煤礦瓦斯“零排放”工程示范及標(biāo)準(zhǔn)研究

熊鵬輝 索根喜 孫晨光 康效武

(1.陜西省煤層氣開發(fā)利用有限公司，陜西 710119；2.陜西省煤層氣工程技術(shù)研究中心，陜西 710119)

1 前言

為了加快推動(dòng)陜西省瓦斯綜合利用產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，“十二五”期間，陜西煤業(yè)化工集團(tuán)以國(guó)家、地方相關(guān)文件為指導(dǎo)，在彬長(zhǎng)礦區(qū)大佛寺煤礦實(shí)施了瓦斯“零排放”示范礦井建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤礦瓦斯分梯度利用，取得了較好的效果。文章結(jié)合彬長(zhǎng)大佛寺瓦斯“零排放”示范礦井建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，制定了煤層氣(煤礦瓦斯)“零排放”標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了煤層氣(煤礦瓦斯)排放限值和利用要求，為瓦斯“零排放”的推廣奠定了基礎(chǔ)。

2 瓦斯“零排放”工程示范

2.1 瓦斯“零排放”含義

煤層氣(煤礦瓦斯)“零排放”指的是在礦區(qū)范圍內(nèi)，對(duì)地面預(yù)抽煤層氣、井下抽采瓦斯和通風(fēng)瓦斯(乏風(fēng))在目前技術(shù)條件下，最大限度進(jìn)行有效利用或銷毀，使其不排放到大氣中。在具體實(shí)踐中，煤礦瓦斯“零排放”就是在現(xiàn)有的技術(shù)水平和裝備條件下，在符合煤礦企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的前提下，對(duì)地面抽采煤層氣(煤礦瓦斯)加工后用于居民用氣、汽車燃料和工業(yè)燃料等，富裕氣體處理加工后外輸利用。對(duì)井下直接抽采瓦斯?jié)舛?%以上的直接用于低濃度發(fā)電，對(duì)井下抽采瓦斯?jié)舛?%以下的與通風(fēng)瓦斯(乏風(fēng))進(jìn)行摻混，在保證煤礦安全生產(chǎn)的前提下，通過氧化制熱(冷)或發(fā)電，實(shí)現(xiàn)瓦斯利用的最大化。

2.2 工程示范

陜西煤業(yè)化工集團(tuán)按照瓦斯“零排放”技術(shù)路線，積極推進(jìn)大佛寺瓦斯“零排放”示范礦井建設(shè)，地面抽采煤層氣實(shí)現(xiàn)了全部利用，煤礦井下抽采低濃度瓦斯和通風(fēng)瓦斯(乏風(fēng))總利用率達(dá)到75%以上，率先實(shí)現(xiàn)大佛寺煤礦瓦斯“零排放”目標(biāo)。

2.2.1 地面煤層氣開發(fā)利用工程示范

2009年至2015年，大佛寺井田先后實(shí)施了38口(組)煤層氣井，產(chǎn)能達(dá)到5萬m3/d，累計(jì)產(chǎn)氣約4800萬m3。2015年完成了5萬m3/d的煤層氣壓縮提純項(xiàng)目建設(shè)，將地面抽采煤層氣作為工業(yè)燃料實(shí)現(xiàn)了全部利用。

2.2.2 低濃度瓦斯發(fā)電工程示范

2008年，陜西煤業(yè)化工集團(tuán)在大佛寺煤礦建成全國(guó)規(guī)模最大的低濃度瓦斯發(fā)電廠，安裝24臺(tái)500KW裝機(jī)容量12000KW的瓦斯發(fā)電機(jī)組，項(xiàng)目投運(yùn)以來累計(jì)發(fā)電2.2億kWh。為了進(jìn)一步提高瓦斯利用效率，2014年新增裝機(jī)容量8400KW，低濃度瓦斯發(fā)電項(xiàng)目總裝機(jī)容量達(dá)到20400KW，總發(fā)電能力1.2億kWh/年，大佛寺煤礦抽采濃度8%以上的瓦斯全部利用。

