低浓度煤矿瓦斯的利用方法.pdf

第3 6 卷第1 3 期 1 7 8 2 010 年5 月 山西 建 筑 S H A N X IA R C H I T E C I U R E V d ．3 6N o ．1 3 M a y ． 2 0 1 0 文章编号1 0 0 9 - 6 8 2 5 2 0 1 0 1 3 - 0 1 7 8 - 0 2 低浓度煤矿瓦斯的利用方法 郑顺朝 摘要基于对煤矿低浓度瓦斯利用现状的分析，系统总结了低浓度瓦斯的利用方法和途径，指出煤矿瓦斯是影响煤矿 生产和安全不可忽视的因素，而且低浓度瓦斯的排放不仅造成了严重的空气污染也造成了大量的资源浪费。 关键词低浓度瓦斯，乏风瓦斯，利用，方法 中图分类号1 f 1 J 9 4 3 ．3 文献标识码A 煤矿瓦斯是赋存在煤层中的一种与煤伴生的气体，通常是指 煤矿井下以甲烷为主的有毒、有害气体的总称。水灾、火灾、瓦斯 或煤尘爆炸、瓦斯突出以及冒顶是煤矿生产过程中的主要灾害， 而瓦斯爆炸是矿井五大自然灾害之首。瓦斯气体的主要成分是 甲烷，当空气中甲烷浓度在5 ．5 ％～1 6 ％之间时，有明火的情况下 就能引起瓦斯爆炸。由于煤矿瓦斯突出以及瓦斯爆炸事故频发， 严重影响了矿井的安全生产，对煤矿工人的身体健康也造成了极 大的负面影响，限制了煤矿的生产进度。国家采取了坚决有力的 瓦斯治理措施，在技术管理上提出了“先抽后采、以风定产、监测 监控”十二字方针，以确保煤矿的安全生产。，“先抽” 即包括井下 抽采和地面抽采 是瓦斯防治的基础，也是从源头上治理瓦斯灾 害的治本之策和关键之举。我国是世界上最大的煤炭生产国，中 国煤矿井下抽放瓦斯虽然已有数十年的历史，但瓦斯抽出率很 低，往往不足3 0 ％，而且由于抽上来的瓦斯8 0 ％的浓度低于5 ％， 按目前的技术水平和相关的安全规程，只能排空难以利用⋯1 。瓦 斯的直接排放，一方面造成了严重的空气污染，因为甲烷具有温 室效应，其温室效应是二氧化碳的2 1 倍，对臭氧层的破坏能力是 二氧化碳的7 倍；另一方面也造成了严重的资源浪费，纯瓦斯的热 值与常规天然气相当，是一种洁净的能源。因此煤矿瓦斯的合理 开发利用，尤其是低浓度瓦斯的利用不但可以有效减少温室气体 的排放、改善并保护我们赖以生存的大气环境；同时也可以在一定 程度上改善我国的能源结构，增加洁净的气体能源，弥补我国常规 中了解设计实践对专业知识需求情况的反馈信息，及时调整教学 内容和方法，保证注册考试导向作用的发挥；另一方面又应积极 参加工程设计实践，直接从中吸取营养，如此才能保证在实践环 节上先于学生，在设计能力上高于学生。以往，在高校中工科教 师脱离工程、建筑学教师脱离设计实践的现象并不鲜见，这些无 疑影响了教学质量。注册考试使建筑专业教师加深了对工程建 设的认识和体会，乃是推动工程教育水平提高的有效动力。 3 进行与注册工程师制度相适应的工程教育改革应注 意的l 司题 注册考试侧重应用能力，而不将基本原理作为考核重点。它 从工程实际出发要求建筑师掌握解决问题的具体原则和手段。 而作为教学过程却不能仅仅局限于此既要教给学生结论，更 要教给他们产生结论的原因和事物发展的科学原理，以及采取措 施的依据“知其然，亦知其所以然”。随着科学技术的日新月 异，解决问题的原则和手段都可能发生变化，只有掌握了基本理 论，才能适应这种发展，才能提出有创见性的新思路。 注册考试侧重设计逻辑性，而未将建筑创意和艺术性列入考 试内容。它仅考核建筑师是否能够在设计过程中满足建筑对实 用、坚固、经济等这些最基本的条件。而我们的教学目标不仅要 求学生能够做到这一点，更要使他们建立起较高的专业修养、文 化修养、艺术修养和坚实的基本功，具有创造出高水平、高品位建 筑作品的潜力和底气。从这个意义上说，建筑学专业的教学标准 相对注册建筑师的考试标准具有更高的层次。 注册考试侧重技术条件，而不将设计技巧和表现技巧作为考 核重点。对一名执业建筑师来说，最基本的要求是能够解决各种 技术性问题。至于解决问题的技巧，仅反映其设计水平和层次的 高低，所以不作为注册考试的主要内容。