煤与瓦斯共采及瓦斯综合利用分析

赵柯君

摘要：从全球气候变化大会到世界各国的低碳发展，碳减排已成为世界各国的共同意愿和迫切要求。中国一直是应对气候变化的有力推动者和重要实践者，通过顶层设计、产业升级、结构调整、节能减排等方式落实温室气体减排责任。通过分析我国煤矿瓦斯的分布、来源、数量和利用情况，以及存在的问题，提出了煤矿瓦斯减排的相关技术、处理方法和建议，为煤炭行业碳减排和碳审批提供基础数据和支持。

关键词：瓦斯;排放;综合利用

引言

中国是煤炭生产大国。国有煤矿的瓦斯和高瓦斯矿井占矿井总数的46%。每年，煤矿开采都会产生大量的瓦斯。废气排放量约占90%，而CH4浓度一般小于1%。废气难以直接利用，排放量大、范围广，是未来天然气利用技术发展的重点。尽管近年来已有废气工业利用示范工程，但大多数企业仍然直接排放，不仅浪费宝贵资源，而且对大气环境造成严重污染。

1、瓦斯矿井分布

首先，高突矿井的区域分布相对集中在中南部和西南部地区，贵州、四川、湖南、山西、云南、江西、重庆、河南等8个省市共有2038个高瓦斯突出矿井，占我国高瓦斯突出矿井总数的85%。其次，高突矿井在国有矿山中所占比例较大。国有重点煤矿中，高瓦斯突出矿井256座，占国有重点煤矿总数的27.35%。三是高突矿井比重先升后降。根据相关地质资料，浅层煤层气约占我国天然气总量的30%，1000-2000米煤层气约占我国天然气总量的60%以上。因此，随着开采深度的增加，许多高瓦斯矿井甚至低瓦斯矿井逐渐转变为突出矿井，突出矿井呈上升趋势。但随着国家减产、淘汰落后政策的实施，一批高瓦斯突出矿井关闭，数量相应减少。

2、煤矿瓦斯综合利用技术实践意义

（1）提高煤矿生产安全性;煤矿装机容量大，燃气发电站集中度低，目前煤矿生产中采用的规划技术已经成熟。在煤矿生产过程中，煤矿瓦斯综合利用技术不仅可以实现安全生产，还可以减少温室气体排放，为煤矿生产效率提供保障。（2）灾害性天气治理;有关专家学者发现，废气粉尘粒径集中在1-10微米范围内。中型煤矿主风机排放废气约60万m3/h，可吸入粉尘排放量约7t/年。中国所有煤矿都通过这种模式向大气排放20多万吨粉尘，煤矿瓦斯综合利用技术的应用，可以通过零排放工程减少烟尘排放，去除其中的煤尘，为治理雾霾等灾害性天气提供支持。

3、煤矿瓦斯综合利用技术方案

3.1 瓦斯发电形式

天然气的开发利用有利于减少温室气体排放，减轻温室效应，保护大气环境。清洁能源的广泛应用取代了一些严重污染的煤炭能源，减少了污染物的排放，使矿区更加清洁，为矿区环境的恢复提供了支持。煤矿燃气发电有几种形式：由燃气锅炉、汽轮机、发电机发电;由燃气涡轮机、发电机发电;由燃气内燃机、发电机发电。第一种发电方式具有功率大、运行可靠性高的特点。但由于煤矿瓦斯体积分数低、发热量低，存在系统复杂度高、运行周期长等缺点，不推荐采用。第二种发电方式具有单发功率高、系统结构简单的特点，综合利用率高。然而，由于燃气轮机对气体体积分数和压力提出了很高的要求，因此不建议使用燃气轮机来确保气体压力达到0.9MPa，以确保燃气轮机的有效运行。第三种发电方式虽然单台发电量小，但对气体体积分数和压力没有提出严格的要求，反映出很强的适用性，加上施工周期和启动时间短，得到了广泛的应用。

