煤矿乏风利用技术发展现状及存在的问题

魏星 叶仁文

摘 要：随着煤矿乏风瓦斯利用技术的发展和推广，我国煤矿瓦斯治理工程正向零排放的标准进发。本文主要分析了煤矿乏风利用技术的必须要和可行性，同时阐述了煤矿乏风利用技术的发展现状和问题，仅供参考。

关键词：煤矿瓦斯；资源综合利用；乏风利用技术；现状和问题

1 乏风利用的必要性与可行性

1.1 乏风利用的必要性

①环境保护的需要。如果煤矿乏风能够全部实现综合利用，将大大减少温室气体排放，有效促进我国二氧化碳减排任务的完成，环保效益十分明显；

②煤矿安全生产的需要。实施煤矿乏风利用项目可以有效地处理乏风，实现清洁排放，获取减排和节能收益，改变煤矿通风只支出没有效益的局面，既达到了安全生产的目的，又能获取了经济效益。因此，实施乏风利用必将有力促进煤矿通风的积极性，有力的推进煤矿安全生产[1]。

1.2 乏风利用的可行性

①国家政策的大力支持。国家发展和改革委员会《天然气利用政策》（发改委[2012]15号令）鼓励煤层气就近利用（用于民用、发电），并鼓励地方政府出台如财政、收费、热价等具体支持政策。开展乏风利用可有效利用乏风中的热量、减少温室气体排放量，促进国家节能减排指标的完成，受到国家政策的大力支持；

②技术可靠。通过使用国产乏风氧化技术和引进国外先进技术，我国相继在山西、陕西等地建设了多座乏风氧化示范项目，取得了乏风氧化装置运行的技术经验，并储备了一批专业技术人才，为乏风氧化装置的推广和应用打下坚实基础。

2 乏风利用技术发展现状

2.1 热逆流氧化工作原理

反應器两端是石英砂或陶瓷颗粒构成的热交换介质层，热交换介质层中心装有电热元件，反应器周围有较好的绝热层。操作过程中首先将蓄热陶瓷氧化床加热到甲烷氧化温度（1000℃），煤矿乏风以一个方向流入氧化床，气体被蓄热陶瓷加热，温度不断提高，直至甲烷氧化、放热。氧化后的热气体继续向前移动，把热量传递给蓄热陶瓷而逐渐降温。随着乏风气体的不断进入，氧化床入口侧温度逐渐降低，出口侧温度逐渐升高，直至气体流动在控制系统控制下自动换向。

2.2 工作过程

气体（排风瓦斯/乏气）与固体（热交换介质）在反应区进行热交换，气体受热达到瓦斯燃烧所需温度，发生氧化反应（燃烧），放出热量。一个循环包括两次风流转向，所以，每一次转向称为半循环。在第一个半循环中，阀1、4打开，阀2、3关闭，风流从反应器底部流向顶部。经过一段时间（主要由反应生成的热量确定），阀2、3打开，阀1、4关闭，风流从顶部流向底部，完成另一半循环（图1）。开始运行时，电热元件对热交换介质进行预热，使之达到反应所需温度（约1000℃）。在第一个半循环中，回风流以常温通过反应器，由于热交换介质层中心温度达到引燃瓦斯所需温度，发生氧化反应。

2.3 构成

乏风安全氧化发生器由一个钢制容器组成，内部是陶瓷床，加热元件位于陶瓷床中央。由于采用的是箱式标准化设计，所以很容易扩容、搬迁到其他风井重新安装也很容易，可以根据矿井的生产需要而移动。

如果甲烷浓度低至0.1%，仍然可以运转而不需要补充额外的能量。如果甲烷浓度高于0.1%，就可以从系统中回收热量并产生诸如热水、过热蒸气等，然后利用蒸气来推动汽轮机发电。该系统氧化甲烷的效率高达98%，最终将甲烷转化为二氧化碳和水。

2.4 取热方式

目前的主要取热方法是将换热器布置在氧化床高温区附近，通过换热器，将甲烷氧化产生的热量用于生产饱和蒸汽或过热蒸汽，再进一步用于发电、供热、制冷等。

3 存在的问题

国家对乏风利用政策扶持力度不够，乏风综合利用尚未引起广泛重视。一是随着煤矿开采深度增加，井下地质条件日趋复杂，瓦斯防治成本持续上升，治理难度越来越大。二是随着物价上涨及生产材料、人工等费用快速增长，现有扶持政策激励效应日益降低，煤层气产销价格倒挂现象突出，即使享受财政补贴，煤层气企业仍无法盈利。三是煤炭和煤层气协调开发机制不健全，矿业权交叉重叠问题在一些地区依然存在。一些煤层气勘探开发项目与煤炭开采缺乏沟通协调，给煤矿安全生产带来隐患。四是低阶煤、深部煤层气勘探开发技术尚未取得实质性突破，难以满足大规模开发需要。

4 结语

煤矿乏风利用技术是是煤矿治理的重点和难点之一，也是多学科相互交融的复杂系统工程，其技术的工艺水平要结合地区煤矿的实际情况进行改良，从而进一步满足相关地区的技术要求，在实际使用过程中，要结合煤矿资源的综合利用情况，进一步丰富技术经验，提升工艺技术水平，确保资源有效合理的利用。

参考文献：

[1]马磊.煤矿乏风瓦斯利用技术概况[J].山东化工，2014（01）.