煤矿瓦斯综合利用技术方案设想与实践意义解析

杜建平

（山西离柳焦煤集团有限公司， 山西 吕梁 032302）

引言

作为一个煤矿瓦斯行业大国，我国每年排出煤矿瓦斯约为140多亿m3，但是利用率却小于10亿m3，剩余都被排入到大气中。CH4温室效应超出了二氧化碳24倍，这样一来便会对环境造成巨大的影响，同时，也浪费了资源与能源。若将煤矿瓦斯已经排放的40亿m3用于发电，可以累计发电140亿kWh，节约580万t标准煤，为失业人员提供大量就业机会，获得显著的经济效益与环保效益。目前，我国对于天然气的需求逐渐提升，加之煤炭产业发展有待提高，煤矿瓦斯综合利用技术应用成为当前工作的重点。

1 朱家店煤矿概况

山西离柳焦煤集团有限公司朱家店煤矿位于山西省吕梁市中阳县以北约10 km朱家店村，属中阳县金罗镇管辖。井田南北长6.05 km，东西宽3.1～4.6 km，面积为17.152 km2，矿井生产能力1.2Mt/年。现属于扩建矿井该煤矿北为宏岩煤矿、付家焉煤矿、山西坤龙煤业有限公司，东为山西中阳张子山煤业、山西中阳沈家茆煤业、山西中阳联盛苏村煤业，南为山西中阳鑫隆煤业。付家焉煤矿，宏岩煤矿，张子山煤业，沈家峁煤业，是高瓦斯矿井，其余是瓦斯矿井。

2 煤矿瓦斯综合利用技术研究

2.1 高浓度瓦斯气发电机组

燃气内燃机发电机组发展过程中，高浓度瓦斯是最先发现的领域,对于该技术，相关企业发明了专利项目，即电控燃气混合器，为后期瓦斯利用领域的发展奠定基础[1]。整体而言，现如今机组技术已经非常成熟，然而因为瓦斯在浓度以及气压方面存在一些缺陷，所以在2001年研发了电控燃气混合器，将核心技术问题加以解决,并为瓦斯机组推广提供了动力。

2.2 低浓度瓦斯气发电机组

以高浓度瓦斯发电机组为前提研发了低浓度瓦斯发电机组，在这一范围内瓦斯包括了CH4爆炸极限浓度。这期间首先要解决的问题便是瓦斯如何实现安全输送，为了解决该问题，不仅要对电控燃气混合技术进行调整,也需要优化其他关键技术，排除低浓度瓦斯发电机组推广过程中面临的阻碍。

2.3 煤矿乏风氧化技术与氧化热利用技术

乏风占据了煤矿瓦斯排放量的3/4，这一能源的充分利用是需要深入研究的关键性内容。2006年至今，针对乏风能源的利用有关专家展开了实质性探索,针对所得到的成果也组织了试验,获得非常好的成效[2]。当前关于乏风的技术已经进入到试验阶段,例如煤矿乏风氧化技术与氧化热利用技术，以此为根据研发了煤矿乏风甲烷氧化设备，在实际作业中得到广泛应用。

3 煤矿瓦斯综合利用技术方案

3.1 瓦斯发电形式

瓦斯的开发与利用，有利于降低温室气体排放量，缓解温室效应，对大气环境进行保护。清洁能源的广泛应用，替代了一些污染严重的煤炭能源，真正减少了污染物排放，使矿区更为洁净，为矿区环境的恢复提供支持。煤矿瓦斯发电形式有以下几种：由燃气锅炉、汽轮机、发电机发电；由燃气涡轮机、发电机发电；由燃气内燃机、发电机发电。第一种发电形式特点在于单机功率大、运行期间可靠性高，然而煤矿瓦斯的气体体积分数较低，再加上热值低，所以其本身也存在一些缺点，如系统复杂性高以及作业周期长等，所以不建议应用[3]。第二种发电形式特点在于单机功率大、系统结构简洁，体现了非常高的综合利用率，但是因为燃气涡轮机在瓦斯气体体积分数以及压力两个方面提出了非常高的要求，要保证瓦斯气体加压至0.9MPa，方可确保燃气涡轮机有效运转，所以不建议应用。第三种发电形式，虽然单机功率小，但是并没有对瓦斯气体体积分数、压力提出严格的要求，体现了非常强的适用性，再加上建设周期与启动时间较短，得到了广泛应用。

3.2 余热利用系统的应用实践

通过煤矿瓦斯燃烧的瓦斯发电机组在其发电过程中会形成温度超过500℃的高温烟气，为了对余热进行充分利用，需要在排放管道中放置余热利用锅炉，将高温烟气内散发的热量吸收。1台参数为2 000 kW的瓦斯发电机组，能够回收约1 300 kW的余热，利用这些余热可以生产温度为85℃的热水。山西离柳焦煤集团有限公司朱家店煤矿通过余热利用锅炉生产出的热水，能够为矿区内所有职工提供洗浴所用水源。矿区采暖期热负荷在1 500 kW左右，应用2台瓦斯发电机组余热便可以满足这一需求。

4 煤矿瓦斯综合利用技术实践意义

4.1 提高煤矿生产安全性

煤矿内配备了大装机容量、低浓度的瓦斯发电站，且目前煤矿生产中所使用的规划技术方案已经趋于成熟。一直以来煤矿生产过程中，煤矿瓦斯综合利用技术不仅能够实现安全生产，也能够减少温室气体排放，为煤矿生产效率提供保证。

4.2 治理灾害性天气

有关专家与学者在研究中发现，乏风瓦斯粉尘粒径集中在1～10μm范围内。中等规模煤矿中主扇所排出的乏风瓦斯大约在60万m3/h，对空排放呼吸性粉尘量则多大7 t/年。我国所有煤矿通过这一模式排放于大气环境的粉尘超过了20万t[5]。煤矿瓦斯综合利用技术的应用，能够通过零排放工程的方式减少烟尘排放，并且将其中包含的煤尘去除，为雾霾等灾害性天气的治理提供了支持。

5 结语

在煤炭生产中应用煤矿瓦斯综合利用技术，是提高生产安全性的重要保障，也是减少有害气体排放的关键手段，可为煤炭瓦斯行业实现可持续发展提供推动力。