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(huì)到世界各國的低碳發(fā)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(yīng)對(duì)氣候變化的有力推動(dòng)者和重要實(shí)踐者，通過頂層設(shè)計(jì)、產(chǎn)業(yè)升級(jí)、結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)能減排等方式落實(shí)溫室氣體減排責(zé)任。通過分析我國煤礦瓦斯的分布、來源、數(shù)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(guān)技術(shù)、處理方法和建議，為煤炭行業(yè)碳減排和碳審批提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和支持。

關(guān)鍵詞：瓦斯;排放;綜合利用

引言

中國是煤炭生產(chǎn)大國。國有煤礦的瓦斯和高瓦斯礦井占礦井總數(shù)的46%。每年，煤礦開采都會(huì)產(chǎn)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(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。盡管近年來已有廢氣工業(yè)利用示范工程，但大多數(shù)企業(yè)仍然直接排放，不僅浪費(fèi)寶貴資源，而且對(duì)大氣環(huán)境造成嚴(yán)重污染。

1、瓦斯礦井分布

首先，高突礦井的區(qū)域分布相對(duì)集中在中南部和西南部地區(qū)，貴州、四川、湖南、山西、云南、江西、重慶、河南等8個(gè)省市共有2038個(gè)高瓦斯突出礦井，占我國高瓦斯突出礦井總數(shù)的85%。其次，高突礦井在國有礦山中所占比例較大。國有重點(diǎn)煤礦中，高瓦斯突出礦井256座，占國有重點(diǎn)煤礦總數(shù)的27.35%。三是高突礦井比重先升后降。根據(jù)相關(guān)地質(zhì)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(zhuǎn)變?yōu)橥怀龅V井，突出礦井呈上升趨勢(shì)。但隨著國家減產(chǎn)、淘汰落后政策的實(shí)施，一批高瓦斯突出礦井關(guān)閉，數(shù)量相應(yīng)減少。

2、煤礦瓦斯綜合利用技術(shù)實(shí)踐意義

（1）提高煤礦生產(chǎn)安全性;煤礦裝機(jī)容量大，燃?xì)獍l(fā)電站集中度低，目前煤礦生產(chǎn)中采用的規(guī)劃技術(shù)已經(jīng)成熟。在煤礦生產(chǎn)過程中，煤礦瓦斯綜合利用技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，還可以減少溫室氣體排放，為煤礦生產(chǎn)效率提供保障。（2）災(zāi)害性天氣治理;有關(guān)專家學(xué)者發(fā)現(xiàn)，廢氣粉塵粒徑集中在1-10微米范圍內(nèi)。中型煤礦主風(fēng)機(jī)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(shù)的應(yīng)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(zāi)害性天氣提供支持。

3、煤礦瓦斯綜合利用技術(shù)方案

3.1 瓦斯發(fā)電形式

天然氣的開發(fā)利用有利于減少溫室氣體排放，減輕溫室效應(yīng)，保護(hù)大氣環(huán)境。清潔能源的廣泛應(yīng)用取代了一些嚴(yán)重污染的煤炭能源，減少了污染物的排放，使礦區(qū)更加清潔，為礦區(qū)環(huán)境的恢復(fù)提供了支持。煤礦燃?xì)獍l(fā)電有幾種形式：由燃?xì)忮仩t、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)發(fā)電;由燃?xì)鉁u輪機(jī)、發(fā)電機(jī)發(fā)電;由燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)、發(fā)電機(jī)發(fā)電。第一種發(fā)電方式具有功率大、運(yùn)行可靠性高的特點(diǎn)。但由于煤礦瓦斯體積分?jǐn)?shù)低、發(fā)熱量低，存在系統(tǒng)復(fù)雜度高、運(yùn)行周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)，不推薦采用。第二種發(fā)電方式具有單發(fā)功率高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，綜合利用率高。然而，由于燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)氣體體積分?jǐn)?shù)和壓力提出了很高的要求，因此不建議使用燃?xì)廨啓C(jī)來確保氣體壓力達(dá)到0.9MPa，以確保燃?xì)廨啓C(jī)的有效運(yùn)行。第三種發(fā)電方式雖然單臺(tái)發(fā)電量小，但對(duì)氣體體積分?jǐn)?shù)和壓力沒有提出嚴(yán)格的要求，反映出很強(qiáng)的適用性，加上施工周期和啟動(dòng)時(shí)間短，得到了廣泛的應(yīng)用。

3.2 余熱利用系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)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?zé)煔馀欧诺臒崃?。一臺(tái)2000千瓦的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，可回收約1300千瓦的余熱，可用于生產(chǎn)85攝氏度的熱水，某煤集團(tuán)有限公司煤礦通過余熱利用鍋爐生產(chǎn)熱水，為礦區(qū)全體職工提供洗浴用水，礦區(qū)采暖期熱負(fù)荷約1500千瓦，可利用兩臺(tái)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的余熱來滿足。

