煤與瓦斯共采及瓦斯綜合利用分析

趙柯君

摘要：從全球氣候變化大會到世界各國的低碳發展，碳減排已成為世界各國的共同意愿和迫切要求。中國一直是應對氣候變化的有力推動者和重要實踐者，通過頂層設計、產業升級、結構調整、節能減排等方式落實溫室氣體減排責任。通過分析我國煤礦瓦斯的分布、來源、數量和利用情況，以及存在的問題，提出了煤礦瓦斯減排的相關技術、處理方法和建議，為煤炭行業碳減排和碳審批提供基礎數據和支持。

關鍵詞：瓦斯;排放;綜合利用

引言

中國是煤炭生產大國。國有煤礦的瓦斯和高瓦斯礦井占礦井總數的46%。每年，煤礦開采都會產生大量的瓦斯。廢氣排放量約占90%，而CH4濃度一般小于1%。廢氣難以直接利用，排放量大、范圍廣，是未來天然氣利用技術發展的重點。盡管近年來已有廢氣工業利用示范工程，但大多數企業仍然直接排放，不僅浪費寶貴資源，而且對大氣環境造成嚴重污染。

1、瓦斯礦井分布

首先，高突礦井的區域分布相對集中在中南部和西南部地區，貴州、四川、湖南、山西、云南、江西、重慶、河南等8個省市共有2038個高瓦斯突出礦井，占我國高瓦斯突出礦井總數的85%。其次，高突礦井在國有礦山中所占比例較大。國有重點煤礦中，高瓦斯突出礦井256座，占國有重點煤礦總數的27.35%。三是高突礦井比重先升后降。根據相關地質資料，淺層煤層氣約占我國天然氣總量的30%，1000-2000米煤層氣約占我國天然氣總量的60%以上。因此，隨著開采深度的增加，許多高瓦斯礦井甚至低瓦斯礦井逐漸轉變為突出礦井，突出礦井呈上升趨勢。但隨著國家減產、淘汰落后政策的實施，一批高瓦斯突出礦井關閉，數量相應減少。

2、煤礦瓦斯綜合利用技術實踐意義

（1）提高煤礦生產安全性;煤礦裝機容量大，燃氣發電站集中度低，目前煤礦生產中采用的規劃技術已經成熟。在煤礦生產過程中，煤礦瓦斯綜合利用技術不僅可以實現安全生產，還可以減少溫室氣體排放，為煤礦生產效率提供保障。（2）災害性天氣治理;有關專家學者發現，廢氣粉塵粒徑集中在1-10微米范圍內。中型煤礦主風機排放廢氣約60萬m3/h，可吸入粉塵排放量約7t/年。中國所有煤礦都通過這種模式向大氣排放20多萬噸粉塵，煤礦瓦斯綜合利用技術的應用，可以通過零排放工程減少煙塵排放，去除其中的煤塵，為治理霧霾等災害性天氣提供支持。

3、煤礦瓦斯綜合利用技術方案

3.1 瓦斯發電形式

天然氣的開發利用有利于減少溫室氣體排放，減輕溫室效應，保護大氣環境。清潔能源的廣泛應用取代了一些嚴重污染的煤炭能源，減少了污染物的排放，使礦區更加清潔，為礦區環境的恢復提供了支持。煤礦燃氣發電有幾種形式：由燃氣鍋爐、汽輪機、發電機發電;由燃氣渦輪機、發電機發電;由燃氣內燃機、發電機發電。第一種發電方式具有功率大、運行可靠性高的特點。但由于煤礦瓦斯體積分數低、發熱量低，存在系統復雜度高、運行周期長等缺點，不推薦采用。第二種發電方式具有單發功率高、系統結構簡單的特點，綜合利用率高。然而，由于燃氣輪機對氣體體積分數和壓力提出了很高的要求，因此不建議使用燃氣輪機來確保氣體壓力達到0.9MPa，以確保燃氣輪機的有效運行。第三種發電方式雖然單臺發電量小，但對氣體體積分數和壓力沒有提出嚴格的要求，反映出很強的適用性，加上施工周期和啟動時間短，得到了廣泛的應用。

