關(guān)于大寧煤礦瓦斯利用方法的探討

員利民

(煤炭工業(yè)太原設計研究院,山西 030001)

1 大寧煤礦瓦斯抽放現(xiàn)狀

大寧煤礦位于山西省晉城市陽城縣境內(nèi),沁水煤田南部,屬上黃崖精查勘探區(qū)的一部分。礦井井田劃定范圍面積38.8293km2。含煤 (氣)地層為上石炭統(tǒng)太原組和下二疊統(tǒng)山西組,總厚度151m,含煤10～22層,其中3#煤和15#煤為全區(qū)可采,6#煤、7#煤、9#煤為局部可采。礦井煤炭地質(zhì)儲量6.735億t,其中3#煤可采儲量2.867億t,礦井年設計能力400萬t,服務年限84.9年,3#煤的服務年限30.7年,經(jīng)過幾年建設,2008年6月份正式投產(chǎn)達到設計生產(chǎn)能力。由于井下煤層瓦斯含量高,3#煤、6#煤、15#煤瓦斯平均含量為 14～15m3/t,井下采用3臺千米鉆機定向鉆井抽放瓦斯,在地面建有八里彎、南山兩個瓦斯抽放站,主要抽取井下本煤層、鄰近層及采空區(qū)瓦斯。上述瓦斯抽放站相關(guān)技術(shù)參數(shù)及瓦斯利用情況見表1。

由表1可知,兩個瓦斯抽放站中,只有甲烷濃度30%以上的瓦斯在電站和燃氣鍋爐得到利用,瓦斯實際抽放量18～20萬m3/d;而濃度在30%以下的瓦斯,由于礦上現(xiàn)有的設備不能使用,只能直接排空浪費掉。

表1 瓦斯抽放站相關(guān)技術(shù)參數(shù)及利用情況

2 大寧煤礦供熱負荷現(xiàn)狀

2.1 大寧煤礦熱負荷統(tǒng)計

大寧煤礦供熱負荷為井下用熱、生產(chǎn)區(qū)及生活區(qū)采暖洗浴等,見表2。

表2 煤礦熱負荷統(tǒng)計

2.2 大寧煤礦現(xiàn)有瓦斯利用設備情況

最近幾年來,大寧煤礦利用濃度30%瓦斯作燃料,新建熱風爐、燃氣鍋爐以滿足礦井供熱需求,另建瓦斯燃氣內(nèi)燃機組發(fā)電。詳見表3。

由于上述燃氣鍋爐、熱風爐及瓦斯發(fā)電機組均燃用甲烷濃度30%以上的瓦斯,實際耗氣折純19533m3/h,由于采暖季必須保證主斜井、生活區(qū)等礦井生產(chǎn)生活用氣5112m3/h,只能提供瓦斯電站的氣量2400～3200m3/h;非采暖季兩個瓦斯電站滿負荷發(fā)電也需要14421m3/h,這樣常年出現(xiàn)瓦斯電站機組閑置不能發(fā)揮其經(jīng)濟效益的局面,如何全面利用不同濃度的瓦斯,即能保證礦井用熱又能最大效率發(fā)電,應該依據(jù)實際情況制定一個切實可行的技術(shù)方案。

