破解低浓度西的立异解法甲烷减排困局来自山

在全球气候办理的破解排困议题中，相较于大众更为熟知的低浓度甲的立二氧化碳，甲烷减排问题相同急迫
。烷减甲烷是局自仅次于二氧化碳的第二大温室气体，其增温效应高出二氧化碳数十倍 。山西全球范围内的异解甲烷正在以几十年内最快的速度添加（1），并在2023年创下排放新高（2）。破解排困

在我国，低浓度甲的立甲烷排放首要来主动力活动、烷减农业活动和废弃物办理 。局自动力活动是山西甲烷排放的最大来历，而煤矿甲烷更是异解占到动力部分甲烷的87%（3）。

在我国的破解排困动力版图中
，山西省无疑是低浓度甲的立一块重地 ：山西煤炭储量占全国四分之一
，煤层气（瓦斯）探明储量居全国之首 。烷减这个“因煤而兴”的传统动力大省，现在面对一个更隐秘的黑色难题——甲烷减排
。

图注：左权阜生煤业低浓度瓦斯多孔焚烧供热科研演示项目。

甲烷（CH₄）是瓦斯的首要成分  ，在煤炭挖掘时从煤层中逸出。山西的甲烷排放就首要来自煤矿作业
，当地每年煤矿开释的甲烷，相当于2亿吨二氧化碳当量，占全国总排放量的近三成（4）。

但问题并不止于此  。在煤矿甲烷排放中 ，有将近九成来自 “低浓度瓦斯”——即甲烷浓度低于30%的矿井瓦斯
 。长期以来 ，这部分瓦斯因方针监管缺乏 、运用技能门槛高、经济效益低一级原因 ，常常被直接排入大气。

这一方针空白总算在2024年12月被添补
：新修订的《煤层气（煤矿瓦斯）排放规范》 ，要求甲烷体积浓度高于8%且抽采纯量高于10立方米每分钟的煤矿瓦斯制止排放 ，此前这一数值为30%。这一改变意味着，曩昔许多直接排放的低浓度瓦斯 ，现在已被归入捆绑范畴 。此前有专家表明，新规范修订后 ，每年可额定减少甲烷排放量近27亿立方米，估计到2030年，这个数字可到达30亿立方米（5） 。

准则的完善是一方面，更大的应战在于如何将这些“制止排放”的瓦斯真实转化为可运用的资源
。在山西这片传统动力大省
 ，不少矿区现已开端探究低浓度甲烷运用的实践途径。例如晋中市左权县 ，就有两座矿井选用“直燃供热”技能，将低浓度瓦斯直接焚烧，为矿区及周边设备供给安稳热源，为职业供给了颇具启发性的样本 。

一  、甲烷浓度越低，减排难度越大。

甲烷焚烧后的首要产品是二氧化碳和水，被视为一种较清洁的动力 。但要将其从地下煤矿中安全提取并高效运用
，仍面对许多应战。

在甲烷运用范畴，现在有三种干流技能途径：

第一种是瓦斯发电 ，这是最早的运用低浓度瓦斯的方法，也是现在甲烷减排最快捷 、最老练 、最广泛的方法 ，但该技能对瓦斯浓度有较高要求，低浓度瓦斯运用受限，瓦斯运用功率低。再者 ，批阅流程长 、并网手续杂乱也会影响项目落地。跟着环保规范趋严，发电尾气的脱硝处理成为必要条件 ，项目合规压力随之添加。

第二种技能是蓄热氧化 ，它将乏风或空气通过掺混设备掺入到低浓度瓦斯中 ，经操控系统主动调控
，使混合后的瓦斯浓度安稳在1-2%左右，再进入氧化设备内进行无焰氧化，发生的热量用于供暖或发电。但这种技能的初始出资较高，瓦斯运用功率偏低，假如仅发电，经济性偏低：剖析显现，蓄热氧化技能的均匀装机本钱约是内燃机发电技能的3.3倍，但其发电收入却不到内燃机发电技能的40%（6） ，但结合给煤矿供热，经济性也不错 。

第三种是直燃供热技能，其原理在特别多孔资料内完结气体预混和安稳焚烧，再进入锅炉炉膛高效转化为热能 。但因为现行《煤矿安全规程》中
，部分关于技能适用性的规则未能与技能立异同步，影响了这一技能的使用推行进程。

“任何技能都不是完美的，要害在于量体裁衣
。” 山西科城动力环境立异研究院助理研究员刘杰说 。煤矿深处变量许多，需求在功率、安全与经济性之间找到权衡。

刘杰谈到 ，低浓度瓦斯是甲烷减排的隐秘旮旯。煤矿甲烷浓度越低 
，在技能和经济上完结减排的难度就越大
。

二
、低浓度瓦斯运用解法 ：从“排出去”到“烧起来”。

从太原动身 ，车行两小时，咱们抵达了晋中市左权县。这是一个典型的太行山区县 ：“八山一水一分田” 是对该资源型区域地貌格式的真实写照。左权县是全国百个要点产煤县之一，2024年左权县的煤炭挖掘与洗选职业添加值占到规划以上工业的57%（7） 。

