田振林

(陜西彬長(zhǎng)礦業(yè)集團(tuán)有限公司，陜西 712000)

陜西彬長(zhǎng)礦業(yè)集團(tuán)有限公司 (以下簡(jiǎn)稱(chēng)彬長(zhǎng)集團(tuán))煤炭資源儲(chǔ)量達(dá)50.3億t，根據(jù)《彬長(zhǎng)礦區(qū)煤層氣抽采總體規(guī)劃》測(cè)算，彬長(zhǎng)集團(tuán)所屬礦井煤層氣資源量為72.90億m3。針對(duì)彬長(zhǎng)礦區(qū)的實(shí)際情況，彬長(zhǎng)集團(tuán)以建設(shè)全國(guó)煤礦區(qū)煤層氣綜合治理與利用示范基地為目標(biāo)，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(shí)施礦區(qū)煤層氣綜合開(kāi)發(fā)利用工作，取得了很好的效果。

1 低濃度煤層氣發(fā)電

對(duì)濃度在8%～25%的瓦斯進(jìn)行利用，要解決有爆炸危險(xiǎn)的低濃度煤層氣的安全輸送問(wèn)題、煤層氣管道的阻火技術(shù)、煤層氣濃度低、濕度較大的條件下燃?xì)獍l(fā)電機(jī)能否穩(wěn)定運(yùn)行的問(wèn)題。

彬長(zhǎng)集團(tuán)在大佛寺煤礦風(fēng)井廣場(chǎng)投資8000多萬(wàn)元建成了裝機(jī)容量12000KW的低濃度煤層氣發(fā)電廠，安裝24臺(tái)500KW燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，年發(fā)電能力8000萬(wàn)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(wàn)m3，減排二氧化碳37.8萬(wàn)t。截止2012年9月共發(fā)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(xiàng)目已被國(guó)家發(fā)改委確定為CDM(清潔發(fā)展機(jī)制)項(xiàng)目，于2009年10月28日在聯(lián)合國(guó)CDM項(xiàng)目執(zhí)行理事會(huì)成功注冊(cè)，減排的二氧化碳已獲得聯(lián)合國(guó)相關(guān)機(jī)構(gòu)的審核確認(rèn)。

根據(jù)礦區(qū)開(kāi)發(fā)建設(shè)情況，彬長(zhǎng)集團(tuán)將陸續(xù)在其它四對(duì)礦井配套建設(shè)低濃度煤層氣電廠，礦區(qū)低濃度煤層氣發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)到5萬(wàn)kWh以上，年減排二氧化碳160萬(wàn)t以上，形成低濃度瓦斯發(fā)電產(chǎn)業(yè)集群，使整個(gè)彬長(zhǎng)礦區(qū)濃度在8%以上的煤層氣將全部用于發(fā)電。

2 礦井通風(fēng)瓦斯發(fā)電項(xiàng)目

煤礦煤層氣總排放量的83%都是通風(fēng)瓦斯，如何能夠利用好這部分資源對(duì)煤炭清潔生產(chǎn)生產(chǎn)、可持續(xù)發(fā)展，實(shí)施節(jié)能減排具有相當(dāng)重要的意義。2009年開(kāi)始，彬長(zhǎng)集團(tuán)和勝動(dòng)集團(tuán)共同在彬長(zhǎng)大佛寺煤礦風(fēng)井廣場(chǎng)進(jìn)行了“通風(fēng)瓦斯氧化裝置”的研制和試驗(yàn)，氧化裝置每小時(shí)處理通風(fēng)瓦斯能力6萬(wàn)Nm3并制取可用于發(fā)電的過(guò)熱蒸汽。該項(xiàng)目已經(jīng)通過(guò)了國(guó)家能源局的技術(shù)鑒定。2012年彬長(zhǎng)集團(tuán)建成全國(guó)第一座通風(fēng)瓦斯發(fā)電廠。

