自燃煤矸石山热能资源及利用.pdf

声明声明下面论文由免费论文教育网 http//www.PaperE 用 户转载自互联网，版权归原作者所有，本文档仅供参考，严禁抄袭 免费免费论文论文教育教育网网 - 1 - 自燃煤矸石山热能资源及利用自燃煤矸石山热能资源及利用1 张成梁 1,3，杜永吉2,4 1. 山西绿宝园林设计研究所，山西太原030006 2. 北京林业大学草坪研究所，北京 10008 3. 山西省林业科学研究院，山西太原030012） 4. 北京维景蓝迪景观生态技术服务有限公司，北京（100081） E-mail duyongji1202 摘摘 要要 针对煤矸石山赋存大量热能而又未能有效利用的现实情况， 提出了自燃煤矸石山热 能利用的新思路。将各类高温煤矸石山的热能用于水产、畜禽养殖，反季节蔬菜、花卉、食 用菌及其他保护性栽培作物的生产，既利用废弃能源减少生产成本，又能减轻环境污染。这 种变害为利，变废为宝的节能减排的利用在我国具有广阔的应用前景。 关键词关键词煤矸石；热能；养殖；反季节栽培 我国煤炭年产量约 20 亿 t， 居世界第一位。 煤矸石是煤炭生产和加工中产生的主要固体 废弃物[0]。煤矸石的产量约占煤炭开采量的 10～25。以排矸量占原煤生产的 20估算， 每年新增加的矸石有 4 亿 t 以上， 除综合利用约 6000 万 t 外， 其余大部分就近混杂堆积储存 [0]形成煤矸石山。据统计目前全国已形成煤矸石山 1600 余座，累计量约在 40 亿 t 以上，占 地近 30 万亩[0]。由于煤矸石的成分、堆积方式和堆积地形等的原因，全国约有 1/3 的煤矸石 山发生自燃。煤矸石山的自燃浪费大量的宝贵能源，也对环境造成了很大污染。世界各国通 过多种途径积极探索自燃煤矸石的治理和有效利用。到目前为止，还没有那个国家，有那种 办法可以防止煤矸石山的自燃或全部利用煤矸石。 煤矸石的自燃将会在未来相当长的一段时 间存在。因此考虑自燃煤矸石山的热能利用有重大的现实意义，也是废物资源化利用，创建 节约型社会的要求。 1. 煤矸石利用、治理现状及存在问题煤矸石利用、治理现状及存在问题 近年来,我国在煤矸石资源化综合利用方面做了大量的研究,特别是在能源[0,0,0]、 建材[0,0]、 化工[0,0]、轻工[0]、农肥[0]等领域进行了广泛的应用，取得了较好的经济效益和社会效益,但 综合利用的毕竟是少数，仍存在着利用途径少、经济效益差、利用效率低等问题，由于在相 当长时间内我国一次性能源以煤为主的格局不会发生根本的改变,加之环保要求和洁净煤战 略使得煤炭入洗比例提高,煤矸石堆积量还将持续增加。 在煤矸石山工程治理、生态恢复[0,0]等方面也作了大量的工作，减轻了空气污染和水土 流失，美化了环境，取得较好的生态效益和社会效益，但消耗了大量的人力、物力、财力。 2. 煤矸石山的热能赋存煤矸石山的热能赋存 彻底将煤矸石灭火， 不让煤矸石山发生任何自燃是矿区煤矸石山自燃防治的目标， 但以 目前的技术和手段不让煤矸石山发生一点自燃， 显然还有相当的困难。 无论是经过治理的旧 煤矸石山，还是以新工艺排放形成的煤矸石山，都还有不同程度的自燃，产生大量热能，而 这些热能一直在白白浪费，且成为生态恢复的主要障碍因子。 通过对各类自燃煤矸石山的调查得知， 所有自燃煤矸石山的温度均高于自然地温。 正在 1本课题得到山西省重大科技攻关项目“山西省工矿区土地沉陷防治、复垦与生态重建研究 （2006031099-01） ”的资助。 - 2 - 自燃的煤矸石山表面温度高达 300-400℃，内部温度可达 800-1000℃。一座新的煤矸石山从 开始燃烧到停止燃烧需要 20-30 年左右的时间。由于煤矸石的导热率极低，即使是熄灭了多 年的煤矸石山由于热导性低也长期处于高温状态，据测算高温散热过程约需 20 年。这样计 算一座煤矸石山的热能利用年限在 40-50 年左右。因此，自燃煤矸石山蕴藏着大量的热能， 而且这种情形在我国将会维持相当长的一段时间。自燃煤矸石山的热能利用具有巨大潜力。 以山西省阳泉煤业集团的几座自燃煤矸石山来看， 热能就具有很大的赋存量。 以山西国阳新 能股份有限公司第三煤矿 280 煤矸石山为例，经多次灌浆灭火后，2005 年全面覆盖约 50cm 厚的黄土，镇压后进行植被建设。2006 年 12 月测得多处地表温度高于 50℃，个别地方达到 192℃。近年采用的新的排矸工艺堆放煤矸石山，有效遏制了煤矸石山的自燃，但并未能完 全阻止煤矸石的自燃， 仅仅是燃烧程度和面积的控制而已。 