咱们此行的目的地是山西潞安集团左权阜生煤业
。三年前，这儿投运了“低浓度瓦斯多孔焚烧供热科研演示项目”，通过焚烧低浓度瓦斯代替天然气 ，为整个煤矿高效供热
。

“曾经咱们管瓦斯，首要是为了煤矿安全，现在是安全
 、运用、减排一同管。”王志峰站长谈到，他自项目投运第一天起便驻守在此，担任甲烷运用项目全体的统筹办理 。

他带咱们来到矿区邻近的甲烷直燃处理厂房
，与传统巨大喧闹的瓦斯发电锅炉房不同，这儿安静
、紧凑，12台装备低浓度瓦斯多孔介质焚烧设备的蒸汽锅炉顺次摆放 。

王站长解说 ，这项设备的中心原理是把那些本来排入空气、难以运用的瓦斯搜集起来 ，通过掺混稀释后，将其浓度安稳在6.8%-9%之间。随后送入低浓度瓦斯焚烧器中直接焚烧，加热锅炉发生高温蒸汽。

每台设备每小时最多能够发生2吨的饱满蒸汽，用来给矿区供暖、供热，毫不糟蹋。经测算，该项目每年能运用680万立方米瓦斯，相当于减少了13.04万吨二氧化碳当量的排放量。

在一台锅炉的调查口前，咱们看到炉膛内的蓝色火焰。“火焰色彩能够代表焚烧功率 ，色彩越蓝阐明焚烧越充沛。”王志峰说。“这种技能不只收回运用难以处理的低浓度瓦斯
，并且还能实打实地省钱——每年为煤矿节约超1000万元天然气收购费用，直接减免了冬天取暖的外购开支 。”。

三、一场动力错位危机下的技能包围。

溯源这项煤矿瓦斯运用技能，开端实则来自一个“反差感”的发现
。

“2017年全国大规划推行“煤改气”方针时，天然气需求敏捷上升，价格随之飙升。”山西高创动力新技能有限公司技能顾问周建军说。作为该项目背面的技能推进者之一 ，他对当年的动力供需危机景象仍浮光掠影。

他说到 ，工业天然气价格在当年暴升至10元/立方米 
，供暖用气本钱成为沉重负担 。例如山西省阳泉的某个煤矿 ，仅冬天供暖就要每天花费20万元去收购天然气 。

这也引起了另一位瓦斯运用技能专家王信的留意。王信在造访煤矿时发现一个对立的现象：煤矿一边把浓度约10%的瓦斯被排入空气
，另一边却高价外购天然气供热 。

“为什么不直接用这些瓦斯取暖？”他提出了一个简略却具有颠覆性的主张 。

2018年起，王信带领技能团队开端研制根据多孔介质焚烧原理的低浓度瓦斯专用焚烧器  ，并同步搭建了模仿蒸汽锅炉系统，翻开热能转化试验。2019年  ，该技能初次在太原某煤矿完结商业化使用 ，热功率打破95%。这些本来被忽视的低浓度甲烷资源 ，被成功转化为安稳蒸汽热源
。

“这项技能的最大特色便是‘直接’
。”周建军说。不同于传统瓦斯运用技能 ，这项多孔焚烧技能不需求中间环节，不靠气体转化，也无需从头规划整套供热系统 ，只需替换原锅炉焚烧器 ，然后让低浓度瓦斯“变废为热” 。

直燃供热技能带来的优点是全链条的：建造周期短、发动快 、能效高，每出产一吨蒸汽，便可有用运用80立方米的煤矿瓦斯。设备耗费电量不超越4度电，一起该技能的运维本钱很低
，除日常保护外  ，仅需定时保养焚烧器，无需额定投入。

从经济效益看，项目通过售卖蒸汽给煤矿获益 ，每吨蒸汽的价格约为200-300元。相比之下，若煤矿企业选用天然气供热 ，在当时气价约为5元/立方米的情况下 ，每吨蒸汽的热力本钱可高达400元，本钱距离显着。

站长给咱们算了一笔账
，假如用这80立方米瓦斯去发电 ，大约能发240度电，按每度0.5元的电价算，总收益是120元，远低于卖蒸汽的收益。

假如选用蓄热氧化的技能出产蒸汽
，每吨蒸汽需求约120立方米瓦斯 ，一起耗费20至30度电，全体能耗更高。并且在相同处理规划下，蓄热氧化技能的设备出资也比直燃供热贵三到四成。

在环保效益层面，因为焚烧速度快 、火焰极短，焚烧产品在高温区的停留时间大幅缩短 ，使得全体焚烧温度操控在1000℃以下
，从源头上减少了热力型氮氧化物（NOx）的生成，一起足够的空气供给也减少了一氧化碳的排放
。

