低浓度瓦斯利用技术在我国的应用及现状讲解

低浓度瓦斯利用技术在我国的应用及现状

安全07—2 王延廷

摘要:介绍了我国煤矿抽采瓦斯利用存在的问题和煤矿低浓度瓦斯利用的主要技术途径,详细分析了煤矿低浓度瓦斯利用技术的研究现状,并对今后的利用前景进行了客观展望。

关键词:低浓度瓦斯利用;现状;前景

1、煤矿瓦斯利用现状

我国是一个产煤大国, 矿井瓦斯是煤矿安全生产的最大隐患。国家对煤矿瓦斯抽采工作非常重视,将其作为治理瓦斯的根本措施,提出了“先抽后采、能抽尽抽、以用促抽”的12字方针,并制订了《煤矿瓦斯抽采基本指标》等一系列标准和法规, 加大了瓦斯抽采工作的力度, 煤矿瓦斯抽采量逐年大幅度增加。2006年全国煤矿瓦斯抽采量为32.4亿/m3;2007年全国瓦斯抽采量为47.35亿/m3,其中井下瓦斯抽采量为44亿/m3; 2008年全国瓦斯抽采量达到55亿/m3,其中淮南、阳泉、松藻、水城和宁煤 10家重点煤矿瓦斯抽采量超过1亿/m3。

我国煤矿瓦斯利用起步较早,从20世纪 50年代就开始利用, 但瓦斯利用率非常低,目前只占瓦斯抽采量的1/3左右。2006年瓦斯利用量为11.5亿/m3,利用率为35.49%;2007年瓦斯利用量为14.46亿/m3,占30.54% (其中井下抽出瓦斯利用量为13亿/m3,占30.2 % ); 2008年瓦斯利用量为16亿/m3,占29.09 % ,瓦斯利用率还略有下降。

另据统计资料分析,2006年全国重点煤矿抽出的瓦斯累计利用量

为6.15亿/m3, 利用率为23.53% ,其中民用瓦斯4.74亿/m3, 占77.07 %; 发电用瓦斯1.41亿 m3,占22.93 %。我国瓦斯利用仍以民用为主。

造成我国煤矿瓦斯利用率低的主要原因:

一是大部分煤矿远离城镇,民用瓦斯规模难以扩大;二是煤矿抽采瓦斯浓度普遍较低 (( CH4 ) < 30 % ,称为低浓度瓦斯),且浓度不稳定,难以满足工业利用和化工产品的要求。

我国煤矿瓦斯排放量居世界首位, 大量的低浓度瓦斯排放不仅浪费了宝贵的清洁能源, 同时也加重了全球温室效应的影响。因此, 结合我国煤矿低浓度瓦斯的排放特点, 从技术及经济角度研究适宜的瓦斯利用技术, 对加强我国煤矿抽放瓦斯和风排瓦斯的资源化利用,具有十分的重要意义。

