煤礦乏風(fēng)利用技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題

魏星 葉仁文

摘 要：隨著煤礦乏風(fēng)瓦斯利用技術(shù)的發(fā)展和推廣，我國煤礦瓦斯治理工程正向零排放的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)發(fā)。本文主要分析了煤礦乏風(fēng)利用技術(shù)的必須要和可行性，同時闡述了煤礦乏風(fēng)利用技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和問題，僅供參考。

關(guān)鍵詞：煤礦瓦斯；資源綜合利用；乏風(fēng)利用技術(shù)；現(xiàn)狀和問題

1 乏風(fēng)利用的必要性與可行性

1.1 乏風(fēng)利用的必要性

①環(huán)境保護(hù)的需要。如果煤礦乏風(fēng)能夠全部實現(xiàn)綜合利用，將大大減少溫室氣體排放，有效促進(jìn)我國二氧化碳減排任務(wù)的完成，環(huán)保效益十分明顯；

②煤礦安全生產(chǎn)的需要。實施煤礦乏風(fēng)利用項目可以有效地處理乏風(fēng)，實現(xiàn)清潔排放，獲取減排和節(jié)能收益，改變煤礦通風(fēng)只支出沒有效益的局面，既達(dá)到了安全生產(chǎn)的目的，又能獲取了經(jīng)濟(jì)效益。因此，實施乏風(fēng)利用必將有力促進(jìn)煤礦通風(fēng)的積極性，有力的推進(jìn)煤礦安全生產(chǎn)[1]。

1.2 乏風(fēng)利用的可行性

①國家政策的大力支持。國家發(fā)展和改革委員會《天然氣利用政策》（發(fā)改委[2012]15號令）鼓勵煤層氣就近利用（用于民用、發(fā)電），并鼓勵地方政府出臺如財政、收費(fèi)、熱價等具體支持政策。開展乏風(fēng)利用可有效利用乏風(fēng)中的熱量、減少溫室氣體排放量，促進(jìn)國家節(jié)能減排指標(biāo)的完成，受到國家政策的大力支持；

②技術(shù)可靠。通過使用國產(chǎn)乏風(fēng)氧化技術(shù)和引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，我國相繼在山西、陜西等地建設(shè)了多座乏風(fēng)氧化示范項目，取得了乏風(fēng)氧化裝置運(yùn)行的技術(shù)經(jīng)驗，并儲備了一批專業(yè)技術(shù)人才，為乏風(fēng)氧化裝置的推廣和應(yīng)用打下堅實基礎(chǔ)。

2 乏風(fēng)利用技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 熱逆流氧化工作原理

反應(yīng)器兩端是石英砂或陶瓷顆粒構(gòu)成的熱交換介質(zhì)層，熱交換介質(zhì)層中心裝有電熱元件，反應(yīng)器周圍有較好的絕熱層。操作過程中首先將蓄熱陶瓷氧化床加熱到甲烷氧化溫度（1000℃），煤礦乏風(fēng)以一個方向流入氧化床，氣體被蓄熱陶瓷加熱，溫度不斷提高，直至甲烷氧化、放熱。氧化后的熱氣體繼續(xù)向前移動，把熱量傳遞給蓄熱陶瓷而逐漸降溫。隨著乏風(fēng)氣體的不斷進(jìn)入，氧化床入口側(cè)溫度逐漸降低，出口側(cè)溫度逐漸升高，直至氣體流動在控制系統(tǒng)控制下自動換向。

2.2 工作過程

氣體（排風(fēng)瓦斯/乏氣）與固體（熱交換介質(zhì)）在反應(yīng)區(qū)進(jìn)行熱交換，氣體受熱達(dá)到瓦斯燃燒所需溫度，發(fā)生氧化反應(yīng)（燃燒），放出熱量。一個循環(huán)包括兩次風(fēng)流轉(zhuǎn)向，所以，每一次轉(zhuǎn)向稱為半循環(huán)。在第一個半循環(huán)中，閥1、4打開，閥2、3關(guān)閉，風(fēng)流從反應(yīng)器底部流向頂部。經(jīng)過一段時間（主要由反應(yīng)生成的熱量確定），閥2、3打開，閥1、4關(guān)閉，風(fēng)流從頂部流向底部，完成另一半循環(huán)（圖1）。開始運(yùn)行時，電熱元件對熱交換介質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱，使之達(dá)到反應(yīng)所需溫度（約1000℃）。在第一個半循環(huán)中，回風(fēng)流以常溫通過反應(yīng)器，由于熱交換介質(zhì)層中心溫度達(dá)到引燃瓦斯所需溫度，發(fā)生氧化反應(yīng)。

2.3 構(gòu)成

乏風(fēng)安全氧化發(fā)生器由一個鋼制容器組成，內(nèi)部是陶瓷床，加熱元件位于陶瓷床中央。由于采用的是箱式標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，所以很容易擴(kuò)容、搬遷到其他風(fēng)井重新安裝也很容易，可以根據(jù)礦井的生產(chǎn)需要而移動。

如果甲烷濃度低至0.1%，仍然可以運(yùn)轉(zhuǎn)而不需要補(bǔ)充額外的能量。如果甲烷濃度高于0.1%，就可以從系統(tǒng)中回收熱量并產(chǎn)生諸如熱水、過熱蒸氣等，然后利用蒸氣來推動汽輪機(jī)發(fā)電。該系統(tǒng)氧化甲烷的效率高達(dá)98%，最終將甲烷轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。

2.4 取熱方式

目前的主要取熱方法是將換熱器布置在氧化床高溫區(qū)附近，通過換熱器，將甲烷氧化產(chǎn)生的熱量用于生產(chǎn)飽和蒸汽或過熱蒸汽，再進(jìn)一步用于發(fā)電、供熱、制冷等。

3 存在的問題

國家對乏風(fēng)利用政策扶持力度不夠，乏風(fēng)綜合利用尚未引起廣泛重視。一是隨著煤礦開采深度增加，井下地質(zhì)條件日趨復(fù)雜，瓦斯防治成本持續(xù)上升，治理難度越來越大。二是隨著物價上漲及生產(chǎn)材料、人工等費(fèi)用快速增長，現(xiàn)有扶持政策激勵效應(yīng)日益降低，煤層氣產(chǎn)銷價格倒掛現(xiàn)象突出，即使享受財政補(bǔ)貼，煤層氣企業(yè)仍無法盈利。三是煤炭和煤層氣協(xié)調(diào)開發(fā)機(jī)制不健全，礦業(yè)權(quán)交叉重疊問題在一些地區(qū)依然存在。一些煤層氣勘探開發(fā)項目與煤炭開采缺乏溝通協(xié)調(diào)，給煤礦安全生產(chǎn)帶來隱患。四是低階煤、深部煤層氣勘探開發(fā)技術(shù)尚未取得實質(zhì)性突破，難以滿足大規(guī)模開發(fā)需要。

4 結(jié)語

煤礦乏風(fēng)利用技術(shù)是是煤礦治理的重點和難點之一，也是多學(xué)科相互交融的復(fù)雜系統(tǒng)工程，其技術(shù)的工藝水平要結(jié)合地區(qū)煤礦的實際情況進(jìn)行改良，從而進(jìn)一步滿足相關(guān)地區(qū)的技術(shù)要求，在實際使用過程中，要結(jié)合煤礦資源的綜合利用情況，進(jìn)一步豐富技術(shù)經(jīng)驗，提升工藝技術(shù)水平，確保資源有效合理的利用。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬磊.煤礦乏風(fēng)瓦斯利用技術(shù)概況[J].山東化工，2014（01）.