煤礦瓦斯綜合利用技術(shù)方案設(shè)想與實(shí)踐意義解析

杜建平

（山西離柳焦煤集團(tuán)有限公司， 山西 呂梁 032302）

引言

作為一個(gè)煤礦瓦斯行業(yè)大國(guó)，我國(guó)每年排出煤礦瓦斯約為140多億m3，但是利用率卻小于10億m3，剩余都被排入到大氣中。CH4溫室效應(yīng)超出了二氧化碳24倍，這樣一來(lái)便會(huì)對(duì)環(huán)境造成巨大的影響，同時(shí)，也浪費(fèi)了資源與能源。若將煤礦瓦斯已經(jīng)排放的40億m3用于發(fā)電，可以累計(jì)發(fā)電140億kWh，節(jié)約580萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤，為失業(yè)人員提供大量就業(yè)機(jī)會(huì)，獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)保效益。目前，我國(guó)對(duì)于天然氣的需求逐漸提升，加之煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展有待提高，煤礦瓦斯綜合利用技術(shù)應(yīng)用成為當(dāng)前工作的重點(diǎn)。

1 朱家店煤礦概況

山西離柳焦煤集團(tuán)有限公司朱家店煤礦位于山西省呂梁市中陽(yáng)縣以北約10 km朱家店村，屬中陽(yáng)縣金羅鎮(zhèn)管轄。井田南北長(zhǎng)6.05 km，東西寬3.1～4.6 km，面積為17.152 km2，礦井生產(chǎn)能力1.2Mt/年。現(xiàn)屬于擴(kuò)建礦井該煤礦北為宏巖煤礦、付家焉煤礦、山西坤龍煤業(yè)有限公司，東為山西中陽(yáng)張子山煤業(yè)、山西中陽(yáng)沈家茆煤業(yè)、山西中陽(yáng)聯(lián)盛蘇村煤業(yè)，南為山西中陽(yáng)鑫隆煤業(yè)。付家焉煤礦，宏巖煤礦，張子山煤業(yè)，沈家峁煤業(yè)，是高瓦斯礦井，其余是瓦斯礦井。

2 煤礦瓦斯綜合利用技術(shù)研究

2.1 高濃度瓦斯氣發(fā)電機(jī)組

燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)展過(guò)程中，高濃度瓦斯是最先發(fā)現(xiàn)的領(lǐng)域,對(duì)于該技術(shù)，相關(guān)企業(yè)發(fā)明了專(zhuān)利項(xiàng)目，即電控燃?xì)饣旌掀鳎瑸楹笃谕咚估妙I(lǐng)域的發(fā)展奠定基礎(chǔ)[1]。整體而言，現(xiàn)如今機(jī)組技術(shù)已經(jīng)非常成熟，然而因?yàn)橥咚乖跐舛纫约皻鈮悍矫娲嬖谝恍┤毕荩栽?001年研發(fā)了電控燃?xì)饣旌掀鳎瑢⒑诵募夹g(shù)問(wèn)題加以解決,并為瓦斯機(jī)組推廣提供了動(dòng)力。

2.2 低濃度瓦斯氣發(fā)電機(jī)組

以高濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組為前提研發(fā)了低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組，在這一范圍內(nèi)瓦斯包括了CH4爆炸極限濃度。這期間首先要解決的問(wèn)題便是瓦斯如何實(shí)現(xiàn)安全輸送，為了解決該問(wèn)題，不僅要對(duì)電控燃?xì)饣旌霞夹g(shù)進(jìn)行調(diào)整,也需要優(yōu)化其他關(guān)鍵技術(shù)，排除低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組推廣過(guò)程中面臨的阻礙。

2.3 煤礦乏風(fēng)氧化技術(shù)與氧化熱利用技術(shù)

乏風(fēng)占據(jù)了煤礦瓦斯排放量的3/4，這一能源的充分利用是需要深入研究的關(guān)鍵性內(nèi)容。2006年至今，針對(duì)乏風(fēng)能源的利用有關(guān)專(zhuān)家展開(kāi)了實(shí)質(zhì)性探索,針對(duì)所得到的成果也組織了試驗(yàn),獲得非常好的成效[2]。當(dāng)前關(guān)于乏風(fēng)的技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入到試驗(yàn)階段,例如煤礦乏風(fēng)氧化技術(shù)與氧化熱利用技術(shù)，以此為根據(jù)研發(fā)了煤礦乏風(fēng)甲烷氧化設(shè)備，在實(shí)際作業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。