3.2 余熱利用系統的應用實踐

為了充分利用余熱，必須將余熱利用鍋爐放在排放管道中，吸收高溫煙氣排放的熱量。一臺2000千瓦的燃氣發電機組，可回收約1300千瓦的余熱，可用于生產85攝氏度的熱水，某煤集團有限公司煤礦通過余熱利用鍋爐生產熱水，為礦區全體職工提供洗浴用水，礦區采暖期熱負荷約1500千瓦，可利用兩臺燃氣發電機組的余熱來滿足。

4、礦區資源綜合利用發展前景

4.1 煤炭產能重心轉移將加大礦區資源綜合利用的難度

根據煤炭工業發展“十三五”規劃，到2020年，我國煤炭生產能力控制在39億噸以內，原煤分離率達到75%。據有關估算，到2020年，我國煤矸石年增長量接近8億噸，礦井年涌水量60億立方米，礦井采氣240立方米。“十三五”規劃提出的綜合利用目標是：煤矸石綜合利用率75%，礦井水綜合利用率80%，地下采氣140億立方米，利用率70億立方米，地表煤層氣開采能力100億立方米，利用能力90億立方米以上。為了實現上述目標，根據目前資源綜合利用的外部情況，這是非常困難的。特別是煤炭生產能力向西部和西北地區轉移后，東部和中部地區資源綜合利用較好的礦區發展基礎將進一步縮小。在遠離煤炭消費中心后，對資源綜合利用的消費需求不足，將制約煤炭資源綜合利用的發展。

4.2 資源與環境約束加強將產生更深遠的影響

隨著東部礦區資源的逐步枯竭和產業結構調整的深化，東部地區煤炭需求的增量部分和產能轉移部分將集中在山西、陜西、蒙古、寧夏和新中國的西部和西北地區。該區生態環境脆弱，環境自恢復能力差，而采煤過程引起的地表沉陷、地表植被破壞和地表水較差，西部和西北礦區地下水系統破壞和固體廢物儲存造成的破壞將更加突出，環境制約的壓力將進一步加大，西部和西北部地區，煤矸石、煤泥等固體廢物在該地區集中排放，集中排放。垃圾處理和吸收成本進一步提高，減少環境破壞和破壞的投資成本將更高。同時，煤矸石、煤泥等綜合利用產品的經濟運輸半徑有限，西部和西北礦區一般遠離城市消費中心，在這種趨勢下，礦區資源綜合利用方向將發生重大變化，降低煤矸石和礦井水頭將成為下一階段資源綜合利用的最重要措施。在生態脆弱地區，開發資源綜合利用和廢棄物處置工程，應重點減少煤矸石和礦井水排放對周圍環境的影響，減少煤炭資源開發對環境的干擾和破壞。

4.3 積極應對優惠政策變動和碳排放權交易的實施

廢除資源綜合利用的認識機制，對煤矸石和礦井水的綜合利用產生了重大影響。從發展趨勢來看，進一步加強稅收優惠的綜合利用將是國家的大勢所趨，在這種背景下，煤炭企業更需要提前布局。一方面，通過多種渠道協調實施煤炭資源綜合利用增值稅退稅等優惠政策;另一方面，各級企業也有必要研究和利用新出臺的政策，改變被動發展的觀念。積極拓展資源綜合利用的發展空間，環境保護稅法的實施，實際上提高了煤炭行業的環境保護門檻。在實施環境稅的情況下，煤炭企業在未來可能是資源綜合利用的正常發展，開展自己的資源綜合利用項目，委托第三方進行環境保護處置，碳排放交易和征收碳稅將是時代潮流，這將對煤炭生產產生更大的影響。一方面，直接瓦斯抽放的情況可能永遠不會恢復。另一方面，煤炭工業天然氣綜合利用將迎來新的發展機遇，研究碳稅和碳排放交易機制，加快廢氣氧化破壞技術的應用和推廣，將有助于提高煤炭企業未來的市場競爭力。

結束語

煤氣、粉塵、氧氣、火花、高溫、靜電和泄漏是影響煤粉熱解系統安全設計的關鍵危險因素。它們存在于干燥劑、預熱器、熱解窯、沉降器、高溫過濾器、氣體冷卻器和熱解系統的連接管道中。一旦裂解系統發生安全事故，可能導致燃燒、爆炸、中毒、死亡等重大事故。為了保護人身安全和設備不受損壞，最終實現熱分解系統的安全穩定運行，從系統設計、制造、安裝、使用和維護等方面提出了一系列具體的主動和被動設計和響應措施，以更好地促進熱分解系統的發展。

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