曾是“梦魇”的瓦斯如何变废为宝？

　　中国环境报记者 周雁凌 季英德 见习记者 陈加宝

　　“我们的电站能发电了。”当4月中旬记者来到山东省新汶矿业集团赵官煤矿时，从矿长到普通工人，每一位赵官煤矿人依然掩饰不住兴奋之情。瓦斯发电的背后，是赵官煤矿人连续52天的奋战。

　　“低浓度瓦斯可以发电了，”这个消息让许多研究瓦斯利用的专家激动不已。

　　“科学发展，和谐赵官。”山东省委常委、副省长王军民在参观了赵官煤矿低浓度瓦斯发电站后欣然题词。

　　低浓度瓦斯发电魅力何在，为什么能够有如此大的吸引力，而让专家们和政府官员如此关注？

　　“我们严格执行‘先抽后采、监测监控、以风定产’的12字方针，全面构建‘通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位’的工作体系，提出了瓦斯灾害‘专业化治理、资源化利用、产业化发展’的目标。”赵官煤矿矿长何希霖告诉记者，从决定引进设备到一次性安装调试运行成功，仅用52天就建成了国内首座低浓度瓦斯发电站，既保障了煤矿生产安全又实现了资源综合利用，促进了节能减排。

　　瓦斯，曾是挥不去的梦魇

　　瓦斯的正式名称叫煤层气，又称煤层瓦斯、煤层甲烷，主要成分为甲烷(C　H4)，是煤矿的伴生气体，是造成煤矿事故的重要祸首。煤层气浓度达到5%~16%时，如遇明火，即可燃烧发生爆炸。一些煤矿常常因生产条件差、通风不畅、瓦斯抽采不及时或不充分而酿成代价惨痛的安全事故。

　　近几年来，瓦斯爆炸事故频频发生。如2007年12月5日，山西省临汾市洪洞县瑞之源煤业有限公司发生特大瓦斯爆炸事故；2008年9月21日，河南省登封市郑州广贤工贸有限公司新丰二矿发生特大煤矿瓦斯事故；2009年11月21日，黑龙江省龙煤集团鹤岗分公司新兴煤矿发生特大瓦斯爆炸事故。每一次事故都触目惊心，瓦斯成为名符其实的“煤矿杀手”，也成为无数煤矿职工挥之不去的梦魇。

　　“煤矿开采条件差、管理不力、通风不畅导致瓦斯积聚、抽放系统不能有效运行等因素是造成瓦斯事故多发的主要原因，做好瓦斯抽放，搞好瓦斯治理，减少矿井瓦斯涌出量，防止瓦斯爆炸是保障煤矿生产安全的根本措施。”赵官煤矿副矿长湛厚星如是说。

　　“瓦斯不治、矿无宁日”。为降低煤矿瓦斯事故，确保煤矿生产安全，国家有关部门全力攻坚瓦斯治理。经过几年的努力，煤矿瓦斯事故逐年下降。数据显示，2005年全国煤矿发生瓦斯事故414起，到2008年全国煤矿发生瓦斯事故182起，比2005年下降56%。

　　国家发展和改革委员会副主任、国家能源局局长张国宝去年12月在煤矿瓦斯防治部际协调领导小组第七次会议上表示，虽然近年来中国煤矿瓦斯防治工作取得阶段性成效，但目前仍没有从根本上遏制住重大瓦斯事故，形势依然严峻，瓦斯防治始终是煤矿安全生产的重中之重。

　　“造成瓦斯爆炸事故并不是瓦斯的唯一危害，瓦斯中的甲烷是一种仅次于氟利昂的温室气体，能破坏大气的臭氧层，其温室效应是CO2的21倍。长期以来低浓度瓦斯都是直接放掉，既破坏了生态环境又造成了资源浪费。”湛厚星告诉记者，利用高浓度瓦斯发电技术现在已趋向成熟，仅在国内就有多家，但对低浓度瓦斯的开发利用研究却相对滞后，赵官煤矿超低浓度瓦斯发电在国内还是第一家。

　　开低浓度瓦斯发电先河

　　记者在赵官煤矿瓦斯发电站看到，水泵间、真空泵间、管道间、发电机房、控制室、配电室等瓦斯发电系统各

　　环节衔接有序、布局紧凑、管理规范。工作人员向记者介绍说，瓦斯发电流程主要包括瓦斯抽采和发电两大环节，瓦斯被抽采上来后进入瓦斯专用输送管道，在管道中经过冷却等技术处理后成为发电燃料，通过瓦斯发电输气系统传送到瓦斯发电机组，并最终转化成可利用的电能。这样，一种危险而又有害的气体就变成了有效的清洁能源。

　　“对于大量浓度低于25%的瓦斯，国内外还没有一种安全可靠的开发利用方式，一般都是抽采后直接排放。”湛厚星说，低浓度瓦斯发电目前需要突破两大难题：一是各个煤矿的实际情况不一样，而且随时都在变化，传统的发电机组很难以不变应万变；二是低浓度瓦斯的安全输送问题。