然而，学校的专业教育 不仅要教会学生掌握解决问题的科学方法，也要使学生掌握一些 必要的设计与表现技巧。因为没有这些，建筑师就难于得心应手 地用建筑语言去思考和充分地表达自己的思想，也难于把自己的 作品形象地展现给他人。这虽是建筑创作得到进一步升华的先 决条件，却不需要作为建筑师职业准入的考核重点。因此，注册 考试标准与建筑教学标准在这里又一次被加以区别。 4 结语 注册工程师制度有助于建立全新的、合理的、适应时代发展 的、具有国际普遍性的工程教育评估标准，是大势所趋。建筑专 业教育面向注册工程师制度主动作出适当的调整是必由之路。 参考文献 [ 1 ]夏玉美．浅谈完善我国工程项目管理的途径[ J ] ．山西建筑， 2 0 0 8 。3 4 1 1 2 1 2 ．2 1 3 ． E d u c a t i o nr e s e a r c ho nr e g i s t e r e de n g i n e e rs y s t e mf o ra r c h i t e c t u r em a jo r C H E NS i - y u a n A b s t r a c t A i m j n ga tt h ea d j u s t m e r l to fc o l l e g ea r c h i t e c t u r em a j o rf o rr e g i s t e r e de n g i n e e rs y s t e m ，c o m b i n i n g “出n e c e s s i t yo fa r c h i t e c t u r ee d u c a t i o nr d o r m a t i o n ，i te l a b o r a t e st e a c h i n gt h i n k i n ga n dm e t h o d sf o ra r c h i t e c t u r em a j o rr e f o r m a t i o nb a s e do nm t i o m lr e g i s t e r e de n g i n e e ra y s - t 目1 1 ．M e a n w h i l e ，i tp d n t sO U tt h ep m b l e n 坞w h i c hs t x “db ec a r e di nt h ep r o c e s so fr e f o r m ，w i t hav i e wt og u i d et h er e f o r mw o r ko fa r c h i t e c ． t u r a le d u c a t k m ． K e yw 吣a r e h i t e c t u l ℃e d u c a t i o n ，r e g i s t e r e d 直曙i 觥舒j s t e r l - i ，n e c e s s i t y ，t e a c h i a gm e t l x x t 收稿日期2 0 1 0 - 0 1 1 3 作者简介郑顺朝 1 9 7 4 - ，男，工程师，晋中市煤炭工业局瓦斯治理中心，山西晋中0 3 0 6 0 0 万方数据 第3 6 卷第1 3 期 2 010 年5 月 郑顺朝低浓度煤矿瓦斯的利用方法 1 7 9 天然气在地域分布和供给量上的不足，对促进节能减排，推动低 碳经济的发展具有重要意义。 1 低浓度瓦斯的利用现状 国家煤矿安全规程规定，甲烷含量低于3 0 ％的瓦斯为低浓 度瓦斯 煤层气 。近些年，我国瓦斯抽采利用工作取得了重大进 展，2 0 0 5 年全国煤矿抽采瓦斯2 3 亿m 3 ，利用9 亿m 3 ，利用率 4 2 ．6 ％；2 0 0 6 年全国煤矿抽采瓦斯3 2 ．4 亿m 3 ，利用1 1 ．5 亿矗，利 用率3 5 ．5 ％；2 0 0 7 年，全国瓦斯抽采4 7 ．3 5 亿甜，利用1 4 ．4 6 亿矗，利 用率为3 0 ．