常村煤礦乏風(fēng)氧化利用方案的技術(shù)研究

　　摘要：將常村煤礦中央回風(fēng)井中無法利用的煤礦乏風(fēng)中所含極低濃度的瓦斯在人為環(huán)境下強(qiáng)制氧化，并對(duì)氧化產(chǎn)生的氧化熱進(jìn)行合理利用，通過余熱鍋爐產(chǎn)出高溫高壓的蒸汽與常規(guī)發(fā)電技術(shù)的對(duì)接，使瓦斯得到徹底的綜合利用，實(shí)現(xiàn)煤礦循環(huán)經(jīng)濟(jì)的新飛躍，為同類型礦井的瓦斯利用提供借鑒與示范。

　　關(guān)鍵詞：常村煤礦;乏風(fēng)氧化;瓦斯治理;節(jié)能減排

　　瓦斯是影響中國煤礦安全生產(chǎn)的主要因素，一般煤礦會(huì)采取有效的通風(fēng)措施對(duì)井下瓦斯進(jìn)行排放，從而形成大量的乏風(fēng)瓦斯。如果不加以利用乏風(fēng)瓦斯中的CH4，而是直接排放，會(huì)產(chǎn)生非常強(qiáng)的溫室效應(yīng)，污染環(huán)境。若將如此量大的CH4經(jīng)過氧化，使其轉(zhuǎn)化為低溫室效應(yīng)的CO2，CO2的減排量將較大。常村煤礦乏風(fēng)瓦斯具有CH4體積分?jǐn)?shù)小(小于0.75%)、富集難、氣量大等特點(diǎn)，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度對(duì)乏風(fēng)進(jìn)行氧化利用具有較好的實(shí)踐意義[1]。

　　能源論文投稿刊物：《能源與環(huán)境》(雙月刊)創(chuàng)刊于1982年，由福建省能源研究會(huì);福建省資源利用協(xié)會(huì);福建省煤炭學(xué)會(huì)主辦�！赌茉磁c環(huán)境》宣傳國家有關(guān)節(jié)能與環(huán)保方針政策、法律、法規(guī)，報(bào)道能源和環(huán)保工程開發(fā)和建設(shè);介紹節(jié)能與環(huán)保的新技術(shù)、新設(shè)備、新材料以及能源與環(huán)境工程科學(xué)管理與改革等動(dòng)態(tài)。

　　1工程概況

　　常村煤礦隸屬于山西潞安集團(tuán)，是借助世界銀行貸款建設(shè)的一座現(xiàn)代化礦井，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力6.0×106t/a。井田范圍為南北17km，東西7.4km，地質(zhì)儲(chǔ)量1.109544×109t，可采儲(chǔ)量0.943992×109t。主采3#煤層的儲(chǔ)量占76%，平均厚度為6.02m，傾角為3°～6°。礦井為中央立井開拓方式，中央并列抽出式通風(fēng)，工作面沿走向布置，回采方法有分層金屬網(wǎng)假頂垮落法和一次采全高低位放頂煤垮落法兩種。礦井瓦斯涌出量較大，屬高瓦斯礦井。常村煤礦的商品煤煤種為低中灰、特低硫、低磷、特高發(fā)熱量的貧煤，發(fā)熱量為28826.118kJ，是優(yōu)質(zhì)動(dòng)力和化工用煤，適用于化工、發(fā)電、高爐噴吹等。商品煤品種有洗大塊、洗中塊、洗小塊、洗混塊及混煤、末煤[2]。常村煤礦現(xiàn)有風(fēng)井排出的乏風(fēng)總量一直穩(wěn)定在23000m3/min，CH4體積分?jǐn)?shù)一般在0.2%～0.3%之間。

　　另外，風(fēng)井附近(100m處)建有瓦斯抽放站，大量的瓦斯被排空(CH4體積分?jǐn)?shù)為25%～30%)。擬采用常用的配氣手段將此抽放站的瓦斯摻混在乏風(fēng)中，以進(jìn)一步保證乏風(fēng)中CH4體積分?jǐn)?shù)的穩(wěn)定性，提高設(shè)備的氧化效率，提升溫室氣體減排效果[3]。該礦區(qū)已經(jīng)建有10kV供電專線，且建有2×50000kV·A供電變壓器，現(xiàn)在用電2×10000kV·A，有足夠的供電能力。由此可以看出，常村煤礦完全具備乏風(fēng)氧化利用的基本條件。