4、礦區(qū)資源綜合利用發(fā)展前景

4.1 煤炭產(chǎn)能重心轉(zhuǎn)移將加大礦區(qū)資源綜合利用的難度

根據(jù)煤炭工業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃，到2020年，我國煤炭生產(chǎn)能力控制在39億噸以內(nèi)，原煤分離率達(dá)到75%。據(jù)有關(guān)估算，到2020年，我國煤矸石年增長(zhǎng)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(guī)劃提出的綜合利用目標(biāo)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(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，根據(jù)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(chǎn)能力向西部和西北地區(qū)轉(zhuǎn)移后，東部和中部地區(qū)資源綜合利用較好的礦區(qū)發(fā)展基礎(chǔ)將進(jìn)一步縮小。在遠(yuǎn)離煤炭消費(fèi)中心后，對(duì)資源綜合利用的消費(fèi)需求不足，將制約煤炭資源綜合利用的發(fā)展。

4.2 資源與環(huán)境約束加強(qiáng)將產(chǎn)生更深遠(yuǎn)的影響

隨著東部礦區(qū)資源的逐步枯竭和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的深化，東部地區(qū)煤炭需求的增量部分和產(chǎn)能轉(zhuǎn)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(qū)。該區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，環(huán)境自恢復(fù)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(qū)地下水系統(tǒng)破壞和固體廢物儲(chǔ)存造成的破壞將更加突出，環(huán)境制約的壓力將進(jìn)一步加大，西部和西北部地區(qū)，煤矸石、煤泥等固體廢物在該地區(qū)集中排放，集中排放。垃圾處理和吸收成本進(jìn)一步提高，減少環(huán)境破壞和破壞的投資成本將更高。同時(shí)，煤矸石、煤泥等綜合利用產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸半徑有限，西部和西北礦區(qū)一般遠(yuǎn)離城市消費(fèi)中心，在這種趨勢(shì)下，礦區(qū)資源綜合利用方向?qū)l(fā)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(tài)脆弱地區(qū)，開發(fā)資源綜合利用和廢棄物處置工程，應(yīng)重點(diǎn)減少煤矸石和礦井水排放對(duì)周圍環(huán)境的影響，減少煤炭資源開發(fā)對(duì)環(huán)境的干擾和破壞。

4.3 積極應(yīng)對(duì)優(yōu)惠政策變動(dòng)和碳排放權(quán)交易的實(shí)施

廢除資源綜合利用的認(rèn)識(shí)機(jī)制，對(duì)煤矸石和礦井水的綜合利用產(chǎn)生了重大影響。從發(fā)展趨勢(shì)來看，進(jìn)一步加強(qiáng)稅收優(yōu)惠的綜合利用將是國家的大勢(shì)所趨，在這種背景下，煤炭企業(yè)更需要提前布局。一方面，通過多種渠道協(xié)調(diào)實(shí)施煤炭資源綜合利用增值稅退稅等優(yōu)惠政策;另一方面，各級(jí)企業(yè)也有必要研究和利用新出臺(tái)的政策，改變被動(dòng)發(fā)展的觀念。積極拓展資源綜合利用的發(fā)展空間，環(huán)境保護(hù)稅法的實(shí)施，實(shí)際上提高了煤炭行業(yè)的環(huán)境保護(hù)門檻。在實(shí)施環(huán)境稅的情況下，煤炭企業(yè)在未來可能是資源綜合利用的正常發(fā)展，開展自己的資源綜合利用項(xiàng)目，委托第三方進(jìn)行環(huán)境保護(hù)處置，碳排放交易和征收碳稅將是時(shí)代潮流，這將對(duì)煤炭生產(chǎn)產(chǎn)生更大的影響。一方面，直接瓦斯抽放的情況可能永遠(yuǎn)不會(huì)恢復(fù)。另一方面，煤炭工業(yè)天然氣綜合利用將迎來新的發(fā)展機(jī)遇，研究碳稅和碳排放交易機(jī)制，加快廢氣氧化破壞技術(shù)的應(yīng)用和推廣，將有助于提高煤炭企業(yè)未來的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

結(jié)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(tǒng)安全設(shè)計(jì)的關(guān)鍵危險(xiǎn)因素。它們存在于干燥劑、預(yù)熱器、熱解窯、沉降器、高溫過濾器、氣體冷卻器和熱解系統(tǒng)的連接管道中。一旦裂解系統(tǒng)發(fā)生安全事故，可能導(dǎo)致燃燒、爆炸、中毒、死亡等重大事故。為了保護(hù)人身安全和設(shè)備不受損壞，最終實(shí)現(xiàn)熱分解系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用和維護(hù)等方面提出了一系列具體的主動(dòng)和被動(dòng)設(shè)計(jì)和響應(yīng)措施，以更好地促進(jìn)熱分解系統(tǒng)的發(fā)展。

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