通風(fēng)瓦斯氧化裝置工作時(shí)，先用外部電能對(duì)氧化床加熱，創(chuàng)造一個(gè)能夠讓通風(fēng)瓦斯中的甲烷快速進(jìn)行氧化反應(yīng)的高溫環(huán)境 (800℃ ～1000℃)，引風(fēng)機(jī)將礦井通風(fēng)瓦斯與低濃度煤層氣混合氣體送入反應(yīng)器，在高溫下環(huán)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(jìn)氣端氣體進(jìn)入高溫固體蓄熱陶瓷空隙內(nèi)受熱快速氧化放熱，由換向閥實(shí)現(xiàn)通風(fēng)瓦斯在反應(yīng)器內(nèi)不斷交替改變氣體的運(yùn)動(dòng)方向，使進(jìn)氣中的甲烷在蓄熱器中央迅速氧化并產(chǎn)生大量熱量，通風(fēng)瓦斯進(jìn)排氣不斷的周期換向，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)瓦斯周期性氧化反應(yīng)，氧化反應(yīng)熱量達(dá)到自動(dòng)維持后，停掉外加熱電源。通風(fēng)瓦斯中的甲烷在氧化床氧化后，一部熱量維持氧化反應(yīng)的環(huán)境，多余部分的熱量通過(guò)換熱器生產(chǎn)過(guò)熱蒸汽推動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電。每臺(tái)通風(fēng)瓦斯氧化裝置每小時(shí)可產(chǎn)生2.5MPa、400℃過(guò)熱蒸汽4.14t。

彬長(zhǎng)集團(tuán)投資9800多萬(wàn)元，設(shè)計(jì)安裝10臺(tái)6萬(wàn)m3/h的通風(fēng)瓦斯 (乏風(fēng))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(fēng)機(jī)中的通風(fēng)瓦斯產(chǎn)生2.5MPa、400℃的過(guò)熱蒸汽，推動(dòng)裝機(jī)容量4500KW的蒸汽輪機(jī)發(fā)電，年供電3000多萬(wàn)kWh，每年可減排二氧化碳56萬(wàn)t。一期安裝5臺(tái)氧化裝置，已于2012年7月6日建成發(fā)電。二期5臺(tái)安裝完成后，大佛寺礦井濃度小于8%的抽排瓦斯及通風(fēng)瓦斯將全部被利用，在大佛寺礦井實(shí)現(xiàn)礦井生產(chǎn)過(guò)程中瓦斯零排放的煤礦瓦斯利用模式。該項(xiàng)目的建設(shè)將使大佛寺煤礦成為全國(guó)第一個(gè)煤層氣“零”排放的礦井。通風(fēng)瓦斯發(fā)電項(xiàng)目已被國(guó)家發(fā)改委確定為CDM項(xiàng)目，正向聯(lián)合國(guó)申請(qǐng)CDM項(xiàng)目注冊(cè)。

3 礦井“零”排放煤層氣利用模式

煤礦生產(chǎn)過(guò)程中煤層氣通過(guò)兩個(gè)渠道排出，一是通過(guò)抽排泵站排出，二是通過(guò)礦井主通風(fēng)機(jī)排出。將抽排系統(tǒng)中濃度在8%及以上的抽排瓦斯用于發(fā)電，將抽排系統(tǒng)中濃度小于于8%的煤層氣摻混到通風(fēng)瓦斯中和主通風(fēng)機(jī)排出的通風(fēng)煤層氣全部氧化發(fā)電利用，就使礦井生產(chǎn)過(guò)程中排出煤層氣全部進(jìn)行發(fā)電利用，不直接向大氣中排放，實(shí)現(xiàn)礦井生產(chǎn)過(guò)程中煤層氣零排放。大佛寺礦井已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了礦井生產(chǎn)過(guò)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(guó)第一個(gè)煤層氣“零”排放的礦井 (見(jiàn)圖1)。

圖1 礦井生產(chǎn)過(guò)程煤層氣零排放示意圖

在此基礎(chǔ)上彬長(zhǎng)集團(tuán)編制了《陜西彬長(zhǎng)礦區(qū)礦井瓦斯零排放項(xiàng)目可行性研究報(bào)告》。規(guī)劃陸續(xù)在其它四對(duì)礦井建設(shè)低濃度瓦斯發(fā)電廠和通風(fēng)瓦斯發(fā)電廠，項(xiàng)目全部建成后彬長(zhǎng)礦區(qū)的抽排瓦斯及通風(fēng)瓦斯將全部被利用，實(shí)現(xiàn)彬長(zhǎng)礦區(qū)煤炭生產(chǎn)過(guò)程中煤層氣零排放目標(biāo)。

1 陜西省煤層氣十二五開(kāi)發(fā)利用規(guī)劃［R］．北京:國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)國(guó)家能源局．2011．

2 段立強(qiáng)等．零排放動(dòng)力循環(huán)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011．

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