“瓦斯不治，礦無寧日”。雖然高、低濃度瓦斯利用技術(shù)相繼成熟，但只有徹底解決煤礦通風(fēng)瓦斯(乏風(fēng))的問題，變害為寶，才算真正把瓦斯吃干榨凈。

“總體技術(shù)水平先進(jìn)。”國家能源局日前組織的專家組對勝利油田勝利動力機(jī)械集團(tuán)有限公司(勝動集團(tuán))研發(fā)的煤礦通風(fēng)瓦斯(乏風(fēng))氧化技術(shù)及6萬立方米/小時(shí)煤礦乏風(fēng)氧化裝置項(xiàng)目給予這樣的評價(jià)。

“低濃度瓦斯特別是低于1%的通風(fēng)瓦斯利用在國際也很少，這項(xiàng)成果總體技術(shù)水平先進(jìn)，為瓦斯利用、煤礦企業(yè)節(jié)能減排提供了一個(gè)新的途徑，”通風(fēng)瓦斯(乏風(fēng))氧化技術(shù)及6萬立方米/小時(shí)煤礦乏風(fēng)氧化裝置應(yīng)用技術(shù)成果鑒定組組長、中國工程院院士周世寧告訴記者:“通風(fēng)瓦斯(乏風(fēng))的利用，對緩解能源危機(jī)、減少溫室氣體排放、保護(hù)環(huán)境具有重要意義。”

低濃度瓦斯能發(fā)電嗎？

我國煤層氣(俗稱瓦斯)資源儲量36.8萬億立方米，位居世界第三位。加強(qiáng)煤礦瓦斯綜合治理、加快煤層氣開發(fā)利用，有利于遏制煤礦瓦斯事故、促進(jìn)煤礦安全生產(chǎn)、增加潔凈能源供應(yīng)，還可以優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，推動經(jīng)濟(jì)增長，促進(jìn)能源行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。

位于山東省東營市的勝動集團(tuán)在2000年就掌握了濃度大于30%的瓦斯發(fā)電技術(shù)，并于2000年5月在山西晉城沁水五里廟煤礦投產(chǎn)了國內(nèi)第一座瓦斯發(fā)電站。隨著科技水平的不斷提高，利用高濃度瓦斯發(fā)電技術(shù)已趨向成熟，但低濃度瓦斯由于瓦斯含量少、穩(wěn)定性差且接近爆炸極限，傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)難以適應(yīng)，發(fā)電操作難度大，開發(fā)利用研究相對滯后。從2005年開始，勝動集團(tuán)又開始組織科研人員進(jìn)行低濃度瓦斯(6%～30%)發(fā)電技術(shù)攻關(guān)，2007年，專利技術(shù)“低濃度瓦斯發(fā)電及輸送系統(tǒng)”研發(fā)成功。

“當(dāng)我們的低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組成功在淮南礦業(yè)集團(tuán)投產(chǎn)發(fā)電時(shí)，一位德國專家拿著自己現(xiàn)場檢測的11.3%的瓦斯?jié)舛龋B連搖頭認(rèn)為不可思議。”勝動集團(tuán)執(zhí)行總裁王志春告訴記者。

今年4月，新汶礦業(yè)集團(tuán)的趙官煤礦利用勝動集團(tuán)新研發(fā)的柴油引燃技術(shù)，建成了國內(nèi)首座瓦斯?jié)舛仍?%左右的低濃度瓦斯發(fā)電廠。在趙官煤礦瓦斯發(fā)電站，工作人員告訴記者，瓦斯發(fā)電流程主要包括瓦斯抽采和發(fā)電兩大環(huán)節(jié)，瓦斯被抽采上來后進(jìn)入專用輸送管道，在管道中經(jīng)過冷卻等技術(shù)處理后成為發(fā)電燃料，通過瓦斯發(fā)電輸氣系統(tǒng)傳送到瓦斯發(fā)電機(jī)組，并最終轉(zhuǎn)化成可利用的電能。

高、低濃度瓦斯在變害為寶、為民造福的同時(shí)，還有另一道技術(shù)難題——濃度更低的通風(fēng)瓦斯(乏風(fēng)):不排干凈會威脅礦工安全，排到空中又加劇全球變暖、浪費(fèi)能源。

讓通風(fēng)瓦斯不用再排空

通風(fēng)瓦斯(乏風(fēng))是指甲烷濃度低于0.75%的煤礦瓦斯，由于其甲烷含量極低，如果進(jìn)行分離提純，耗能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過獲取的甲烷能量，很不經(jīng)濟(jì)。這種濃度的甲烷也不能直接燃燒，所以長期以來只能排空。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國煤礦排放的甲烷中，礦井乏風(fēng)占80%左右。

勝動集團(tuán)從2006年初開始進(jìn)行煤礦通風(fēng)瓦斯(乏風(fēng))利用技術(shù)的探索，并于2008年開始進(jìn)行氧化利用技術(shù)及裝置的試驗(yàn)研究和產(chǎn)品開發(fā)，在陜西彬長礦業(yè)集團(tuán)大佛寺煤礦完成了6萬立方米/小時(shí)煤礦乏風(fēng)氧化裝置性能試驗(yàn)和工業(yè)性穩(wěn)定運(yùn)行試驗(yàn)，各項(xiàng)參數(shù)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，是全國目前單臺處理能力最大的通風(fēng)瓦斯氧化裝置。

