煤礦風(fēng)井排出瓦斯的回收利用

煤礦風(fēng)井排風(fēng)中含有大量瓦斯。由于瓦斯被稀釋，一般濃度大于0.5％，常規(guī)利用煤礦瓦斯的技術(shù)都是行不通的。最近，美國環(huán)?？偸鸷陀嘘P(guān)單位分析、鑒定并證實氧化煤礦排風(fēng)瓦斯的一些技術(shù)還是可行的，有發(fā)展前途。

　　為保證煤礦安全生產(chǎn)，需要向煤礦井下供應(yīng)大量的新鮮空氣來稀釋沼氣濃度，排除有害氣體。這就要靠通風(fēng)手段。幾乎所有煤礦排風(fēng)瓦斯都直接排放到大氣中，不僅造成環(huán)境污染，而且浪費了大量可利用的瓦斯資源。美國環(huán)?？偸鸸烙?，以2002年為例，全球全年的煤礦通風(fēng)瓦斯排放量在173億立方米以上，相當于把2.37億噸二氧化碳排放到大氣中。其中11個主要產(chǎn)煤國家占88％以上：中國排在第一位，達67億立方米，以下依次是，美國26億立方米，烏克蘭22億立方米，俄羅斯和澳大利亞各7億立方米，波蘭和哈薩克斯坦分別達到4億立方米和3億立方米。

　　氧化煤礦排風(fēng)瓦斯有多種技術(shù)可資利用。美國環(huán)保署正在評估最佳風(fēng)流、沼氣濃度和市場的有效利用范圍。

　　最有前途的是風(fēng)流反向反應(yīng)器技術(shù)。這一技術(shù)是利用瓦斯和熱交換器介質(zhì)堅硬床層間再生熱交換原理，排風(fēng)瓦斯從一個方向流入，經(jīng)過反應(yīng)器，溫度升高，直到瓦斯被氧化。氧化瓦斯的熱產(chǎn)品繼續(xù)朝堅硬床層遠側(cè)流動時，失去熱量，直到風(fēng)流自動反向，最后排放出空氣、二氧化碳、水和熱量。熱量可向當?shù)毓幔蛎簹馔钙桨l(fā)電。根據(jù)實驗和現(xiàn)場經(jīng)驗，風(fēng)流反向反應(yīng)器可以在排風(fēng)瓦斯?jié)舛鹊瓦_0.1％的情況下維持運轉(zhuǎn)。在美國，這項已屬成熟的技術(shù)即將投入商業(yè)應(yīng)用。

　　礦井排風(fēng)瓦斯也能直接作為發(fā)電的燃料氣體。商業(yè)應(yīng)用已證實技術(shù)上是可行的，工藝也很簡單，盡管其在減少溫室氣體的數(shù)量上受到一定限制。澳大利亞安平煤礦就利用10％的排風(fēng)瓦斯供許多內(nèi)燃機使用。排風(fēng)瓦斯（濃度0.7％）無需加工，可直接進入以煤礦瓦斯和老塘瓦斯（必要時加天然氣）為主要燃料的內(nèi)燃發(fā)動機和發(fā)電機機組發(fā)電使用。

　　有些公司已經(jīng)成為或正在開發(fā)以排風(fēng)瓦斯為主要燃料的瓦斯透平。有的技術(shù)采用催化劑使排風(fēng)瓦斯燃燒，有的技術(shù)則是使瓦斯在外部燃燒器上進行而不用催化劑，但這樣做的效果要比標準透平溫度低一些，因而還存在燃燒不充分的問題。

　　目前，有開發(fā)商稱，他們能利用瓦斯?jié)舛?％至1.6％的礦井排風(fēng)瓦斯，或礦井排風(fēng)瓦斯和高濃度煤氣的混合物。還有開發(fā)商正在研究瓦斯?jié)舛?.8％或更低的排風(fēng)瓦斯的利用技術(shù)。如果瓦斯?jié)舛雀?，這些透平使用排風(fēng)瓦斯的數(shù)量可達全部燃料的80％，而濃度低時，僅可用到全部燃料的20％。

　　業(yè)已開發(fā)即將示范的另一種利用排風(fēng)瓦斯的技術(shù)，是在轉(zhuǎn)爐內(nèi)煤矸石和排風(fēng)瓦斯共同燃燒的設(shè)備，得到的熱量可滿足1.2兆瓦瓦斯透平動力的需要。根據(jù)煤矸石排風(fēng)瓦斯的比例不同，該設(shè)備可作為利用排風(fēng)瓦斯的輔助技術(shù)或主要技術(shù)。它不需要補充瓦斯或增加排風(fēng)瓦斯?jié)舛染涂梢跃S持運行。

　　濃縮器是另一種經(jīng)濟利用排風(fēng)瓦斯的新技術(shù)。一臺濃縮器可以將排風(fēng)瓦斯的濃度提高20倍。這對于同低濃度排風(fēng)瓦斯摻和用于低級燃料透平可能有利，或者提高濃度達到未稀釋瓦斯的水平加以利用。關(guān)鍵在于如何提高增大排風(fēng)瓦斯?jié)舛鹊男剩壳?，雖然提高增大排風(fēng)瓦斯?jié)舛?.1％至1.0％效率的試驗已取得了一定進展，但還不理想。

　　另外還有多種方法利用排風(fēng)瓦斯生產(chǎn)蛋白質(zhì)，補充動物飼料。

　　利用排風(fēng)瓦斯發(fā)電，或者利用排風(fēng)瓦斯減少溫室氣體排放，不但能夠大大改善環(huán)境，變廢為寶，而且還可從中獲得可觀的經(jīng)濟收益，排風(fēng)瓦斯利用技術(shù)擁有的經(jīng)濟意義和現(xiàn)實意義是不容質(zhì)疑的。