彬长矿区煤层气 “零”排放技术研究与实践

2013-11-26田振林

中国煤层气 2013年4期

田振林

(陕西彬长矿业集团有限公司，陕西 712000)

陕西彬长矿业集团有限公司 (以下简称彬长集团)煤炭资源储量达50.3亿t，根据《彬长矿区煤层气抽采总体规划》测算，彬长集团所属矿井煤层气资源量为72.90亿m3。针对彬长矿区的实际情况，彬长集团以建设全国煤矿区煤层气综合治理与利用示范基地为目标，按照以利用促抽采、以抽采保安全、以安全增效益的思路，大力实施矿区煤层气综合开发利用工作，取得了很好的效果。

1 低浓度煤层气发电

对浓度在8%～25%的瓦斯进行利用，要解决有爆炸危险的低浓度煤层气的安全输送问题、煤层气管道的阻火技术、煤层气浓度低、湿度较大的条件下燃气发电机能否稳定运行的问题。

彬长集团在大佛寺煤矿风井广场投资8000多万元建成了装机容量12000KW的低浓度煤层气发电厂，安装24台500KW燃气发电机组，年发电能力8000万kWh，每年可消耗浓度8%以上的煤层气折成纯度为100%的煤层气2400多万m3，减排二氧化碳37.8万t。截止2012年9月共发电1亿多kWh，使大佛寺井田浓度在8%以上的煤层气全部得到利用。该项目已被国家发改委确定为CDM(清洁发展机制)项目，于2009年10月28日在联合国CDM项目执行理事会成功注册，减排的二氧化碳已获得联合国相关机构的审核确认。

根据矿区开发建设情况，彬长集团将陆续在其它四对矿井配套建设低浓度煤层气电厂，矿区低浓度煤层气发电装机容量将达到5万kWh以上，年减排二氧化碳160万t以上，形成低浓度瓦斯发电产业集群，使整个彬长矿区浓度在8%以上的煤层气将全部用于发电。

2 矿井通风瓦斯发电项目

煤矿煤层气总排放量的83%都是通风瓦斯，如何能够利用好这部分资源对煤炭清洁生产生产、可持续发展，实施节能减排具有相当重要的意义。2009年开始，彬长集团和胜动集团共同在彬长大佛寺煤矿风井广场进行了“通风瓦斯氧化装置”的研制和试验，氧化装置每小时处理通风瓦斯能力6万Nm3并制取可用于发电的过热蒸汽。该项目已经通过了国家能源局的技术鉴定。2012年彬长集团建成全国第一座通风瓦斯发电厂。

通风瓦斯氧化装置工作时，先用外部电能对氧化床加热，创造一个能够让通风瓦斯中的甲烷快速进行氧化反应的高温环境 (800℃ ～1000℃)，引风机将矿井通风瓦斯与低浓度煤层气混合气体送入反应器，在高温下环境下混合气体中的甲烷氧化释放热量，氧化装置排气端固体蓄热陶瓷蓄热，进气端气体进入高温固体蓄热陶瓷空隙内受热快速氧化放热，由换向阀实现通风瓦斯在反应器内不断交替改变气体的运动方向，使进气中的甲烷在蓄热器中央迅速氧化并产生大量热量，通风瓦斯进排气不断的周期换向，实现通风瓦斯周期性氧化反应，氧化反应热量达到自动维持后，停掉外加热电源。通风瓦斯中的甲烷在氧化床氧化后，一部热量维持氧化反应的环境，多余部分的热量通过换热器生产过热蒸汽推动蒸汽轮机发电。每台通风瓦斯氧化装置每小时可产生2.5MPa、400℃过热蒸汽4.14t。

彬长集团投资9800多万元，设计安装10台6万m3/h的通风瓦斯 (乏风)氧化装置，利用大佛寺矿井8套抽排泵站中浓度小于8%的抽排瓦斯及主通风机中的通风瓦斯产生2.5MPa、400℃的过热蒸汽，推动装机容量4500KW的蒸汽轮机发电，年供电3000多万kWh，每年可减排二氧化碳56万t。一期安装5台氧化装置，已于2012年7月6日建成发电。二期5台安装完成后，大佛寺矿井浓度小于8%的抽排瓦斯及通风瓦斯将全部被利用，在大佛寺矿井实现矿井生产过程中瓦斯零排放的煤矿瓦斯利用模式。该项目的建设将使大佛寺煤矿成为全国第一个煤层气“零”排放的矿井。通风瓦斯发电项目已被国家发改委确定为CDM项目，正向联合国申请CDM项目注册。

3 矿井“零”排放煤层气利用模式

煤矿生产过程中煤层气通过两个渠道排出，一是通过抽排泵站排出，二是通过矿井主通风机排出。将抽排系统中浓度在8%及以上的抽排瓦斯用于发电，将抽排系统中浓度小于于8%的煤层气掺混到通风瓦斯中和主通风机排出的通风煤层气全部氧化发电利用，就使矿井生产过程中排出煤层气全部进行发电利用，不直接向大气中排放，实现矿井生产过程中煤层气零排放。大佛寺矿井已经实现了矿井生产过程中煤层气“零‘排放的煤矿煤层气利用模式，使大佛寺煤矿成为全国第一个煤层气“零”排放的矿井 (见图1)。