高瓦斯发电机组除对气源浓度要求不同之外，其他各项技术参数基本相同。工程投资主要取决于规模大小、设备选型标准、生产工艺等相关因素。投资1MW瓦斯发电单位投资额600-1000万元，规模越大，单位投资额越小。高瓦斯发电项目1度电瓦斯消耗量0.26立方，低瓦斯发电项目1度电瓦斯消耗量0.3立方，高瓦斯发电效率比低瓦斯发电效率略高。

从投资效益看，低浓度瓦斯价格0.3元/立方，高浓度瓦斯价格0.4元/立方。按照0.509元/度电计算，一立方纯瓦斯的发电量是3.3度电，除去设备维护、人工费、维简投入等0.3元/度电。瓦斯发电效益为0.509-0.3=0.209元/度电,一个6MW规模的瓦斯电厂，年工作6000小时，年收益=6000*6000*0.209=752.4万元。投资回收期一般为6~12年，瓦斯发电项目根据规模收益情况，投资效益较理想。

近几年集团公司煤矿矿井瓦斯抽采量逐年增加，瓦斯发电利用空间较大。瓦斯利用成为集团公司转型发展的重点工程，做大做强燃气主业成为当前重要任务，2018年对电力产业提出“特色发电、清洁利用、煤电联营、专业运营”的发展原则，瓦斯发电项目成为解决瓦斯高效利用的主要手段，2018年本部矿井瓦斯抽采量打14.7亿立方（不包括地面抽采），详见下表。

2018年集团公司瓦斯抽采量计划

五、集团公司瓦斯发电项目未来趋势

一是充分利用低瓦斯发电。集团公司已有的瓦斯发电站采用的机组对瓦斯浓度要求都是不低于12%，导致低于12%的瓦斯空排，造成资源浪费。低浓度瓦斯发电机组在运行中，当出现了小于12%的低浓度瓦斯时，发电机机组无法正常运行; 而采用高浓度瓦斯发电时，如果机组空燃比调节受限，机组会出现启动困难。对此，采取高、低浓度瓦斯混掺发电技术，既提高瓦斯利用率，减少瓦斯排放，增加了发电量。

高、低浓度瓦斯混掺后，改善了瓦斯浓度，既弥补了低浓瓦斯因浓度过低无法利用，又降低了高浓度瓦斯因浓度过高、空燃比受限等安全问题。高、低浓度瓦斯混参后满足发电机组对瓦斯浓度要求。减少低瓦斯排空，提高瓦斯整体利用率，增加发电量，高、低浓度瓦斯混掺技术成熟，工艺相对简单，可以在电力产业板块引用。同时，在瓦斯发电项目建设阶段，尽可能选用瓦斯浓度范围区域范围大的发电机，近可能将低瓦斯全部利用。

二是探索研究乏风利用。甲烷浓度低于0.75%的煤矿瓦斯称乏风，当前集团公司所属矿井通风瓦斯均未被利用，由于乏风的甲烷含量极低，如果进行分割提纯成本较大，不经济，而且这种浓度的甲烷也不能直接燃烧，长期以来只能空排。

采用热氧化技术可以在合理的成本投入下带来显著的减排效果。其工作原理是基于甲烷在800oC以上的环境条件下能与氧气发生剧烈的氧化放热反应产生热能，通过氧化装置制取过热高压蒸汽驱动蒸汽轮机发电，蒸汽余热则可供煤矿职工洗澡、矿区冬季采暖、煤矿进风口空气预热等。目前在中国多个矿井应用，如：山东胜动集团、陕西彬长矿业集团等煤矿推广应用，充分利用燃气资源。集团公司如能将所属矿井乏风瓦斯全部利用，其经济效益会非常可观。

发展规划局  

刘文将     

2018年6月8日