3.2 余热利用系统的应用实践

为了充分利用余热，必须将余热利用锅炉放在排放管道中，吸收高温烟气排放的热量。一台2000千瓦的燃气发电机组，可回收约1300千瓦的余热，可用于生产85摄氏度的热水，某煤集团有限公司煤矿通过余热利用锅炉生产热水，为矿区全体职工提供洗浴用水，矿区采暖期热负荷约1500千瓦，可利用两台燃气发电机组的余热来满足。

4、矿区资源综合利用发展前景

4.1 煤炭产能重心转移将加大矿区资源综合利用的难度

根据煤炭工业发展“十三五”规划，到2020年，我国煤炭生产能力控制在39亿吨以内，原煤分离率达到75%。据有关估算，到2020年，我国煤矸石年增长量接近8亿吨，矿井年涌水量60亿立方米，矿井采气240立方米。“十三五”规划提出的综合利用目标是：煤矸石综合利用率75%，矿井水综合利用率80%，地下采气140亿立方米，利用率70亿立方米，地表煤层气开采能力100亿立方米，利用能力90亿立方米以上。为了实现上述目标，根据目前资源综合利用的外部情况，这是非常困难的。特别是煤炭生产能力向西部和西北地区转移后，东部和中部地区资源综合利用较好的矿区发展基础将进一步缩小。在远离煤炭消费中心后，对资源综合利用的消费需求不足，将制约煤炭资源综合利用的发展。

4.2 资源与环境约束加强将产生更深远的影响

随着东部矿区资源的逐步枯竭和产业结构调整的深化，东部地区煤炭需求的增量部分和产能转移部分将集中在山西、陕西、蒙古、宁夏和新中国的西部和西北地区。该区生态环境脆弱，环境自恢复能力差，而采煤过程引起的地表沉陷、地表植被破坏和地表水较差，西部和西北矿区地下水系统破坏和固体废物储存造成的破坏将更加突出，环境制约的压力将进一步加大，西部和西北部地区，煤矸石、煤泥等固体废物在该地区集中排放，集中排放。垃圾处理和吸收成本进一步提高，减少环境破坏和破坏的投资成本将更高。同时，煤矸石、煤泥等综合利用产品的经济运输半径有限，西部和西北矿区一般远离城市消费中心，在这种趋势下，矿区资源综合利用方向将发生重大变化，降低煤矸石和矿井水头将成为下一阶段资源综合利用的最重要措施。在生态脆弱地区，开发资源综合利用和废弃物处置工程，应重点减少煤矸石和矿井水排放对周围环境的影响，减少煤炭资源开发对环境的干扰和破坏。

4.3 积极应对优惠政策变动和碳排放权交易的实施

废除资源综合利用的认识机制，对煤矸石和矿井水的综合利用产生了重大影响。从发展趋势来看，进一步加强税收优惠的综合利用将是国家的大势所趋，在这种背景下，煤炭企业更需要提前布局。一方面，通过多种渠道协调实施煤炭资源综合利用增值税退税等优惠政策;另一方面，各级企业也有必要研究和利用新出台的政策，改变被动发展的观念。积极拓展资源综合利用的发展空间，环境保护税法的实施，实际上提高了煤炭行业的环境保护门槛。在实施环境税的情况下，煤炭企业在未来可能是资源综合利用的正常发展，开展自己的资源综合利用项目，委托第三方进行环境保护处置，碳排放交易和征收碳税将是时代潮流，这将对煤炭生产产生更大的影响。一方面，直接瓦斯抽放的情况可能永远不会恢复。另一方面，煤炭工业天然气综合利用将迎来新的发展机遇，研究碳税和碳排放交易机制，加快废气氧化破坏技术的应用和推广，将有助于提高煤炭企业未来的市场竞争力。

结束语

煤气、粉尘、氧气、火花、高温、静电和泄漏是影响煤粉热解系统安全设计的关键危险因素。它们存在于干燥剂、预热器、热解窑、沉降器、高温过滤器、气体冷却器和热解系统的连接管道中。一旦裂解系统发生安全事故，可能导致燃烧、爆炸、中毒、死亡等重大事故。为了保护人身安全和设备不受损坏，最终实现热分解系统的安全稳定运行，从系统设计、制造、安装、使用和维护等方面提出了一系列具体的主動和被动设计和响应措施，以更好地促进热分解系统的发展。

参考文献：

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