項(xiàng)目鑒定的專家組意見顯示，煤礦通風(fēng)瓦斯(乏風(fēng))氧化技術(shù)及6萬立方米/小時(shí)煤礦乏風(fēng)氧化裝置，應(yīng)用高溫條件下低濃度甲烷氧化技術(shù)原理，采用逆流熱氧化技術(shù)研制了煤礦乏風(fēng)中甲烷與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)的工藝技術(shù)和裝置。氧化反應(yīng)裝置通過內(nèi)置加熱器加熱啟動后，利用低濃度甲烷自身氧化釋放熱量并能自行穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行的特點(diǎn)，用熱交換器轉(zhuǎn)化成蒸汽進(jìn)行利用，是煤礦節(jié)能減排的有效技術(shù)。

通過研究熱力場均勻控制技術(shù)、氧化過程氣流換向控制和換向過程中逃逸甲烷氣體回收氧化技術(shù)以及抽排瓦斯與乏風(fēng)摻混氧化安全控制技術(shù)等研究，開發(fā)成功6萬立方米/小時(shí)煤礦乏風(fēng)氧化裝置。

氧化裝置運(yùn)行無振動、無噪聲、不產(chǎn)生二次污染；乏風(fēng)低壓進(jìn)入氧化裝置，能耗少；應(yīng)用操作方便、安全性高。此項(xiàng)技術(shù)構(gòu)思和產(chǎn)品設(shè)計(jì)為煤礦通風(fēng)瓦斯(乏風(fēng))處理和利用提供了有效的新技術(shù)和新裝備。

“我們自主研發(fā)的乏風(fēng)甲烷氧化裝置主要是利用煤礦瓦斯中的甲烷進(jìn)行氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱能，并將熱能實(shí)施階梯利用，實(shí)現(xiàn)熱、電、冷聯(lián)供。同時(shí)通過氧化裝置制取過熱高壓蒸汽驅(qū)動蒸汽輪機(jī)發(fā)電，蒸汽余熱則可供煤礦職工洗浴、礦區(qū)冬季采暖、北方煤礦進(jìn)風(fēng)口空氣預(yù)熱、礦井采掘面制冷等。此外，裝置也可處理垃圾填埋場排出的甲烷廢氣以其他揮發(fā)性有機(jī)化合物。”王志春告訴記者:“此項(xiàng)技術(shù)裝置的成功開發(fā)，讓通風(fēng)瓦斯不用再排空，實(shí)現(xiàn)了將瓦斯吃干榨凈，礦井瓦斯零排放不再是夢想。”

瓦斯也能申請CDM項(xiàng)目

據(jù)了解，彬長集團(tuán)建設(shè)的通風(fēng)瓦斯氧化發(fā)電項(xiàng)目計(jì)劃投資8600余萬元，設(shè)計(jì)安裝10臺6萬立方米/小時(shí)煤礦瓦斯(乏風(fēng))氧化裝置制取過熱蒸汽，組建裝機(jī)容量8000千瓦的蒸汽輪發(fā)電廠，年可供電3000多萬千瓦時(shí)。在大佛寺煤礦實(shí)施后，每年可回收利用甲烷3000多萬立方米，減排溫室氣體折合二氧化碳30萬噸。通過添加地面抽排瓦斯提高通風(fēng)瓦斯?jié)舛龋蕴岣邿崃康睦寐剩瑢?shí)現(xiàn)“零排放”目標(biāo)。國家發(fā)改委已批準(zhǔn)此項(xiàng)目為CDM(清潔發(fā)展機(jī)制)項(xiàng)目，目前正在向聯(lián)合國申請CDM項(xiàng)目注冊。

彬長集團(tuán)負(fù)責(zé)人告訴記者，通風(fēng)瓦斯氧化發(fā)電項(xiàng)目建成后，大佛寺煤礦將成為煤礦通風(fēng)瓦斯利用示范工程。彬長集團(tuán)將陸續(xù)在彬長礦區(qū)其他礦井建設(shè)通風(fēng)瓦斯電廠，形成裝機(jī)容量3.2萬千瓦的發(fā)電能力，預(yù)計(jì)每年發(fā)電1.6億度，減排減排溫室氣體折合二氧化碳200萬噸左右。

勝動集團(tuán)黨群工作部的王科長給記者算了這樣一筆賬，以一個(gè)年產(chǎn)煤炭100萬噸、乏風(fēng)流量1萬立方米/分鐘、甲烷濃度為0.5%的煤礦為例，可以安裝10臺處理能力為6萬立方米/小時(shí)的氧化裝置。每年產(chǎn)生熱能折合400萬噸標(biāo)煤，減排二氧化碳30萬噸，相當(dāng)于一個(gè)15萬千瓦裝機(jī)容量的燃煤電廠或20萬輛小汽車的二氧化碳排放量。僅每年CDM收益就達(dá)3000萬元。

“自2000年5月以來，我們已有1400臺發(fā)電機(jī)組服務(wù)于煤礦等企業(yè)，國內(nèi)市場占有率達(dá)80%以上，在全國建設(shè)燃?xì)怆娬窘?00座，總裝機(jī)容量達(dá)70萬千瓦，年可減排二氧化碳6000萬噸。”王志春對記者說。

曾身背“第一殺手”罪名的瓦斯，如今搖身一變成為清潔能源，不僅使煤礦提高了安全生產(chǎn)系數(shù)，減少了溫室氣體排放，為全國煤炭行業(yè)的節(jié)能減排開辟了廣闊空間。