常村煤礦乏風氧化利用方案的技術研究

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

　　關鍵詞：常村煤礦;乏風氧化;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，一般煤礦會采取有效的通風措施對井下瓦斯進行排放，從而形成大量的乏風瓦斯。如果不加以利用乏風瓦斯中的CH4，而是直接排放，會產(chǎn)生非常強的溫室效應，污染環(huán)境。若將如此量大的CH4經(jīng)過氧化，使其轉(zhuǎn)化為低溫室效應的CO2，CO2的減排量將較大。常村煤礦乏風瓦斯具有CH4體積分數(shù)小(小于0.75%)、富集難、氣量大等特點，從技術和經(jīng)濟角度對乏風進行氧化利用具有較好的實踐意義[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;福建省資源利用協(xié)會;福建省煤炭學會主辦�！赌茉磁c環(huán)境》宣傳國家有關節(jié)能與環(huán)保方針政策、法律、法規(guī)，報道能源和環(huán)保工程開發(fā)和建設;介紹節(jié)能與環(huán)保的新技術、新設備、新材料以及能源與環(huán)境工程科學管理與改革等動態(tài)。

　　1工程概況

　　常村煤礦隸屬于山西潞安集團，是借助世界銀行貸款建設的一座現(xiàn)代化礦井，設計生產(chǎn)能力6.0×106t/a。井田范圍為南北17km，東西7.4km，地質(zhì)儲量1.109544×109t，可采儲量0.943992×109t。主采3#煤層的儲量占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，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)有風井排出的乏風總量一直穩(wěn)定在23000m3/min，CH4體積分數(shù)一般在0.2%～0.3%之間。

　　另外，風井附近(100m處)建有瓦斯抽放站，大量的瓦斯被排空(CH4體積分數(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中，以進一步保證乏風中CH4體積分數(shù)的穩(wěn)定性，提高設備的氧化效率，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氧化利用的基本條件。

　　2煤礦乏風氧化利用方案

　　2.1乏風氧化工程整體方案

　　利用常村煤礦現(xiàn)有預留場地，建成“1.08×106m3/h”級的煤礦乏風氧化工作站，在高溫環(huán)境下對一直向空氣中排放的煤礦乏風瓦斯進行氧化摧毀，將CH4變?yōu)榈蜏厥倚�應的CO2;CH4氧化過程中釋放出的熱量由反應后的氣體帶出，通過熱交換器(余熱鍋爐)產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，進入汽輪發(fā)電機組發(fā)電[4]。

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

　　2.2乏風氧化工程設計規(guī)模和技術經(jīng)濟指標

　　2.2.1設計規(guī)模

　　根據(jù)煤礦的具體乏風排放情況，設計處理規(guī)模為“1.08×106m3/h”級，安裝12臺雙塔模塊單元，目的是消除目前排放到大氣乏風中的CH4。同時，氧化所產(chǎn)生的過量熱能將被排到煙氣管線。當乏風的CH4體積分數(shù)為1.2%時，CH4的摧毀效率可以達到95%，在滿負荷運行情況下，每年將摧毀8.126×107Nm3CH4。

　　2.2.2乏風氧化工程的技術經(jīng)濟指標設計處理乏風CH4體積分數(shù)為1%～1.2%，氧化處理率在95%以上，單臺處理量為90000m3/h，設計總處理量為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取暖需求，多余熱風用于發(fā)電)。

　　2.2.4設備的技術指標設備能耗。計算總能耗時考慮安全系數(shù)取1.05。2.3余熱發(fā)電工程設計規(guī)模和主要技術參數(shù)結(jié)合本工程實際情況，擬建設規(guī)模30MW的純凝氣高溫高壓空冷汽輪發(fā)電機組一套，參數(shù)如下：a)余熱鍋爐(1臺)，型號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)電機組，型號N30-8.83/535;設計容量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“1.08×106m3/h”級的大規(guī)模煤礦乏風氧化利用工程，最大化利用無法利用的煤礦乏風資源，氧化摧毀CH4，并將帶動發(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，具有極大的社會效益和通過國際碳交易帶來的良好經(jīng)濟效益，對促進地方經(jīng)濟發(fā)展有益。c)針對尚無先例的煤礦乏風進行氧化，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行CH4氧化摧毀，無次生污染，既有益于維護地球環(huán)境，又帶來極高的社會效益。

　　參考文獻：

　　[1]張?zhí)?煤礦乏風瓦斯預熱催化氧化數(shù)值模擬[D].淄博：山東理工大學，2014.

　　[2]黃和文.煤礦低濃度瓦斯熱氧化發(fā)電利用[J].能源與環(huán)境，2013(4)：30-31.

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

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

　　作者：李浩

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