2、煤矿低浓度瓦斯利用的技术途径

1)瓦斯发电。采用煤矿低浓度瓦斯发电机组和输送安全保障技术,实现低浓度瓦斯发电,目前在技术是可行的,以后将成为低浓度瓦斯利用的主要技术途径。

2)瓦斯浓缩。采用变压吸附技术和低温液化分离技术, 将煤矿低浓度瓦斯浓缩成高浓度瓦斯,作为民用燃料和化工原料等。

3)掺混燃烧。将煤矿低浓度瓦斯作为工业锅炉的辅助燃料, 与煤炭掺混燃烧,进行发电或其他热能利用。

4)瓦斯氧化利用。将抽排的低浓度瓦斯, 与煤矿乏风瓦斯混合后,进行氧化反应,利用氧化反应产生的热能,进行发电、制冷和制热, 进行热量的阶梯利用。

3、煤矿低浓度瓦斯利用技术研究现状

目前,我国在煤矿低浓度瓦斯利用技术的研究主要有: 一、煤矿

低浓度瓦斯发电技术; 二、煤矿低浓度瓦斯浓缩技术; 三、煤矿低浓度瓦斯燃 (焚 )烧技术; 四、矿井乏风瓦斯利用技术。

3.1煤矿低浓度瓦斯发电技术

瓦斯发电是煤矿低浓度瓦斯利用的最佳途径,目前瓦斯发电主要有 3种方式:大功率燃气轮机发电、蒸汽轮机发电和往复活塞式内燃机组发电。利用燃气轮机和蒸汽轮机发电一次性投入大,建站周期长,要求燃气流量充足, 只适合瓦斯抽采量大且气体成分较稳定的大型矿井。燃气轮机的热效率不超过 30 % ,蒸汽轮机的热效率更低, 仅为 10 %左右。利用内燃机组发电, 一次性投入低, 建站周期短,内燃机组台数和功率范围可根据瓦斯气量的大小进行确定,电站移动方便, 非常适合大、中、小型煤矿。因此,内燃机组发电是目前解决瓦斯利用最佳途径。

由于低浓度瓦斯中的主要可燃成分 CH4 含量低,成分随机性变化较大,难以采用常规的燃气发动机进行发电。山东胜利动力机械厂根据煤矿抽出的低浓度瓦斯的特点,专门研制了一种低浓度瓦斯发电机组,功率为 500 kW。该发电机组在进气方式上采用了具有自主知识产权的微电子控制技术,能根据瓦斯浓度的变化自动调节混合气的空燃比,较好地解决了传统燃气机因可燃气体浓度变化而造成发动机熄火、爆燃、排气管放炮、进气管回火等安全问题。

但是, 由于我国现行《煤矿安全规程》第 148条规定:利用瓦斯时, 瓦斯浓度不得低于 30 %。因此,煤矿低浓度瓦斯发电技术在我国推广应用还存在一定的政策限制。

胜利动力机械集团有限公司采取多级阻火装置,较好地解决了低浓度瓦斯发电机组本身的安全问题, 但主要安全隐患存在于低浓度瓦斯输送管道系统。低浓度瓦斯利用时, 利用端可能产生的火源会使

整个输送管路系统中的低浓度瓦斯处于非常危险的状态, 一旦发生爆炸, 将造成重大损失。因此,低浓度瓦斯利用必须具有能够确保瓦斯输送安全的技术和设备设施。为此, 煤炭科学研究总院重庆研究院与山东胜利动力机械集团共同承担了国家发改委的重点科研项目--- 低浓度瓦斯安全输送成套技术与装备研制。

煤炭科学研究总院重庆研究院建立了低浓度瓦斯输送管道爆炸试验系统,管道直径分别为 500 mm和 700mm。通过研究输送管道低浓度瓦斯燃烧爆炸和传播特性及阻爆机理, 开发了瓦斯输送管道安全保障系统监测监控技术及装备、管道泄爆阻爆技术及装备、管道瓦斯自动快速切断技术及装备和管道瓦斯爆炸传播喷粉抑制技术及装备。采用多级防护、可靠性优先!的原则,对相应的安全装备进行优化组合,形成绝对可靠的安全保障系统。并在此基础上制订了以下相关标准:

1) 煤矿低浓度瓦斯管道输送安全保障系统设计规范;

2) 瓦斯管道输送水封阻火泄爆装置技术条件;

3) 瓦斯管道输送自动阻爆装置技术条件;

4) 瓦斯管道输送自动喷粉自动阻爆装置通用技术条件;

5) 煤矿低浓度瓦斯与细水雾混合安全输送装置技术规范;

6) 煤矿瓦斯输送管道干式阻火器通用技术条件;

7) 瓦斯输送管道安全监控系统通用技术要求。

“低浓度瓦斯安全输送成套技术开发与装备研制”项目已于2009年 7月进行了鉴定, 相关标准的报批稿也已上报国家安全生产监督管理总局等待审批。一旦这些标准获得国家安全生产监督管理总局的批准并发布执行, 下一步将对现行《煤矿安全规程》中关于瓦斯利用的相关条款进行修改, 消除煤矿低浓度瓦斯发电技术的政策限