2.2.3 通風(fēng)瓦斯(乏風(fēng))利用工程示范

2011年，陜西煤業(yè)化工集團(tuán)在大佛寺煤礦投資建成全國(guó)首個(gè)“煤礦通風(fēng)瓦斯利用示范工程”，安裝5臺(tái)通風(fēng)瓦斯(乏風(fēng))處理能力6萬Nm3/h的氧化裝置和一臺(tái)4500KW蒸汽輪發(fā)電機(jī)組，將煤礦抽采濃度小于8%的瓦斯與通風(fēng)瓦斯(乏風(fēng))摻混，使?jié)舛冗_(dá)到1%，采用熱氧化技術(shù)制熱發(fā)電。2015年，新增處理能力10萬Nm3/h的氧化裝置1臺(tái)，通風(fēng)瓦斯(乏風(fēng))總處理能力達(dá)到40萬Nm3/h,可利用大佛寺礦1號(hào)風(fēng)井約三分之二的通風(fēng)瓦斯量。

3 煤層氣 (煤礦瓦斯)“零排放” 標(biāo)準(zhǔn)研究

3.1 標(biāo)準(zhǔn)確定方法

為了更好的推進(jìn)瓦斯“零排放”示范礦區(qū)建設(shè)，獲得最佳的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。陜西煤業(yè)化工集團(tuán)在大佛寺煤礦瓦斯“零排放”示范成功的基礎(chǔ)上，以《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》(AQ 1026)、《煤層氣(煤礦瓦斯)排放標(biāo)準(zhǔn)(暫定)》(GB 21522—2008)、《煤礦瓦斯抽放規(guī)范》(AQ 1027)、《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)要求》(AQ 6201)以及《瓦斯抽放用熱導(dǎo)式高濃度甲烷傳感器》(AQ 6204)等相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，結(jié)合大佛寺低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組及通風(fēng)瓦斯利用設(shè)備運(yùn)行能力，對(duì)煤層氣(煤礦瓦斯)“零排放”標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行系統(tǒng)研究，并提出了強(qiáng)制性要求。煤層氣(煤礦瓦斯)排放限值參見表1，煤層氣(煤礦瓦斯)利用要求參見表2。

表1 煤層氣(煤礦瓦斯)排放限值

表2 煤層氣(煤礦瓦斯)利用要求

3.2 煤層氣(煤礦瓦斯)排放及利用評(píng)定指標(biāo)

3.2.1 地面抽采煤層氣(煤礦瓦斯)排放及利用評(píng)定指標(biāo)

按照相關(guān)規(guī)定，煤層氣禁止直接排放，必須進(jìn)行銷毀或者利用。地面抽采煤層氣(煤礦瓦斯)濃度一般較高，可以通過管道集中輸送到壓縮站，再通過凈化壓縮加工處理后作為優(yōu)質(zhì)的民用燃料、汽車燃料或工業(yè)原料等進(jìn)行有效利用。目前，煤層氣抽采利用技術(shù)較為成熟，設(shè)備完善，經(jīng)濟(jì)效益好，必須實(shí)現(xiàn)100%有效利用。

3.2.2 井下抽采煤礦瓦斯排放及利用評(píng)定指標(biāo)

井下抽采瓦斯?jié)舛纫话愕陀?0%，屬于低濃度瓦斯。《煤層氣(煤礦瓦斯)排放標(biāo)準(zhǔn)(暫定)》(GB 21522—2008)規(guī)定大于30%的高濃度瓦斯禁止直接排放，必須加以利用或者銷毀。但對(duì)于大于8%小于30%的低濃度瓦斯排放及利用沒有進(jìn)行規(guī)范。目前，現(xiàn)有設(shè)備和技術(shù)已經(jīng)可以將濃度大于8%的井下抽采瓦斯通過低濃度發(fā)電裝置實(shí)現(xiàn)100%利用，因此本標(biāo)準(zhǔn)要求濃度大于8%瓦斯禁止排放并建議通過發(fā)電等方式全部利用。

