“乏风”利用的“探路者”——潞安建设全球最大的煤矿乏风氧化利用项目纪实

       初次接触“乏风”这个名词时，门外汉可能会觉得陌生，但当提到“瓦斯”时，大家便不觉得陌生了。“乏风”就是煤矿通风排出的废气，国家规定乏风中甲烷浓度不得超过0.75%，通常乏风中甲烷浓度为0.1~0.34%，这些浓度极低的甲烷利用曾是世界性难题，由于浓度低，利用技术难度大，全部排到大气中。

       2015年5月始，煤矿乏风从单纯的排空到氧化发电累计上亿度，潞安高河能源的全球最大的乏风氧化项目一路狂奔，成为名副其实的领跑者。

 

醉翁之意不在酒

 

       大多数人只是知道乏风氧化发电项目是一个发电项目，但是却忽略了它的重要的战略意义。

       乏风是怎么产生的呢？在煤矿开采过程中，有很多的杂质气体在里面，其中最主要成分就是甲烷，煤矿开采排放的甲烷占全球温室气体排放的8%，造成了极大地空气污染和资源浪费。

       如何把它作为资源利用，进行废物回收？

       寻求温室效应的解决方案，提供清洁的绿色能源，创造社会价值，这是一个“一箭三雕“的难事好事。

        “潞安高河的乏风氧化发电项目是全球第一个工业化煤矿乏风利用热电联供项目，目前是全球规模最大、瓦斯利用率最高，开了极低浓度瓦斯发电先河，在煤矿废气的利用方面，它探索了一条可行的技术路线。”集团瓦斯研究院副院长贾剑告诉记者。

       高河乏风氧化发电项目创新性地融合了三项技术，第一项是乏风的收集、输送和掺混技术，在确保煤矿通风、抽采系统安全运行同时合理控制瓦斯浓度流量，实现稳定发电；第二项目是利用12台高温蓄热式氧化装置，简称RTO，对乏风中的甲烷进行热氧化，摧毁甲烷的同时释放出大量的热；第三项是余热发电技术，乏风经过蓄热式氧化处理之后，它的温度可以达到954℃，这种高效的热气可以用来发电，同时它余热产生尾气的温度也能达到150℃，可以用于供暖、洗澡水以及工业化的煤泥烘干等。

       “我们每年乏风浪费掉的甲烷量相当于西气东输一年的输气量，高河乏风氧化项目对促进煤矿瓦斯安全治理，合理利用煤层气资源实在意义重大。”贾剑说。“这个项目成功并网发电将实现温室气体减排140万吨/年，相当于替代标准煤6.8万吨/年，可谓经济效益和环保效益的双丰收。”

       BOT合作模式在潞安首次应用可谓四两拨千斤。

       BOT简单的说就是建设、运营、移交的意思，潞安和浙江亿扬能源就是采取这种合作模式。由浙江亿扬来投资，兴建，运营，最后要移交给潞安。浙江亿扬能源公司投资3.2亿，集团无偿提供乏风和抽采瓦斯。“这种方式对于集团来说，资金压力小，安全风险小，基于当前煤炭行业市场不景气，这是发展新型的高效的环保的产业的很好路子。”贾剑说。

 

占尽天时地利人和

 

       良禽择木而栖，乏风氧化项目是怎么在高河能源上马并健康运行呢？

       首先，源于高河能源对瓦斯治理 “探险”。

       高河矿井年产600万吨，瓦斯储量达到86亿立方米，每年乏风排量为5800多万立方米，早在矿井建设初期，高河就成功引进了澳大利亚YLD1000型大功率定向千米钻机和德国液压框架螺旋钻机，并在井下进行长距离钻孔钻进实验，实现了区域预抽及区域防突。

       由于煤质透气性差，瓦斯吸附性强，瓦斯紧紧吸附在煤层里不肯出来。高河又率先承担起了井下CO2预裂煤层增透技术的工业性试验任务，经过上百次的试验，并取得了突破性进展，赢得了瓦斯抽采的主动权。