5 ％【2 J 。2 0 0 8 年煤矿瓦斯抽采量已达到5 2 亿m 3 。然 而，约8 0 ％的瓦斯是采用卸压抽和采空区抽瓦斯的方法获得，抽 出瓦斯的浓度较低，5 5 ％以上的抽采瓦斯浓度低于3 0 ％，从总体 上看，煤层气抽采进展较快，但利用进度较慢，特别是低浓度煤层 气利用率低，多数矿井瓦斯抽放浓度在2 5 ％左右，国家煤矿安全 规程规定，抽放瓦斯利用时浓度不得低于3 0 ％，因此目前几乎所 有的煤矿都将甲烷浓度低于3 0 ％的瓦斯直接放空排人大气。据 不完全统计，我国每年在采煤的同时排放的纯瓦斯近2 0 0 亿m 3 ， 与“西气东输”量相当【3 J 。究其原因一方面与矿井的瓦斯抽放规 模有关，许多矿井主要依靠移动抽放泵抽放瓦斯，抽出的瓦斯浓 度低【4 1 ；另一方面，许多煤矿企业存在“重煤轻气”的观念，煤矿瓦 斯抽放仍基于保证煤矿安全生产的目的，观念有待更新，这也限 制r 抽放瓦斯利用率的提高；其次是技术上，尤其是针对低浓度 瓦斯的利用，输送以及提纯的成熟技术较少，煤矿瓦斯的利用主 要集中于瓦斯抽采量以及瓦斯抽采率较高的国有重点煤矿区，而 且现有煤矿瓦斯利用以民用和工业燃气为主【5 J 。 2 低浓度瓦斯的利用途径与技术 瓦斯是一种热值高，无污染的宝贵能源，对煤矿瓦斯进行抽 放并加以利用，不仅可以减少对环境的污染，还可以给煤矿带来 较好的经济效益，因此合理开发和利用煤矿瓦斯具有节能和环保 的双重意义。 1 低浓度瓦斯的分离提纯。低浓度瓦斯的提纯技术有变压 吸附、膜分离技术以及低温液化技术怕J 。提纯后的气体相对于井 下抽采的原料气甲烷含量可以达到9 0 ％以上，而且氧含量大幅度 减少，这样就可以解决低浓度瓦斯气体直接用于民用燃料不能进 行长距离输送的问题，扩大了低浓度矿井瓦斯的利用范围，产生 规模效益。同时低浓度瓦斯提纯分离也面临设备复杂，投资大， 功耗高，市场推广价值低等问题。2 低浓度瓦斯发电。低浓度瓦 斯中甲烷浓度在5 ．5 ％～1 6 ％时具有爆炸危险，甲烷浓度在 7 ％～8 ％时最易爆炸，当甲烷浓度在9 ．5 ％时爆炸威力最强，其速 度可达20 0 0m ／s ～30 0 0m ／s ，同时产生巨大的能量，低浓度瓦斯 发电也正是利用了甲烷的这一特性。低浓度瓦斯发电机组与高 浓度瓦斯发电机组工作原理基本一致，都是采用瓦斯爆炸做功发 电，不同之处是为保证低浓度瓦斯的安全输送，采用了细水雾输 送技术，输送管路上设置湿式水位自控阻火器和金属波纹带瓦斯 管道专用阻火器[ 3 J 。由我国胜利油田胜利动力机械集团有限公 司自主开发的“低浓度瓦斯的细水雾输送技术以及安全利用技 术”成功解决了低浓度瓦斯的利用难题，并在安徽淮南煤矿建设 了世界首座低浓度瓦斯发电站，于2 0 0 5 年1 2 月2 5 日开机运营， 该技术将瓦斯的利用范围扩大到6 ％以上。截至2 0 1 0 年该项技术 推广年瓦斯利用量将达到2 0 亿订，相当于节省1 9 5 万t 标准煤， 同时减排25 0 0 万t0 哂。3 乏风瓦斯氧化技术。乏风瓦斯，指煤 矿通常采用大量通风来排放的煤矿瓦斯。煤矿乏风有流量大、瓦 斯浓度低、浓度波动大的特点，我国每年通过乏风排人大气的甲 烷约为1 0 0 亿m 3 ～1 5 0 亿m 3 ，矿井乏风中的甲烷浓度非常低，一 般在0 ．2 ％- 0 ．7 5 ％之间。由于煤矿乏风中甲烷含量极低，如果 进行分离提纯，耗能要远远超过获取甲烷的能量，同时该浓度范 围的甲烷不能直接燃烧，目前采取的措施是直接排空[ 3 】，造成了 巨大的能源浪费和环境污染。因此，如何治理和利用矿井乏风瓦 斯，也是目前我国在瓦斯治理及利用方面面临的紧迫任务。我国 胜利油田胜利动力机械集团有限公司开发的煤矿乏风甲烷氧化 技术是目前国内唯一通过现场工业性试验的技术成果。2 0 0 7 年 8 月，国内首台乏风瓦斯氧化装置顺利通过国家发改委组织的专 家团评议。2 0 0 7 年1 2 月，成功研制6 00 0 0N n l 3 ／h 氧化装置。乏 风瓦斯热逆流氧化装置主要由固定式逆流蜂窝陶瓷氧化床和控 制系统两部分构成。