煤礦乏風利用技術發展現狀及存在的問題

魏星 葉仁文

摘 要：隨著煤礦乏風瓦斯利用技術的發展和推廣，我國煤礦瓦斯治理工程正向零排放的標準進發。本文主要分析了煤礦乏風利用技術的必須要和可行性，同時闡述了煤礦乏風利用技術的發展現狀和問題，僅供參考。

關鍵詞：煤礦瓦斯；資源綜合利用；乏風利用技術；現狀和問題

1 乏風利用的必要性與可行性

1.1 乏風利用的必要性

①環境保護的需要。如果煤礦乏風能夠全部實現綜合利用，將大大減少溫室氣體排放，有效促進我國二氧化碳減排任務的完成，環保效益十分明顯；

②煤礦安全生產的需要。實施煤礦乏風利用項目可以有效地處理乏風，實現清潔排放，獲取減排和節能收益，改變煤礦通風只支出沒有效益的局面，既達到了安全生產的目的，又能獲取了經濟效益。因此，實施乏風利用必將有力促進煤礦通風的積極性，有力的推進煤礦安全生產[1]。

1.2 乏風利用的可行性

①國家政策的大力支持。國家發展和改革委員會《天然氣利用政策》（發改委[2012]15號令）鼓勵煤層氣就近利用（用于民用、發電），并鼓勵地方政府出臺如財政、收費、熱價等具體支持政策。開展乏風利用可有效利用乏風中的熱量、減少溫室氣體排放量，促進國家節能減排指標的完成，受到國家政策的大力支持；

②技術可靠。通過使用國產乏風氧化技術和引進國外先進技術，我國相繼在山西、陜西等地建設了多座乏風氧化示范項目，取得了乏風氧化裝置運行的技術經驗，并儲備了一批專業技術人才，為乏風氧化裝置的推廣和應用打下堅實基礎。

2 乏風利用技術發展現狀

2.1 熱逆流氧化工作原理

反應器兩端是石英砂或陶瓷顆粒構成的熱交換介質層，熱交換介質層中心裝有電熱元件，反應器周圍有較好的絕熱層。操作過程中首先將蓄熱陶瓷氧化床加熱到甲烷氧化溫度（1000℃），煤礦乏風以一個方向流入氧化床，氣體被蓄熱陶瓷加熱，溫度不斷提高，直至甲烷氧化、放熱。氧化后的熱氣體繼續向前移動，把熱量傳遞給蓄熱陶瓷而逐漸降溫。隨著乏風氣體的不斷進入，氧化床入口側溫度逐漸降低，出口側溫度逐漸升高，直至氣體流動在控制系統控制下自動換向。

2.2 工作過程

氣體（排風瓦斯/乏氣）與固體（熱交換介質）在反應區進行熱交換，氣體受熱達到瓦斯燃燒所需溫度，發生氧化反應（燃燒），放出熱量。一個循環包括兩次風流轉向，所以，每一次轉向稱為半循環。在第一個半循環中，閥1、4打開，閥2、3關閉，風流從反應器底部流向頂部。經過一段時間（主要由反應生成的熱量確定），閥2、3打開，閥1、4關閉，風流從頂部流向底部，完成另一半循環（圖1）。開始運行時，電熱元件對熱交換介質進行預熱，使之達到反應所需溫度（約1000℃）。在第一個半循環中，回風流以常溫通過反應器，由于熱交換介質層中心溫度達到引燃瓦斯所需溫度，發生氧化反應。

2.3 構成

乏風安全氧化發生器由一個鋼制容器組成，內部是陶瓷床，加熱元件位于陶瓷床中央。由于采用的是箱式標準化設計，所以很容易擴容、搬遷到其他風井重新安裝也很容易，可以根據礦井的生產需要而移動。

如果甲烷濃度低至0.1%，仍然可以運轉而不需要補充額外的能量。如果甲烷濃度高于0.1%，就可以從系統中回收熱量并產生諸如熱水、過熱蒸氣等，然后利用蒸氣來推動汽輪機發電。該系統氧化甲烷的效率高達98%，最終將甲烷轉化為二氧化碳和水。

2.4 取熱方式

目前的主要取熱方法是將換熱器布置在氧化床高溫區附近，通過換熱器，將甲烷氧化產生的熱量用于生產飽和蒸汽或過熱蒸汽，再進一步用于發電、供熱、制冷等。

3 存在的問題

國家對乏風利用政策扶持力度不夠，乏風綜合利用尚未引起廣泛重視。一是隨著煤礦開采深度增加，井下地質條件日趨復雜，瓦斯防治成本持續上升，治理難度越來越大。二是隨著物價上漲及生產材料、人工等費用快速增長，現有扶持政策激勵效應日益降低，煤層氣產銷價格倒掛現象突出，即使享受財政補貼，煤層氣企業仍無法盈利。三是煤炭和煤層氣協調開發機制不健全，礦業權交叉重疊問題在一些地區依然存在。一些煤層氣勘探開發項目與煤炭開采缺乏溝通協調，給煤礦安全生產帶來隱患。四是低階煤、深部煤層氣勘探開發技術尚未取得實質性突破，難以滿足大規模開發需要。

4 結語

煤礦乏風利用技術是是煤礦治理的重點和難點之一，也是多學科相互交融的復雜系統工程，其技術的工藝水平要結合地區煤礦的實際情況進行改良，從而進一步滿足相關地區的技術要求，在實際使用過程中，要結合煤礦資源的綜合利用情況，進一步豐富技術經驗，提升工藝技術水平，確保資源有效合理的利用。

參考文獻：

[1]馬磊.煤礦乏風瓦斯利用技術概況[J].山東化工，2014（01）.