       其次，源于对多项技术瓶颈的成功破解。

       高河瓦斯属于较难抽放型，好不容易抽出来的瓦斯又由于浓度太低，不能直接用于乏风氧化，乏风氧化技术通常需要在甲烷浓度0.3%左右时才能自维持蓄热，只有甲烷浓度高于0.4%才能有热能输出。      

       “矿井的风排瓦斯浓度大概在0.3%到0.4%之间，浓度太低，没法用，乏风氧化，它需要的浓度是1.2%，所以我们必须经过井下的乏风带着地面瓦斯泵站抽出来的高浓度瓦斯进行掺混以后，它才可以使用。”高河能源通风部部长曹学军说。

       高河中央地面瓦斯泵站抽出的瓦斯浓度在5%~15%，用于内燃机发电其利用效率较低，将其与乏风掺混后可提高瓦斯的综合利用效率，还避免了在爆炸浓度的瓦斯利用风险。

       随着矿井采掘工作面的接替延伸，气源也在向远处延伸，这个项目不可能随之搬迁，那么气源的保障和远距离气源输送就成了两大障碍。

       从2015年5月开始，项目发电负荷大概是它装机容量50%左右，主要原因就是气源不足。

       气源从哪里来，采空区可不可以？采空区，含有大量的遗煤和围岩涌出的瓦斯，气量很大，于是，潞安和国家煤矿瓦斯治理中心进行强强联合，对采空区瓦斯进行开采和利用。

       今年伊始，采空区抽采已经初露锋芒，目前已经进入试抽采阶段。

       在已密闭的采空区进行抽采在集团并没有先例，在采空区钻孔施工危险源多，有害气体突然涌出，积水突然流出，由于打钻是往岩石中打，钻头在摩擦过程中容易产生火花等这些都给采空区瓦斯抽采带来很大的困难。

       恢复供电、监控系统，对沿途的管路系统进行紧固，优化风孔工艺，用短短20天时间成了三个直径16米的风孔，采空区抽采正在摸着石头过河。在采访中，记者得知了在岩石上钻孔并不是容易的。当1号孔施工到60米的时候，突然钻不返水了，不返水就意味着钻是空转了，打不进去，也退不出来，这怎么办呢？加大水压，加班加点，盯在现场，经过反复多次的前进退出等才将问题解决。

 

梦想，照进现实

 

       高河能源乏风氧化项目打响了集团瓦斯抽采利用的第一枪，从这开始，潞安就开始了对瓦斯全方位治理的不懈追求和探索，初步建立了从极低浓度瓦斯到高浓瓦斯全方位综合利用的技术体系和示范工程。

      瓦斯浓度0.5~1.2%的乏风氧化发电工程建成投运，高河能源乏风氧化发电项目将实现发电装机30MW、年发电2亿度、年温室气体减排140万吨二氧化碳当量、替代标准煤6.8万吨。

      瓦斯浓度2.8~10%的低浓度瓦斯热撬供暖系统工程于2016年5月在常村煤矿中试成功，将于2016年冬季投入供暖运行，该项目是全球第一个煤矿低浓度抽采瓦斯供热项目。

      瓦斯浓度6~30%的低浓度瓦斯内燃机发电工程于2006年5月在五阳煤矿建成投运，年累计发电量共计4258万度，温室气体减排32万吨/年二氧化碳当量、替代标准煤1.6万吨。

      瓦斯浓度30%以上的抽采瓦斯和地面煤层气抽采的高浓度瓦斯进行液化集输处理工程于2016年3月在高河能源开工建设，一期建设规模2万m3/d，年处理瓦斯730万m3，年增加经济收入1241万元。

       到2020年，潞安矿区煤层气抽采总量达5亿m3/a，利用量达2.5亿m3/a，高河能源示范基地瓦斯利用率达70%以上。

 

责任编辑：孔静