　　2煤礦乏風(fēng)氧化利用方案

　　2.1乏風(fēng)氧化工程整體方案

　　利用常村煤礦現(xiàn)有預(yù)留場地，建成“1.08×106m3/h”級(jí)的煤礦乏風(fēng)氧化工作站，在高溫環(huán)境下對(duì)一直向空氣中排放的煤礦乏風(fēng)瓦斯進(jìn)行氧化摧毀，將CH4變?yōu)榈蜏厥倚��?yīng)的CO2;CH4氧化過程中釋放出的熱量由反應(yīng)后的氣體帶出，通過熱交換器(余熱鍋爐)產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，進(jìn)入汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電[4]。

　　項(xiàng)目建設(shè)從煤礦乏風(fēng)風(fēng)井軟連接口開始，經(jīng)由管道到乏風(fēng)氧化裝置、氧化熱利用裝置(蒸汽利用與發(fā)電)和熱風(fēng)排放口。在現(xiàn)有礦區(qū)內(nèi)一片50m×300m的空白區(qū)域放置乏風(fēng)氧化裝置RTO及余熱發(fā)電裝置，主要設(shè)備的控制室與RTO控制室合并，設(shè)置在該區(qū)域的中間位置。主要設(shè)備占地面積：余熱鍋爐(柱中心距)27m×12m，汽輪發(fā)電機(jī)房36m×18m，空氣冷凝器42m×20m，控制室9m×18m。

　　2.2乏風(fēng)氧化工程設(shè)計(jì)規(guī)模和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

　　2.2.1設(shè)計(jì)規(guī)模

　　根據(jù)煤礦的具體乏風(fēng)排放情況，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為“1.08×106m3/h”級(jí)，安裝12臺(tái)雙塔模塊單元，目的是消除目前排放到大氣乏風(fēng)中的CH4。同時(shí)，氧化所產(chǎn)生的過量熱能將被排到煙氣管線。當(dāng)乏風(fēng)的CH4體積分?jǐn)?shù)為1.2%時(shí)，CH4的摧毀效率可以達(dá)到95%，在滿負(fù)荷運(yùn)行情況下，每年將摧毀8.126×107Nm3CH4。

　　2.2.2乏風(fēng)氧化工程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)設(shè)計(jì)處理乏風(fēng)CH4體積分?jǐn)?shù)為1%～1.2%，氧化處理率在95%以上，單臺(tái)處理量為90000m3/h，設(shè)計(jì)總處理量為1.08×106m3/h。

　　2.2.3氧化熱利用方式氧化熱利用以發(fā)電為主(冬季首先滿足煤礦井口熱風(fēng)取暖需求，多余熱風(fēng)用于發(fā)電)。

　　2.2.4設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)設(shè)備能耗。計(jì)算總能耗時(shí)考慮安全系數(shù)取1.05。2.3余熱發(fā)電工程設(shè)計(jì)規(guī)模和主要技術(shù)參數(shù)結(jié)合本工程實(shí)際情況，擬建設(shè)規(guī)模30MW的純凝氣高溫高壓空冷汽輪發(fā)電機(jī)組一套，參數(shù)如下：a)余熱鍋爐(1臺(tái))，型號(hào)Q306.78/954-117-9.8/540;蒸汽壓力9.8MPa;蒸汽溫度540℃;蒸發(fā)量117t/h。b)汽輪發(fā)電機(jī)組，型號(hào)N30-8.83/535;設(shè)計(jì)容量30MW;蒸汽壓力8.83MPa;蒸汽溫度535℃;空冷，凝氣壓力20kPa;常壓熱力除氧。

　　3結(jié)語

　　a)建設(shè)“1.08×106m3/h”級(jí)的大規(guī)模煤礦乏風(fēng)氧化利用工程，最大化利用無法利用的煤礦乏風(fēng)資源，氧化摧毀CH4，并將帶動(dòng)發(fā)電，每年可回收電力2×108kW·h。b)開創(chuàng)新型產(chǎn)業(yè)模式，符合國家政策導(dǎo)向，高度結(jié)合國際節(jié)能減碳、抑制地球溫暖化的發(fā)展趨勢，具有極大的社會(huì)效益和通過國際碳交易帶來的良好經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展有益。c)針對(duì)尚無先例的煤礦乏風(fēng)進(jìn)行氧化，回收利用氧化熱，可充分提高資源利用率。其中，氧化以后的排風(fēng)成分接近加熱空氣，可作為冬季煤礦井筒熱源利用。d)采用高溫處理方法進(jìn)行CH4氧化摧毀，無次生污染，既有益于維護(hù)地球環(huán)境，又帶來極高的社會(huì)效益。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[3]田振林.彬長礦區(qū)煤層氣“零”排放技術(shù)研究與實(shí)踐[J].中國煤層氣，2013，10(4)：38-39.

　　[4]周嫻.煤礦乏風(fēng)低濃度甲烷氧化處理實(shí)驗(yàn)研究[D].北京：中國科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所)，2009.

　　作者：李浩

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