山西国阳新能股份有限公司第二 煤矿 1997 年完成的一座煤矸石堆积场， 是一个以新工艺分层碾压， 覆土造地的排矸场， 2006 年 6 月调查时发现边坡燃烧严重，排矸场中心位置土壤剖面不同深度的温度见表 1。 表 1 阳泉二矿土壤剖面垂直温度变化 Fig.1 Temperature variation of soil vertical section plane of mine No2 in Yangquan 土层深度 cm 测定温度℃ 土层深度 cm 测定温度℃ 0 29.3 60 45.9 10 32.1 70 49.1 20 36.0 80 52.9 30 38.4 90 58.8 40 40.9 100 60.0 50 42.7 3. 自燃煤矸石山热能利用途径自燃煤矸石山热能利用途径 我国北方大部分地区冬季寒冷，夏季炎热，许多地区发展水产品、畜产品养殖、蔬菜生 产受到制约。 常通过建造温室来创造适宜环境， 进行反季节生产。 温室生产需要较大的能耗， 一般用燃煤的办法提高温室的温度。能源量消耗大、运行成本高一直是影响温室经济效益， 不能大量应用的重要因素之一。 如能将养殖基地或生产基地建在煤矸石山上， 利用煤矸石山 的热能资源，为温室提供热源，用于冬季的增温生产，可以大大节约冬季生产成本、促进冬 季反季节生产。这样可以利用废弃能源、节约燃煤、减少排污、提高土地生产力、为市场提 供更多产品，解决冬季劳动力过剩问题，培育经济新的增长点，促进经济社会的和谐发展。 3.1 应用于水产养殖应用于水产养殖 水产品富含蛋白质及多种维生素和矿物质，如维生素 A、维生素 D、磷、镁、硒及碘等， 是当今国际上最广为交易的食品之一。但市场上一些需求较多的暖水性鱼类（罗非鱼、淡水 白鲳、鲟等） 、虾类、鳖等水产品，受水温限制，需一定条件及采取相应的保温措施，才能 安全越冬或加快生长。如人工养鳖的最适宜温度是 30℃左右，若温度降至 10℃以下，鳖就 会不吃不喝，停止生长，进入冬眠状态。目前保温措施主要有以下几大类型1、利用工厂 余热，主要利用发电厂或工厂排放的余热水或蒸气引入池塘；2、塑料大棚及玻璃温室越冬， 利用太阳能达到保温效果； 3、利用地热水越冬，主要利用温泉及深机井水；4、利用小型 锅炉越冬，主要是利用锅炉并结合塑料大棚达到保温效果。各种措施的主要机理相同，都是 通过不同的增温方式提升水温， 而利用煤矸石山由下而上不断扩散的热量即能达到同样的目 - 3 - 的，又能节约能源，减少成本，实现南鱼北养，夏鱼冬养。 3.2 应用于畜禽养殖应用于畜禽养殖 随着人类生活水平的不断提高， 社会对动物蛋白需求不断增加， 但北方冬季的低温天气 不利于畜禽养殖。温度对畜禽生育、繁殖性能有重要影响。鹅舍温度保持在 810 ℃℃，可 使母鹅产蛋率提高 15以上[0]，雏鸡的生长温度应保持在 3032℃℃[0]，而鸡生长的最佳温 度为 1025 ℃℃[0]。通过棚里养殖畜禽，可以改变冬季畜禽御寒导致能量损失过大、难以增 肥的状况。但大棚冬季加温一般都采用燃煤炉直接加温的方式，不仅能耗高，而且棚内空气 污染严重，且在畜禽养殖上仍有其缺陷，利用煤矸石的热能则没有这些问题。我国保育猪的 饲养有网床饲养和地面饲养两种模式。 网床上饲养保育猪采取暖气供热方法， 虽可满足断乳 仔猪对温度的要求，但地风网床底部仍有贼风易使保育猪腹部受凉，发生腹泻现象，影响 保育猪的正常生长发育；地面饲养保育猪虽没有地风,但仔猪腹部直接接触水泥地面,易受凉 发生腹泻现象。将猪舍建在煤矸石山上则可以克服以上不足，提高养殖密度和养殖成活率， 促进生长速度，缩短生产周期，增加群体产量，降低单位成本。 3.3 应用于反季节蔬菜、花卉、食用菌栽培应用于反季节蔬菜、花卉、食用菌栽培 1 季节大棚蔬菜生产已成为农业结构调整和增加农业农民收入的重要组成部分，在过去 的生产中，由于没有有效的温控设施，大棚内的温度无法很好地满足蔬菜生产的需要，特别 是遇到持续的低温天气， 大棚内的蔬菜会受到冻害和各类菌病病害， 会严重影响蔬菜的产量 和质量，严重时会出现绝产。充分利用煤矸石热能资源生产大棚蔬菜具有很大前景。 2 随着人民生活水平的提高， 鲜切花市场逐年扩大。 但目前高档花卉生产供应严重不足， 其根本原因是反季节花卉生产中的供温设备投资高、 运行费用大而导致的生产成本高、 种植 风险大。将自燃煤矸石山的热能用于花卉生产可以弥补这种不足。 