杜建平

（山西離柳焦煤集團有限公司， 山西 呂梁 032302）

引言

作為一個煤礦瓦斯行業(yè)大國，我國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，這樣一來便會對環(huán)境造成巨大的影響，同時，也浪費了資源與能源。若將煤礦瓦斯已經(jīng)排放的40億m3用于發(fā)電，可以累計發(fā)電140億kWh，節(jié)約580萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，為失業(yè)人員提供大量就業(yè)機會，獲得顯著的經(jīng)濟效益與環(huán)保效益。目前，我國對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。

1 朱家店煤礦概況

山西離柳焦煤集團有限公司朱家店煤礦位于山西省呂梁市中陽縣以北約10 km朱家店村，屬中陽縣金羅鎮(zhèn)管轄。井田南北長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?，F(xiàn)屬于擴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，東為山西中陽張子山煤業(yè)、山西中陽沈家茆煤業(yè)、山西中陽聯(lián)盛蘇村煤業(yè)，南為山西中陽鑫隆煤業(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)電機組

燃氣內(nèi)燃機發(fā)電機組發(fā)展過程中，高濃度瓦斯是最先發(fā)現(xiàn)的領(lǐng)域,對于該技術(shù)，相關(guān)企業(yè)發(fā)明了專利項目，即電控燃氣混合器，為后期瓦斯利用領(lǐng)域的發(fā)展奠定基礎(chǔ)[1]。整體而言，現(xiàn)如今機組技術(shù)已經(jīng)非常成熟，然而因為瓦斯在濃度以及氣壓方面存在一些缺陷，所以在2001年研發(fā)了電控燃氣混合器，將核心技術(shù)問題加以解決,并為瓦斯機組推廣提供了動力。

2.2 低濃度瓦斯氣發(fā)電機組

以高濃度瓦斯發(fā)電機組為前提研發(fā)了低濃度瓦斯發(fā)電機組，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題便是瓦斯如何實現(xiàn)安全輸送，為了解決該問題，不僅要對電控燃氣混合技術(shù)進行調(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)電機組推廣過程中面臨的阻礙。

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，針對乏風(fēng)能源的利用有關(guān)專家展開了實質(zhì)性探索,針對所得到的成果也組織了試驗,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)進入到試驗階段,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)，對大氣環(huán)境進行保護。清潔能源的廣泛應(yīng)用，替代了一些污染嚴重的煤炭能源，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：由燃氣鍋爐、汽輪機、發(fā)電機發(fā)電；由燃氣渦輪機、發(fā)電機發(fā)電；由燃氣內(nèi)燃機、發(fā)電機發(fā)電。第一種發(fā)電形式特點在于單機功率大、運行期間可靠性高，然而煤礦瓦斯的氣體體積分數(shù)較低，再加上熱值低，所以其本身也存在一些缺點，如系統(tǒng)復(fù)雜性高以及作業(yè)周期長等，所以不建議應(yīng)用[3]。第二種發(fā)電形式特點在于單機功率大、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔，體現(xiàn)了非常高的綜合利用率，但是因為燃氣渦輪機在瓦斯氣體體積分數(shù)以及壓力兩個方面提出了非常高的要求，要保證瓦斯氣體加壓至0.9MPa，方可確保燃氣渦輪機有效運轉(zhuǎn)，所以不建議應(yīng)用。第三種發(fā)電形式，雖然單機功率小，但是并沒有對瓦斯氣體體積分數(shù)、壓力提出嚴格的要求，體現(xiàn)了非常強的適用性，再加上建設(shè)周期與啟動時間較短，得到了廣泛應(yīng)用。

3.2 余熱利用系統(tǒng)的應(yīng)用實踐

通過煤礦瓦斯燃燒的瓦斯發(fā)電機組在其發(fā)電過程中會形成溫度超過500℃的高溫?zé)煔?，為了對余熱進行充分利用，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臺參數(shù)為2 000 kW的瓦斯發(fā)電機組，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。山西離柳焦煤集團有限公司朱家店煤礦通過余熱利用鍋爐生產(chǎn)出的熱水，能夠為礦區(qū)內(nèi)所有職工提供洗浴所用水源。礦區(qū)采暖期熱負荷在1 500 kW左右，應(yīng)用2臺瓦斯發(fā)電機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。一直以來煤礦生產(chǎn)過程中，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m3/h，對空排放呼吸性粉塵量則多大7 t/年。我國所有煤礦通過這一模式排放于大氣環(huán)境的粉塵超過了20萬t[5]。煤礦瓦斯綜合利用技術(shù)的應(yīng)用，能夠通過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

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)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供推動力。