矿井乏风中的甲烷发生氧化反应，生成二氧 化碳并产生热量，反应产生的热量可以用来取暖或发电。不仅减 少了温室气体的排放，同时也带来较好的经济效益。 3 结语 中国是目前世界上最大的煤炭生产国和消费国，低浓度瓦斯 利用技术的开发和创新不但提高了煤矿瓦斯的利用率，使煤矿瓦 斯的零排放成为可能，同时也为瓦斯资源的合理利用开辟了崭新 的天地。2 0 0 9 年1 2 月召开的哥本哈根联合国气候变化会议上， 中国高调提出温室气体的减排目标到2 0 2 0 年我国单位国内生 产总值二氧化碳排放比2 0 0 5 年下降4 0 ％～4 5 ％，目前我国正处 在经济高速发展阶段，节能减排面临的形势依然严峻。其中煤矿 瓦斯的抽采以及合理利用，尤其是低浓度瓦斯的合理利用对控制 温室气体的排放，发展低碳经济、促进我国能源的综合利用，实现 煤炭企业的可持续发展都有重要的现实意义。 参考文献 一 [ 1 ] 刘平，胡敏．浅谈煤矿瓦斯的综合利用[ J ] ．中州煤炭， 2 0 0 9 7 4 1 ．4 3 ． [ 2 ] 邦东．低浓度煤层气资源利用现状及效益分析[ J ] ．中国 煤层气，2 0 0 8 3 4 2 ．4 8 ． [ 3 ] 李洪．中国煤矿企业低浓度瓦斯的安全利用[ J ] ．中国煤 炭，2 0 0 9 1 1 4 1 6 ． [ 4 ]宁成浩，陈贵锋．我国煤矿低浓度瓦斯排放及利用现状分析 [ J ] ．能源环境保护，2 0 0 5 4 1 - 5 ． [ 5 ] 张新华．对我国煤矿瓦斯利用技术研究及探讨[ J ] ．科技信 息，2 0 0 8 2 3 3 0 9 ．3 4 0 ． [ 6 ] 孙恒。朱鸿梅，舒丹．一种低浓度煤层气低温液化分馏 工艺的模拟与分析[ J ] ．低温技术，2 0 0 9 8 2 1 2 3 ． O nu t i l i t ym e t h o d sf o rl o wc o n c e n t r a t i o nc o a lm i n eg a s Z H E N GS h u n - e h a o A b s t r a c t B a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ea J l T e n ts i t u a t i o nf o rt h eu t i l i t yo ft h el o wo o n e 日a t r a t i o ng a si n ∞8 li l l i n e s 。t h ep a p e r 岛m 璐u pt h eu t i l i t y m e t h o d sa n de h a r m d sf o rt h el o wc o n c e n t r a t i o ng a s ．a n dp O i n t SO U tt h eg a si no o a ln l i n ei st h eu r m e g d e c t a b l ee l m a e mt Oi n f l u e n c et h ec o a lm i n e p n I C l u c t i o na n ds a f e t y 。a n dt h ed r a i n a g eo ft h el o wc o n c e n t r a t i o ng a sc a nn o to n l yc a u s et h es e r i o u sa i rp o U u t i o n ，b u ta l s ol e a dt h ew a s t e o fl a r g e a m o u n t so fr e s c a l r e e s ． K e yw o r d s l o w 咖c e m r a t i o ng a s ，g a sw i 也i n s u f f i c i e n ta i r ，u t i l i t y ，m e t h o d 万方数据