谢桥矿低浓瓦斯氧化系统改造

谢桥矿低浓瓦斯氧化系统改造

汤林 淮河能源控股集团煤业公司谢桥煤矿 ，安徽 颍上 236200

摘要：谢桥电厂现有低浓瓦斯发电机组8台，装机规模为4000KW，利用矿抽采泵站抽出的8%以上的瓦斯气源进行发电，瓦斯浓度在8%以下的气源不具备发电条件，直接排放到大气中，造成能源浪费和大气污染。为充分利用低浓瓦斯气源，通过低浓瓦斯氧化项目，可将3%～8%的低浓瓦斯氧化，释放出大量的热，再通过余热锅炉用低浓瓦斯氧化的热量加热水转化为蒸汽，作为煤泥烘干、井口保温、职工浴池的热源。同时还淘汰了燃煤锅炉，即节省了燃煤，也避免了燃煤锅炉对大气的污染，对环保工作做出巨大贡献，可谓一举多得。

关键字：环保；燃煤锅炉淘汰；低浓瓦斯氧化；煤泥烘干

一、引言

我国在传统能源方面具有多煤、少油、贫气的特点。2010～2017年煤层气抽采量总体上升而近两年略有回落，利用量逐年有增长，但利用量偏低。而井下瓦斯利用量和利用率不高的问题，主要是因为低浓度瓦斯（甲烷浓度小于30%）的利用是一个难点，尤其是甲烷浓度小于8%的超低浓度瓦斯，绝大部分直接排空，造成极大的环境污染和资源浪费^【1】。且随着环保政策的持续收紧，国务院下发了《关于印发打赢蓝天保卫战三年行动计划的通知》、安徽省人民政府下发了《关于印发安徽省打赢蓝天保卫战三年行动计划实施方案的通知》，淮南市下发了《淮南市打赢蓝天保卫战三年行动计划实施方案》，阜阳市下发了《阜阳市打赢蓝天保卫战三年行动计划实施方案》，淮南市2020年底前每小时35蒸吨以下的燃煤锅炉全面清零，阜阳市2020年底前淘汰所有每小时35蒸吨以下燃煤锅炉。为做好环境保护工作，淘汰燃煤锅炉使用新型设备已成为必然趋势，必须提前考虑环保政策下的供热方案。

二、锅炉房供热状况

谢桥矿工业场地内有供热锅炉房一座，安装有2台20t/h和 2台25t/h的燃煤蒸汽锅炉。采暖季负荷主要为井筒防冻和集中供暖，常年负荷为煤泥烘干、职工洗浴。燃煤锅炉每年的耗煤量为4～5万吨，用电量约为150～200万度，冬季的热负荷为20～30t/h。

三、供热改造方案

矿井瓦斯抽采浓度为5～15%，一台进气量为90000Nm3/h的瓦斯氧化炉，当进气瓦斯浓度为1%时，单台瓦斯氧化炉可产生8400KW的热量，可产生10～12t/h的饱和蒸汽，瓦斯消耗量为18m3/min。

低浓瓦斯氧化项目主要包括瓦斯安全输送、瓦斯掺混、瓦斯氧化炉、余热锅炉，还有软化水系统、配电系统和控制系统等。

1.瓦斯安全输送系统

根据所需的纯瓦斯量（36 m3/min）和瓦斯浓度（3%～12%）可计算出风量（300m3/min～1200m3/min），查表后选用DN1200的管路输送。在管路上安装超压放散装置一套、水封阻火泄爆装置一套、火焰传感器两套、红外瓦斯浓度传感器三套、喷粉装置两套。

2.瓦斯掺混装置

选用两台DN3600的掺混装置两台，单台掺混风量为1500 m3/min。掺混前选用两趟DN500的管路，每趟DN500的管路上安装手动蝶阀一只、自动阻爆阀一只、泄爆阀一只、喷粉装置两套、水封阻火泄爆装置一套、脱水器一套、阻火器一套、红外瓦斯浓度传感器一只、压力传感器一只、温度传感器一只、流量计一只、气动切断阀两只。

掺混后选用一趟φ2420的管路，管路上安装激光瓦斯浓度传感器两套、火焰传感器2套。

掺混装置的辅机为掺混风机，功率160KW，风量为1800 m3/min，前设消音器，后设铜网阻火器和切断阀。

3.瓦斯氧化炉

选用两台低浓瓦斯氧化炉，单台定额处理风量：1500Nm3/min，额定进风瓦斯浓度1.2%，最大进风瓦斯浓度1.25%，高温烟气温度960℃，高温烟气流量26000m3/h。

瓦斯氧化炉的辅机为氧化风机，功率315KW，风量为1500 m3/min，前设快速切断阀，后设百叶窗阀门。当掺混后的激光瓦斯浓度传感器检测到瓦斯浓度超标，氧化风机前的快速切断阀可在5秒内关闭，而瓦斯在激光瓦斯浓度传感器和快速切断阀间的输送时间是8秒，这样可避免高浓度瓦斯进入炉膛。

4.余热锅炉

选用两台烟气余热锅炉，额定蒸发量10t/h，额定蒸汽出口压力1MPa，额定蒸汽出口温度190℃，排烟温度180℃，稳定运行工况范围85%～105%。

四、实施效果

谢桥矿供热改造工程采用瓦斯氧化和瓦斯发电余热利用，建设瓦斯氧化及瓦斯发电余热利用系统，新建两台90000Nm³/h瓦斯氧化炉和两台10t外置余热锅炉，并配套低浓瓦斯掺混系统。对现有瓦斯发电机房8台500KW的低浓瓦斯发电机组缸套水系统和烟气系统进行改造，从缸套水系统获取的热水供洗浴，从烟气系统获取的蒸汽并入矿井蒸汽管网。

目前两套低浓氧化炉已完成72小时联合试运转，从地面抽采泵站输出瓦斯利用的管路中，由3#、4#、6#瓦斯输送管供气，供气参数见表1：

表1：目前低浓氧化瓦斯输送管参数表

根据统计数据，每产生1吨蒸气消耗瓦斯量约80～105m3，目前2套氧化锅炉系统中，每开启一套平均日产生蒸气约180吨，利用瓦斯量约18200m3。

五、结束语

通过低浓瓦斯氧化，产生20t/h的蒸汽，供应煤泥烘干系统，冬季极寒天气给井筒供热等，主要产生了如下经济和社会效益：

1.每年节省燃煤锅炉燃烧的煤炭约4.5万吨，吨煤价格按500元计，年节省费用约2250万元。

2.响应国家环保号召，淘汰了4台燃煤锅炉，年减少颗粒物排放约10.560吨、二氧化硫排放约52.8吨、氮氧化物排放约5.28吨。

3.减少了低浓瓦斯对空气中的排放，年减少量约820万m3。

4.保证了煤泥烘干系统的正常运行，年烘干煤泥25万吨，减少了环境污染，保证了矿井生产。

参考文献：

[1]王永保、黄凤河、刘虎.超低浓度瓦斯氧化热能梯级利用技术分析，《煤》总第247期,1005-2798，2020.03.022

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