彬長礦區煤層氣 “零”排放技術研究與實踐

田振林

(陜西彬長礦業集團有限公司，陜西 712000)

陜西彬長礦業集團有限公司 (以下簡稱彬長集團)煤炭資源儲量達50.3億t，根據《彬長礦區煤層氣抽采總體規劃》測算，彬長集團所屬礦井煤層氣資源量為72.90億m3。針對彬長礦區的實際情況，彬長集團以建設全國煤礦區煤層氣綜合治理與利用示范基地為目標，按照以利用促抽采、以抽采保安全、以安全增效益的思路，大力實施礦區煤層氣綜合開發利用工作，取得了很好的效果。

1 低濃度煤層氣發電

對濃度在8%～25%的瓦斯進行利用，要解決有爆炸危險的低濃度煤層氣的安全輸送問題、煤層氣管道的阻火技術、煤層氣濃度低、濕度較大的條件下燃氣發電機能否穩定運行的問題。

彬長集團在大佛寺煤礦風井廣場投資8000多萬元建成了裝機容量12000KW的低濃度煤層氣發電廠，安裝24臺500KW燃氣發電機組，年發電能力8000萬kWh，每年可消耗濃度8%以上的煤層氣折成純度為100%的煤層氣2400多萬m3，減排二氧化碳37.8萬t。截止2012年9月共發電1億多kWh，使大佛寺井田濃度在8%以上的煤層氣全部得到利用。該項目已被國家發改委確定為CDM(清潔發展機制)項目，于2009年10月28日在聯合國CDM項目執行理事會成功注冊，減排的二氧化碳已獲得聯合國相關機構的審核確認。

根據礦區開發建設情況，彬長集團將陸續在其它四對礦井配套建設低濃度煤層氣電廠，礦區低濃度煤層氣發電裝機容量將達到5萬kWh以上，年減排二氧化碳160萬t以上，形成低濃度瓦斯發電產業集群，使整個彬長礦區濃度在8%以上的煤層氣將全部用于發電。

2 礦井通風瓦斯發電項目

煤礦煤層氣總排放量的83%都是通風瓦斯，如何能夠利用好這部分資源對煤炭清潔生產生產、可持續發展，實施節能減排具有相當重要的意義。2009年開始，彬長集團和勝動集團共同在彬長大佛寺煤礦風井廣場進行了“通風瓦斯氧化裝置”的研制和試驗，氧化裝置每小時處理通風瓦斯能力6萬Nm3并制取可用于發電的過熱蒸汽。該項目已經通過了國家能源局的技術鑒定。2012年彬長集團建成全國第一座通風瓦斯發電廠。

通風瓦斯氧化裝置工作時，先用外部電能對氧化床加熱，創造一個能夠讓通風瓦斯中的甲烷快速進行氧化反應的高溫環境 (800℃ ～1000℃)，引風機將礦井通風瓦斯與低濃度煤層氣混合氣體送入反應器，在高溫下環境下混合氣體中的甲烷氧化釋放熱量，氧化裝置排氣端固體蓄熱陶瓷蓄熱，進氣端氣體進入高溫固體蓄熱陶瓷空隙內受熱快速氧化放熱，由換向閥實現通風瓦斯在反應器內不斷交替改變氣體的運動方向，使進氣中的甲烷在蓄熱器中央迅速氧化并產生大量熱量，通風瓦斯進排氣不斷的周期換向，實現通風瓦斯周期性氧化反應，氧化反應熱量達到自動維持后，停掉外加熱電源。通風瓦斯中的甲烷在氧化床氧化后，一部熱量維持氧化反應的環境，多余部分的熱量通過換熱器生產過熱蒸汽推動蒸汽輪機發電。每臺通風瓦斯氧化裝置每小時可產生2.5MPa、400℃過熱蒸汽4.14t。

彬長集團投資9800多萬元，設計安裝10臺6萬m3/h的通風瓦斯 (乏風)氧化裝置，利用大佛寺礦井8套抽排泵站中濃度小于8%的抽排瓦斯及主通風機中的通風瓦斯產生2.5MPa、400℃的過熱蒸汽，推動裝機容量4500KW的蒸汽輪機發電，年供電3000多萬kWh，每年可減排二氧化碳56萬t。一期安裝5臺氧化裝置，已于2012年7月6日建成發電。二期5臺安裝完成后，大佛寺礦井濃度小于8%的抽排瓦斯及通風瓦斯將全部被利用，在大佛寺礦井實現礦井生產過程中瓦斯零排放的煤礦瓦斯利用模式。該項目的建設將使大佛寺煤礦成為全國第一個煤層氣“零”排放的礦井。通風瓦斯發電項目已被國家發改委確定為CDM項目，正向聯合國申請CDM項目注冊。

3 礦井“零”排放煤層氣利用模式

煤礦生產過程中煤層氣通過兩個渠道排出，一是通過抽排泵站排出，二是通過礦井主通風機排出。將抽排系統中濃度在8%及以上的抽排瓦斯用于發電，將抽排系統中濃度小于于8%的煤層氣摻混到通風瓦斯中和主通風機排出的通風煤層氣全部氧化發電利用，就使礦井生產過程中排出煤層氣全部進行發電利用，不直接向大氣中排放，實現礦井生產過程中煤層氣零排放。大佛寺礦井已經實現了礦井生產過程中煤層氣“零‘排放的煤礦煤層氣利用模式，使大佛寺煤礦成為全國第一個煤層氣“零”排放的礦井 (見圖1)。

圖1 礦井生產過程煤層氣零排放示意圖

在此基礎上彬長集團編制了《陜西彬長礦區礦井瓦斯零排放項目可行性研究報告》。規劃陸續在其它四對礦井建設低濃度瓦斯發電廠和通風瓦斯發電廠，項目全部建成后彬長礦區的抽排瓦斯及通風瓦斯將全部被利用，實現彬長礦區煤炭生產過程中煤層氣零排放目標。

1 陜西省煤層氣十二五開發利用規劃［R］．北京:國家發展和改革委員會國家能源局．2011．

2 段立強等．零排放動力循環［M］．北京:機械工業出版社，2011．

3 高增麗，高振強，劉文啟，等．礦井乏風瓦斯治理利用現狀與發展［J］．冶金能源，2010，29(5):43－45．