表3 煤礦瓦斯利用設備情況統(tǒng)計

3 瓦斯利用新方案

根據(jù)大寧煤礦瓦斯抽放站資料,甲烷濃度30%以上日實際抽放量為18～20萬m3,30%以下日實際抽放量合計15～18萬m3。以及新型國產(chǎn)機組在甲烷濃度6%以上就能穩(wěn)定發(fā)電的成熟設備,我們對大寧煤礦的供熱設備及瓦斯發(fā)電機組進行科學合理的梳理,制定新的技術(shù)方案：(1)保留現(xiàn)有35MW瓦斯電站,其配置為8×4MW進口燃氣內(nèi)燃機組+4×4.38t/h余熱鍋爐+3MW組合快裝凝汽式汽輪發(fā)電機組。電站于2008年7月開工,2010年3月投產(chǎn),設計年發(fā)電量2.452×108kWh,年供電量2.322×108kWh,年耗瓦斯氣量折純?yōu)?.368×107m3,性質(zhì)為公共電廠。電站所用燃氣內(nèi)燃機組為德國道依茨設備,型號TCG2032V16,額定功率4000KW,發(fā)電機電壓等級10.5kV,廠房式布置。余熱蒸汽鍋爐為上海益格新技術(shù)工程有限公司提供的臥式不補燃型單壓自然循環(huán)余熱鍋爐,型號EGS4.3-2.45/400NSV,額定蒸發(fā)量4.38t/h,額定蒸汽壓力2.45MPa,額定蒸汽溫度400℃,露天布置。蒸汽輪機為洛陽發(fā)電設備廠生產(chǎn)的N3-2.35組合快裝凝汽式機組,額定進汽量15.6t/h,額定進汽壓力2.35MPa,額定進汽溫度400℃。(2)由于現(xiàn)有13MW國產(chǎn)機組瓦斯電站只有簡單的機組及其輔助系統(tǒng),沒有煙氣余熱回收裝置,將其淘汰,引用低濃度瓦斯發(fā)電機組,置換出高濃度瓦斯以保證現(xiàn)有的進口機組盡可能滿負荷發(fā)電,同時對兩個瓦斯電站的煙氣余熱及機組缸套水熱能進行回收,替代煤礦熱風爐及燃氣鍋爐,從而提高瓦斯熱能利用率。利用方案如圖1所示,其配置見表4。

圖1 瓦斯利用方案示意圖

表4 瓦斯電站發(fā)電及供熱匯總表

由表4可知,35MW瓦斯電站按發(fā)電3.8kWh/m3,單機容量按滿負荷4000KW計算,可以運行數(shù)量為6～8臺,回收高溫煙氣熱能12.8～14.2MW,回收缸套水熱能9.8～10.9MW。新建低濃度瓦斯電站按發(fā)電3kWh/m3,單機容量按500KW計算,可安裝發(fā)電機組37～45臺,回收高溫煙氣熱能10.5～12.6MW,回收缸套水熱能8.3～9.9MW。兩個電站采用余熱鍋爐回收高溫煙氣提供飽和蒸汽熱能23.3～26.8MW,替換現(xiàn)有煤礦5臺熱風爐,保證主斜井、副斜井、進風行人斜井及進風立井合計19.6MW熱能的需求;新建低濃度瓦斯電站可回收缸套水熱能8.3～9.9MW,通過換熱器提供50～60℃的熱水,替代現(xiàn)有生產(chǎn)區(qū)洗浴鍋爐6.4MW;35MW瓦斯電站回收缸套水熱能9.8～10.9MW,提供60℃熱水,基本可以替換現(xiàn)有生產(chǎn)區(qū)和生活區(qū)的采暖鍋爐,不足部分用高溫煙氣熱能來補充。

4 大寧煤礦供熱方案改造前后經(jīng)濟分析

通過本次技術(shù)改造,可將大寧煤礦瓦斯抽放站的高低濃度瓦斯進行充分的利用。拆除現(xiàn)有耗用高濃度、效率較低的國產(chǎn)機組,新建一座低濃度瓦斯電站,充分利用機組缸套水、高溫煙氣熱能;另將進口機組缸套水熱能加以利用以取代現(xiàn)有分散的鍋爐房,便于煤礦集中管理,不僅保證了大寧煤礦生產(chǎn)生活用熱需求,而且兩個電站一年多發(fā)電4.52億kWh,扣除廠用5%,年供電4.30億kWh,按山西省瓦斯電站2011年上網(wǎng)電價0.509元/kWh計算,發(fā)電收益達2.19億人民幣。大寧煤礦的瓦斯由單一利用途徑發(fā)展到分層次利用,從而保證了大寧煤礦瓦斯經(jīng)濟收益、利用效率最大化。

[1] 張亮.山西煤層氣資源評價及開發(fā)利用 [M].太原：山西出版集團,2007.

[2] 華東電力設計院.DL/T5174-2003燃氣-蒸汽聯(lián)合發(fā)電循環(huán)電廠設計規(guī)定 [S].北京：中國電力出版社,2003.

[3] 張增平.煤礦低濃度瓦斯提純技術(shù)及經(jīng)濟性分析[J].中國煤層氣,2010.1.