王志峰告知咱们，智能运维技能也让项目办理更高效且更省人力。曩昔需求13人值守的锅炉房 ，现在能够做到仅需3人巡检 
。多出的人力被派往其他项目现场，承当起更多统筹与和谐的办理使命。

四 、技能落地的“最终一公里”。

虽然已获得许多打破 ，但直燃供热技能依然不行完美，时节需求差异带来新的应战 ：夏日供热需求骤减，设备负荷下降 ，煤矿瓦斯的运用功率面对时节性空档。

技能团队开端将目光投向矿区之外的工业场景 。他们意识到，只要在更多元的热力需求中 ，瓦斯的运用才干脱节时节的捆绑 。因而，玻璃制作 、食物加工、工业窑炉……这些对温度具有更安稳需求的职业
，成为王信与其技能团队重视的下一步方向。

周建军介绍，王信的技能团队开端在玻璃制作职业翻开立异测验，用低浓度瓦斯作为工业燃料代替天然气。现在他们现已在山西省某个玻璃厂的小型窑炉上完结小试验证，中试试验正在进行中。

“玻璃职业对燃料价格极为灵敏  ，假如直燃技能能安稳代替天然气，节约的本钱将非常可观 。”他说 。未来，他们期望将瓦斯燃料端的供给才能逐渐拓宽，嵌入更多有继续热力需求的工业流程，在矿区外找到更多元的技能落点 。

周建军还说到，现行技能规范的滞后也从必定程度上约束了规划化推行。依照现行《煤矿安全规程》，30%以下浓度的瓦斯不得直接焚烧 ，但这项规则源于曩昔对安全危险的慎重考量。跟着操控技能的前进 ，当时的实际操作中已能完结对焚烧进程的精细管控 ，现行方针亟待与技能立异同步。

他们会集霸占了三个要害难点 ：一是7%-30%瓦斯浓度动摇的实时适配，二是焚烧压力的精准调控，三是极点工况下的实质安全保证。为此 
，团队自主研制了“智能动态安稳操控系统” ，通过软硬件协同操控 
、实时监测（精度±0.5%）、变频配风与旋流混合等手法，完结燃气混合误差操控在5%以内 。一起，选用“防回火炉头”，在工程端依照国标布置阻爆、抑爆、泄爆三道安全屏障
，并再叠加水封阻爆 、阻爆轰器，构成“六防”安全系统。

“咱们理解方针背面的审慎动身点，但许多时分实践跑得比纸面快一些。”他谈到
，团队会专心做好技能，用安稳的运转记载，为技能大规划推行争夺多一些空间。” 。

相似的低浓度甲烷运用事例还有许多：在山西省晋城市，伯方煤矿选用低浓度瓦斯多孔焚烧供热技能，运用8%左右的低浓度瓦斯，用于满意伯方煤矿的风井场所
、抽采泵站和工业场所供给的供热需求
，其年均甲烷炸毁量到达202万立方米。

在山西省吕梁市 ，柳林县寨崖底煤矿选用直燃制热，汽轮机发电技能，运用低浓度瓦斯安全运送系统把约为6%浓度的瓦斯送入热能岛，发生高温烟气，再通过余热锅炉发生中温中压蒸汽
 ，推进汽轮发电机组发电 ，其年均甲烷炸毁量到达1200万立方米 。

当时 ，山西正站在动力结构转型的十字路口。曾一度被视为减排难题的低浓度瓦斯 ，正凭借技能立异逐渐被归入资源化运用系统，成为推进山西甲烷减排的重要解法之一。这些实践不只构成了山西省地方气候举动中的积极探究，也成为全国绿色低碳转型进程中的实际样本。虽然未来仍有许多难点尚待打破，但一个全新方向已在探究中显现，为低浓度甲烷减排翻开更多或许。

参考文献 ：

1. Oliver Milman. Global methane emissions rising at fastest rate in decades, scientists warn. The Guardian. https://www.theguardian.com/environment/article/2024/jul/30/methane-emissions-study 
。

2. NOAA. International report confirms record-high global temperatures, greenhouse gases in 2023. https://www.noaa.gov/news-release/international-report-confirms-record-high-global-temperatures-greenhouse-gases-in-2023 。

3. 《中华人民共和国气候改变第三次两年更新陈述》 ，2023。

4. 杨鹂,秦艳,赵跃华,李鑫迪,袁雅婷,宋曼娇,刘宇,杨美艳,刘杰,许小静.(2024). 山西低碳转型中长期展望： 根据 EPS 模型构建“双碳”途径. 北京：绿色立异开展研究院 。

5. 《瓦斯排放限值下调 ，可完结年减排约5000万吨二氧化碳当量》,我国环境报,2024年12月20日.。

6. 刘杰,刘宇,宋沛鑫等人.山西省煤炭挖掘甲烷减排方针研究.山西科城动力环境立异研究院.2024.。

7. 左权县计算局关于2024年国民经济和社会开展的计算公报.左权县计算局,2025年5月7日.。