3 煤礦瓦斯綜合利用技術(shù)方案

3.1 瓦斯發(fā)電形式

瓦斯的開(kāi)發(fā)與利用，有利于降低溫室氣體排放量，緩解溫室效應(yīng)，對(duì)大氣環(huán)境進(jìn)行保護(hù)。清潔能源的廣泛應(yīng)用，替代了一些污染嚴(yán)重的煤炭能源，真正減少了污染物排放，使礦區(qū)更為潔凈，為礦區(qū)環(huán)境的恢復(fù)提供支持。煤礦瓦斯發(fā)電形式有以下幾種：由燃?xì)忮仩t、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)發(fā)電；由燃?xì)鉁u輪機(jī)、發(fā)電機(jī)發(fā)電；由燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)、發(fā)電機(jī)發(fā)電。第一種發(fā)電形式特點(diǎn)在于單機(jī)功率大、運(yùn)行期間可靠性高，然而煤礦瓦斯的氣體體積分?jǐn)?shù)較低，再加上熱值低，所以其本身也存在一些缺點(diǎn)，如系統(tǒng)復(fù)雜性高以及作業(yè)周期長(zhǎng)等，所以不建議應(yīng)用[3]。第二種發(fā)電形式特點(diǎn)在于單機(jī)功率大、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，體現(xiàn)了非常高的綜合利用率，但是因?yàn)槿細(xì)鉁u輪機(jī)在瓦斯氣體體積分?jǐn)?shù)以及壓力兩個(gè)方面提出了非常高的要求，要保證瓦斯氣體加壓至0.9MPa，方可確保燃?xì)鉁u輪機(jī)有效運(yùn)轉(zhuǎn)，所以不建議應(yīng)用。第三種發(fā)電形式，雖然單機(jī)功率小，但是并沒(méi)有對(duì)瓦斯氣體體積分?jǐn)?shù)、壓力提出嚴(yán)格的要求，體現(xiàn)了非常強(qiáng)的適用性，再加上建設(shè)周期與啟動(dòng)時(shí)間較短，得到了廣泛應(yīng)用。

3.2 余熱利用系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)踐

通過(guò)煤礦瓦斯燃燒的瓦斯發(fā)電機(jī)組在其發(fā)電過(guò)程中會(huì)形成溫度超過(guò)500℃的高溫?zé)煔猓瑸榱藢?duì)余熱進(jìn)行充分利用，需要在排放管道中放置余熱利用鍋爐，將高溫?zé)煔鈨?nèi)散發(fā)的熱量吸收。1臺(tái)參數(shù)為2 000 kW的瓦斯發(fā)電機(jī)組，能夠回收約1 300 kW的余熱，利用這些余熱可以生產(chǎn)溫度為85℃的熱水。山西離柳焦煤集團(tuán)有限公司朱家店煤礦通過(guò)余熱利用鍋爐生產(chǎn)出的熱水，能夠?yàn)榈V區(qū)內(nèi)所有職工提供洗浴所用水源。礦區(qū)采暖期熱負(fù)荷在1 500 kW左右，應(yīng)用2臺(tái)瓦斯發(fā)電機(jī)組余熱便可以滿足這一需求。

4 煤礦瓦斯綜合利用技術(shù)實(shí)踐意義

4.1 提高煤礦生產(chǎn)安全性

煤礦內(nèi)配備了大裝機(jī)容量、低濃度的瓦斯發(fā)電站，且目前煤礦生產(chǎn)中所使用的規(guī)劃技術(shù)方案已經(jīng)趨于成熟。一直以來(lái)煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，煤礦瓦斯綜合利用技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)安全生產(chǎn)，也能夠減少溫室氣體排放，為煤礦生產(chǎn)效率提供保證。

4.2 治理災(zāi)害性天氣

有關(guān)專(zhuān)家與學(xué)者在研究中發(fā)現(xiàn)，乏風(fēng)瓦斯粉塵粒徑集中在1～10μm范圍內(nèi)。中等規(guī)模煤礦中主扇所排出的乏風(fēng)瓦斯大約在60萬(wàn)m3/h，對(duì)空排放呼吸性粉塵量則多大7 t/年。我國(guó)所有煤礦通過(guò)這一模式排放于大氣環(huán)境的粉塵超過(guò)了20萬(wàn)t[5]。煤礦瓦斯綜合利用技術(shù)的應(yīng)用，能夠通過(guò)零排放工程的方式減少煙塵排放，并且將其中包含的煤塵去除，為霧霾等災(zāi)害性天氣的治理提供了支持。

5 結(jié)語(yǔ)

在煤炭生產(chǎn)中應(yīng)用煤礦瓦斯綜合利用技術(shù)，是提高生產(chǎn)安全性的重要保障，也是減少有害氣體排放的關(guān)鍵手段，可為煤炭瓦斯行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供推動(dòng)力。