濃度低于8%大于1%的井下抽采瓦斯，按照穩(wěn)定抽采量分為穩(wěn)定抽采量≥10m3/min和穩(wěn)定抽采量<10m3/min。對(duì)于8%>甲烷體積分?jǐn)?shù)≥1%，穩(wěn)定抽采量≥10m3/min的低濃度瓦斯，禁止排放并要求通過提純或與通風(fēng)瓦斯摻混等方式全部利用。

陜西煤業(yè)化工集團(tuán)在大佛寺煤礦裝備的通風(fēng)瓦斯(乏風(fēng))氧化裝置設(shè)計(jì)能力為60000Nm3/h，即每小時(shí)能夠處理折純瓦斯600m3。對(duì)于穩(wěn)定抽采量<10m3/min，8%>甲烷體積分?jǐn)?shù)≥1%的煤礦瓦斯，因未能達(dá)到1臺(tái)60000Nm3/h通風(fēng)瓦斯(乏風(fēng))氧化裝置最小處理能力，因此本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該濃度瓦斯排放和利用未做要求，但建議有條件企業(yè)可以將其與通風(fēng)瓦斯配比摻混，通過通風(fēng)瓦斯(乏風(fēng))氧化裝置實(shí)現(xiàn)利用或銷毀，企業(yè)可根據(jù)具體情況來確定排放和利用方式。

3.2.3 風(fēng)排瓦斯排放及利用評(píng)定指標(biāo)

礦井風(fēng)排瓦斯總量極大、濃度超低(≤0.75%)，在現(xiàn)有技術(shù)水平和設(shè)備條件下難以實(shí)現(xiàn)通風(fēng)瓦斯的100%利用或銷毀，但是通過與井下抽采的超低濃度瓦斯(濃度小于8%)摻混，可使一定量的通風(fēng)瓦斯摻混后濃度達(dá)到0.9%～1%，通過通風(fēng)瓦斯(乏風(fēng))氧化裝置實(shí)現(xiàn)100%利用和銷毀，從而實(shí)現(xiàn)通風(fēng)瓦斯最大程度的有效利用。目前，通風(fēng)瓦斯的利用尚處于試運(yùn)行階段，通風(fēng)瓦斯氧化發(fā)電沒有得到大規(guī)模的應(yīng)用和推廣，經(jīng)濟(jì)效益較差，運(yùn)行效果和安全保障亟待提高。因此，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)風(fēng)排瓦斯的排放和利用沒有進(jìn)行要求。隨著技術(shù)進(jìn)步和裝備水平的逐步提升，通風(fēng)瓦斯的利用率和經(jīng)濟(jì)性將逐年提高，企業(yè)可將風(fēng)排瓦斯完全利用。

[1] 政府間氣候?qū)ｉT變化委員會(huì)第三份評(píng)估報(bào)告[R].紐約劍橋大學(xué)出版社，2001.

[2] 中國(guó)煤炭科工集團(tuán)西安研究院.陜西彬長(zhǎng)礦區(qū)瓦斯“零排放”規(guī)劃[R].西安, 2013.

[3] 劉文義,郭俊生.高瓦斯礦井實(shí)現(xiàn)瓦斯“零排放”途徑的探討[J].煤炭工程,2013(8):63-64.

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[5] 馬曉鐘.煤礦乏風(fēng)氧化裝置的研制[J].礦業(yè)安全與環(huán)保,2011(1):17-20.

[6] 李厚志,原德勝,田振林,等.大佛寺煤礦通風(fēng)瓦斯氧化利用技術(shù)[J].煤礦安全,2014(5):70-72.

[7] GB 21522—2008. 煤層氣(煤礦瓦斯)排放標(biāo)準(zhǔn)(暫定)[S].