我国煤矿瓦斯综合利用发展现状及建议

我国煤矿瓦斯综合利用发展现状及建议

曾宪平孟凡生

淮南矿业集团瓦斯利用分公司安徽省淮南市232001

摘要：全球性的气候变化大会到世界各国的低碳发展，碳减排已经成为全球共同的意愿和紧迫要求。我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、节能减排等手段落实温室气体减排责任。我国是煤炭生产大国，国有煤矿瓦斯及高瓦斯矿井占矿井总数的46%，每年因开采煤炭产生的大量的瓦斯气体，其中乏风瓦斯的排放占90%左右，而乏风瓦斯CH4浓度一般低于1%，直接利用难度较大，而且其量大面广，是今后瓦斯利用技术开发的重点。

关键词：煤矿瓦斯；排放；综合利用

引言

通过分析我国煤矿瓦斯分布、来源、数量和利用途径，以及存在的一些问题，提出矿井瓦斯减排相关技术、处置方式及建议，为煤炭行业碳减排和碳核准提供基础数据和支撑。

1煤矿瓦斯综合利用技术的现状

以全球的角度而言，煤矿瓦斯的使用大多运用于民用、发电、工业燃料乃至化工原材料当中。由于煤矿大部分处于较为偏僻之处，瓦斯民用项目需覆盖于诸多中低压管网及入户管网当中，具有较大的投资成本，而且民用耗费瓦斯的气量不大，无法实现相应的规模，所以瓦斯民用项目在回收成本方面较为艰难。在瓦斯发电的运用方面则为当前纯熟的内燃机技术，只对内燃机的进气系统以及燃料的供给系统给予改革，技术较为稳定，投资不大，回报率较高，时间较短。瓦斯发电已经变成当前煤矿瓦斯运用的一个重要方面。

因为煤矿瓦斯在开采的方式方面具有一定的差异，煤矿瓦斯的CH4含量则具有一些差别，其使用技术也存在差异。首先，透过地面钻井开采，开采的CH4浓度超过90%的煤矿瓦斯，当前约为煤矿瓦斯总数的1%，在成分特性方面与天然气较为相似。这一气体可通过天然气发电设备给予发电，或当作民用燃料及化工原材料，技术方面较为简便并纯熟。其次，透过井下瓦斯抽采系统与地面输气系统，开采出的CH4浓度范畴大多为3%～80%区间的煤矿瓦斯，当前约为煤矿瓦斯总量的15%左右，而大部分浓度均小于30%，因为会具有爆炸的危险，通常对其运用均控制在浓度为30%以上。

浓度为6%～30%的运用则属于一个难点，当前我国一些企业已经具备这一技术，而且已经在我国诸多省、市、自治区的煤矿中给予使用，获得了骄人的经济效益与社会效益。再次，透过煤矿通风排放的煤矿瓦斯，CH4的含量均在1%以下，被称作风排瓦斯，也被称为乏风。这方面煤矿瓦斯因为CH4的浓度较低，运用技术具有较大的难度，大致均被排空。我国相应企业正在对这方面瓦斯加以处理与运用。

2煤矿瓦斯综合利用技术研究

2.1高浓度瓦斯气发电机组

燃气内燃机发电机组发展过程中，高浓度瓦斯是最先发现的领域,对于该技术，相关企业发明了专利项目，即电控燃气混合器，为后期瓦斯利用领域的发展奠定基础。整体而言，现如今机组技术已经非常成熟，然而因为瓦斯在浓度以及气压方面存在一些缺陷，所以在2001年研发了电控燃气混合器，将核心技术问题加以解决,并为瓦斯机组推广提供了动力。

2.2低浓度瓦斯气发电机组

以高浓度瓦斯发电机组为前提研发了低浓度瓦斯发电机组，在这一范围内瓦斯包括了CH4爆炸极限浓度。这期间首先要解决的问题便是瓦斯如何实现安全输送，为了解决该问题，不仅要对电控燃气混合技术进行调整,也需要优化其他关键技术，排除低浓度瓦斯发电机组推广过程中面临的阻碍。

2.3煤矿乏风氧化技术与氧化热利用技术

乏风占据了煤矿瓦斯排放量的3/4，这一能源的充分利用是需要深入研究的关键性内容。2006年至今，针对乏风能源的利用有关专家展开了实质性探索,针对所得到的成果也组织了试验,获得非常好的成效。当前关于乏风的技术已经进入到试验阶段,例如煤矿乏风氧化技术与氧化热利用技术，以此为根据研发了煤矿乏风甲烷氧化设备，在实际作业中得到广泛应用。

3建议

3.1对于不同煤层气（煤矿瓦斯）开发利用项目实行分类有差别的财政补贴。对于煤层气资源赋存条件复杂、煤层渗透率较低或地处“三软”煤层矿区，由于煤层气（煤矿瓦斯）抽采难度大、抽采成本高，建议对此类地区提高财政补贴的标准，可在中央财政补贴的标准基础上上调20%的补贴额度，以鼓励煤炭企业开展煤层气（煤矿瓦斯）开发利用项目的积极性。由于低浓度瓦斯和通风瓦斯利用项目投资风险大、经济效益差，为了增加清洁能源供应、减少温室气体排放，国家对此类项目也加大财政补贴标准，可在中央财政补贴的标准上调40%的补贴额度。

3.2加大低浓度煤矿瓦斯利用技术研究。“十二五”以来，我国煤矿高瓦斯抽采量迅速增加，但瓦斯利用率却较低，出现这种现象的一个重要原因就是由于我国煤层气资源赋存条件复杂，煤层渗透率较低，抽采出的煤矿瓦斯中，低浓度瓦斯（CH4体积分数<30%）占很大比例，目前缺少低浓度瓦斯的有效利用方式而被直接排放到大气中，导致瓦斯利用率下降。国家应在低浓度瓦斯利用方面加大科研力度，研发多途径、高效率利用低浓度瓦斯的方式。

从温室气体减排的角度考虑，目前CH4体积分数在30%以上的煤矿瓦斯约占煤矿甲烷总产量（涌出量）的7%左右，这部分气体的利用技术相当成熟，利用成本低、效益好，可广泛用于发电、民用、化工、汽车燃料等，但减排潜力很小。CH4体积分数在30%以下的煤矿甲烷量约占煤矿甲烷总产生量的90%以上，每年产生量约在170亿m3以上，特别是CH4体积分数低于9%的煤矿甲烷，利用潜力非常巨大。因此，从温室气体减排角度考虑，重点推荐的技术包括：低浓度煤矿甲烷发电技术（9%~30%）、超低浓度煤矿甲烷发电技术（4%~9%）和乏风氧化梯级利用技术（低于1%）。浓度在1%~4%的煤矿甲烷，可以混掺到乏风当中进行梯级利用，或者混掺到其他高浓度当中进行利用。

结束语

煤矿瓦斯综合利用可以实现“以利用促抽采、以抽采促安全”的煤矿良性循环发展。为减少污染和缓解电力能源紧张、为煤矿企业的循环经济建设做出更大的贡献。

参考文献

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