3 食用菌是我国传统的种植项目，现在国内、国外的市场需求量很大，已成为我国农业 出口创汇的主要项目。目前，冬季高档食用菌出口中出现有害金属及二氧化硫超标现象，发 生问题的原因是冬季采用燃煤炉直燃加温造成的。 自燃煤矸石山则可以为食用菌的生产提供 廉价的清洁热能。 2.4 其他方面的应用其他方面的应用 自燃煤矸石山热能还有望应用于保护性作物、果树栽培，草坪草育苗、旅游等方面。 4. 自燃煤矸石山热能利用的效益自燃煤矸石山热能利用的效益 据统计， 目前我国建造的温室， 北纬 35左右地区， 冬季加温耗能费约占总成本的 30～ 40，北纬 40左右地区约占 40～50，北纬 43及以上地区约占 60～70[00]。如温室 面积为 1hm2，按温室运行 6 个月单位面积耗煤量 60kg/m2计算，若煤按 500 元/吨计算，则 温室加热耗能费约为 30 万元/ hm2。若能有效利用煤矸石山的地热资源，则可大大减少温室 冬季加热产生的费用。 我国北方地区在进行温室花卉栽培和反季节蔬菜栽培时， 多采用地热线温床育苗， 但常 遇到以下问题1、苗床长度与电热线长度不匹配；2、地热线短路或断路。播种后出现间题 就得毁牙床。 还利用太阳能和暖气管道加温育苗， 但这两种加温方式直接作用于空气温度而 非苗床温度，温度由外向内扩散，效果相对较差。如利用煤矸石山由内向外扩散的热能即能 - 4 - 更好的满足植物的生长发育需求，提供良好的生长环境，又能降低能耗，降低生产成本 5. 自燃煤矸石山热能利用的展望和设想自燃煤矸石山热能利用的展望和设想 进入上世纪 80 年代后，我国政府积极推进资源的综合利用，采用一系列法律、法规、 技术和必要的行政手段，支持和鼓励资源综合利用。早在 1985 年，国务院就颁布了关于 开展资源综合利用若干重大问题的暂行规定 （国发[1985]117 号文件） ，把开展资源综合利 用作为一项重大技术经济政策；1996 年国务院批转国家经贸委等部门关于进一步开展资 源综合利用意见的通知 （国发[1996]36 号文件） ，明确资源综合利用是我国国民经济和社会 发展中一项长远的战略方针；2005 年国务院关于加快发展循环经济的若干意见 ，明确提 出大力开展资源综合利用， 最大程度实现废物资源化和再生资源回收利用。 如能将经过治理 过的旧煤矸石山， 以及以新工艺排放形成的煤矸石山再加以利用， 正符合国家一系列废弃物 资源化利用的方针、政策。如能解决煤矸石山上水产、畜禽养殖，反季节蔬菜、花卉、食用 菌及其他保护性栽培作物生产的配套及相关技术措施， 就能有效利用废弃煤矸石山的热能资 源，废弃煤矸石山的资源化利用就会掀开新的篇章。 参考文献参考文献 [1] 郭云争.大力发展煤矸石的综合利用[J].砖瓦,2004439-41. 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Beijing Virginland Ecological and Technical Landscape Co.,Ltd, 100081 Abstract New approachs,including anquiculture,breeding of domestic animals and birds,planting of unseasonable vegetables and flowers as well as edible mushrooms, were brought forward to utilize the heat energy of coal gangue in this article, which aims at changing the fact that inutility of heat energy of coal gangue.Through the measrues above the solid rejected material would be utilized as well as environmental pollution would be lightened,and there would be a vast prospect in China to utilizing the coal gangue. Keywords coal gangue; heat energy; breeding; unseasonable planting