　　低浓度瓦斯由于瓦斯含量少、稳定性差，且接近爆炸极限，传统发电机难以适应，发电操作难度比较大。因此，如何开发利用低浓度瓦斯，成了近年来瓦斯研究专家努力攻关的一大课题。

　　“我们煤矿按照‘以气定电，适度规模’的原则确定电站规模，按目前的浓度1Nm3(标准立方米)纯瓦斯可发电3.18度计算，赵官煤矿目前纯瓦斯抽排量约为324Nm3/h，每小时可发电1030.32度。考虑到瓦斯抽排量以后有提高的可能，为保证瓦斯抽排泵站建成后机组充分利用排出的瓦斯量，我们投资554.5万元，选用4台(一期工程为两台)胜动集团(胜利油田胜利动力机械集团有限公司)的500KW的低浓度瓦斯发电机组，建成地面发电站。”

　　记者了解到，胜动集团研发的低浓度瓦斯发电机组，不仅解决了低浓度瓦斯长距离地面安全输送问题，而且让5%~25%低浓度瓦斯的利用成为可能，为低浓度瓦斯稳定作为发动机燃料进行发电提供了保障。”

　　赵官煤矿党群部主任李强告诉记者，为确保瓦斯得到高效全面抽采，矿里投资570万元建成一采区瓦斯抽采泵站，安装了移动式瓦斯抽采泵4台，抽采高浓度瓦斯；投资1218万元建设地面瓦斯抽采泵站，安装两台瓦斯抽采泵通过管网与井下瓦斯抽采泵连接，形成井上下瓦斯抽采系统。与山东煤田地质局合作，利用先进的定向钻井工艺，将预抽钻孔在煤层中布置，地面瓦斯预抽井网状布置，形成井上下瓦斯抽采的立体系统，实现预采煤层的“先抽后采”，为瓦斯发电提供源源不断气源。

　　为确保瓦斯输送安全，保障发电机组正常运行，赵官煤矿在瓦斯输送管线上安装了水位自控式水封阻火器、丝网过滤器、瓦斯管道专用阻火器等设备，并通过瓦斯与细水雾混合输送系统，将低浓度瓦斯输送到发电站。

　　同时，在瓦斯输送主管线上每隔20米设置一个水雾发生器，瓦斯通过水雾发生器后含有水雾，避免了火焰的产生，并起到阻火的作用，有效保证了瓦斯管道输送的安全性。

　　“我们在每个电站低压配电室内各设置一套细水雾瓦斯输送监控系统，通过采集水雾输送系统的压力、温度、流量等相关参数，实现运行参数实时显示，对超限参数进行报警，并自动控制输送系统执行相关操作，这样就能有效的保证输送系统的安全可靠。”湛厚星说。

　　赵官煤矿还在发电机房及雾化水池安装区内设置可燃气体检测探器，用于检测可燃气体的浓度，实现发电机房及雾化水池安装区燃气浓度检测及泄漏报警。

　　湛厚星表示，他们还成立了山东新岩采矿安全工程有限公司，组建了瓦斯治理专业化队伍，投资300万元，装备了全省第一家瓦斯治理实验室，为瓦斯预抽提供技术指导，进一步确保瓦斯抽采万无一失。

　　综合效益显著，“杀手气”变“造福气”

　　“没有开发利用的瓦斯是矿难的罪魁祸首，但它又是一种燃烧洁净，几乎不产生任何废气的上好的清洁燃料，把瓦斯抽采出来，用于发电，罪魁祸首就摇身一变成为宝贝了。”湛厚星说。

　　近年来，我国不断加大瓦斯综合利用开发力度，瓦斯发电作为一种较好的利用方式，普遍受到青睐。但由于目前国内外建设的瓦斯发电厂使用的瓦斯中甲烷浓度一般在30%以上，对于大量浓度低于30%甚至更低浓度的瓦斯，仍然没有得到有效利用，大部分低浓度瓦斯被直接排放到大气中。

　　“我们矿建成全国首座低浓度瓦斯发电站，变被动抽采为主动开采，有效地降服了瓦斯爆炸这条猛虎，并转化为有效能源，极大地保障了煤矿生产完全，”湛厚星说。

　　发电站工作人员告诉记者，通过采瓦斯发电，不仅有效消除了矿井重大安全隐患，而且减少了温室气体排放，保护了环境。目前赵官煤矿安装运转的一期工程两台发电机组，年发电量660万度，消耗纯瓦斯量约240万m3，年可减少相当于24.7万吨二氧化碳排放。”

　　低浓度瓦斯发电先河的开创得到的不仅是节能减排效益，经济效益也是相当可观。湛厚星给记者算了一笔账，目前两台瓦斯发电站年可发电近700万度，按照现在0.72元/度的电价，用不了4年的时间，就可收回2000余万元的发电站建设投资。同时，瓦斯电站输出的电能用于煤矿自用电负荷，减少外网市电的用量，国家对电价还会给予一定补贴。运作成熟后，通过运作CDM项目，出售CO2减排指标，也可增加一些碳减排量收入，经济效益将十分显著。可以说，瓦斯发电能够取得“一石三鸟”的效果：安全效益、经济效益和环保效益。

　　赵官煤矿还对瓦斯发电机组在运行中产生的少量废气、噪声、废水、废油等都进行了妥善处理，防止对周围环境产生污染。瓦斯经瓦斯机组燃烧后，会产生少量SO2、NOx等有害气体。由于瓦斯含H2S量极少，经瓦斯机组燃烧后几乎不产生二氧化硫。NOx与发动机燃烧室主燃烧区温度存在一定的关系，在发动机设计中，已通过选择合适的主燃区温度控制了NOx的生成量，可完全满足《大气污染物综合排放标准》中的Ⅲ级排放标准。

　　“建设瓦斯发电站，是我们转变发展方式，贯彻落实科学发展观，走循环经济发展之路的具体体现。”湛厚星一脸自豪地说。

　　瓦斯产业期待突破资金政策瓶颈

　　近几年，不断出现的煤荒、电荒、油荒等现象敲响了我国能源危机的警钟，能源紧张状况已经成为我国可持续发展道路上的拦路虎。作为一种优质高效清洁能源，瓦斯可用于发电燃料、工业燃料和居民生活燃料等，成为一种热值高的洁净能源，大规模开发利用潜力巨大。

　　据统计，全球埋深浅于2000米的瓦斯资源约为240万亿立方米，是常规天然气探明储量的两倍多，世界产煤大国都十分注重煤矿瓦斯的开发利用。美国是世界上最早开始瓦斯开发的国家，也是目前开发规模最大、最为成功的国家，2007年，全美瓦斯销售量占天然气销售总量的比例达到8.7%。瓦斯发电在德国利用较为成功，鲁尔集团在萨尔洲每年获取甲烷浓度为50%的煤矿瓦斯，用于热电经营。

　　据了解，2009年初国土资源部评估结果显示，我国埋深2000米以下瓦斯地质资源量为36.8万亿立方米，是世界上继俄罗斯、加拿大之后的第三大储量国，但我国煤矿瓦斯抽采利用还处在起步阶段，与欧美等发达国家存在较大差距。我国煤矿瓦斯抽采的总量并不大，矿井瓦斯平均抽采率只有23%，这也导致了瓦斯灾害始终是我国煤矿安全生产的最大危害。

　　因此，无论从煤矿安全还是新能源利用方面考虑，加快瓦斯开发利用都迫在眉睫。

　　近年来，国家不断加大瓦斯开发力度，2006年国务院下发了《关于加快煤层气(煤矿瓦斯)抽采利用的若干意见》(国办发［2006］47号)，加大瓦斯开发扶持力度。

　　同年，国家发改委编制了我国首部《煤层气(煤矿瓦斯)抽采利用“十一五”规划》，规划要求，到2010年全国瓦斯产量将达100亿立方米，利用80亿立方米，新增煤层气探明地质储量3000亿立方米，逐步建立煤层气和煤矿瓦斯开发利用产业体系。

　　同时，国家还出台了各种政策，鼓励各类企业利用各种方式开发利用煤层瓦斯，打破专营权、税收优惠、财政补贴等多项扶持政策，鼓励瓦斯开发利用，中国瓦斯产业化雏形渐显。

　　能源是一切经济建设的基础和保障，瓦斯发电正在成为中国许多矿井瓦斯开发利用的首选，自1989年抚顺老虎台煤矿建成中国第一座1500kW的瓦斯发电厂之后，贵州、四川、山西等煤炭资源丰富省份陆续建起了瓦斯发电厂，湖南省今年计划建设30个瓦斯发电厂，瓦斯发电开发利用逐渐迎来发展高峰期。

　　国家发改委副主任、国家能源局局长张国宝去年在山西沁水县一个瓦斯利用项目投产仪式上表示，我国建成地面瓦斯产能20亿立方米，产量5亿立方米，民用瓦斯用户超过90万户，瓦斯发电装机容量达到92万千瓦。

　　“大规模的瓦斯发电虽然已经起步，但仍面临着不少困难，尤其是低浓度瓦斯发电方面，仍然还有很长的一段路要走。”采访中，一些业内人士、相关企业负责人等纷纷表示，目前还存在不少制约瓦斯发电产业发展的因素，需要制定出台相关的配套措施加以推进。

　　业内人士告诉记者，目前瓦斯发电仍面临资金、政策等方面困难。瓦斯发电项目启动之初，对资金需求很大，一台500千瓦的机组配套下来数百万元。由于发电后的成本回收时间较长，加上发电的收益远远低于煤炭的收益，煤矿企业的积极性不高。通过瓦斯发出的电必须并入大电网才能得到有效利用，否则，由于容量不大，无法启动超大功率设备，其经济优势很难保证。

　　造成上述困难的根本原因还在于国家和地方对瓦斯发电及其去向，政策支持不够。由于目前瓦斯发电所占比例仍然很小，主要停留在节能减排层面，因此，适时完善现有政策，制定出台新的扶持政策是当务之急。而各地结合自身实际，对瓦斯发电的鼓励与支持也是必不可缺的措施。