山西中北部地區(qū)煤炭井工開采項(xiàng)目鍋爐設(shè)置方案探討

吳俊松

（煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院，太原 030001）

山西中北部地區(qū)煤炭井工開采項(xiàng)目鍋爐設(shè)置方案探討

吳俊松

（煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院，太原 030001）

文章結(jié)合山西中北部煤炭項(xiàng)目情況，對(duì)該區(qū)煤炭井工開采項(xiàng)目鍋爐設(shè)置方案進(jìn)行了探討，估算了不同鍋爐配置情況下的污染物排放情況和項(xiàng)目的運(yùn)行成本，選取了適合的鍋爐設(shè)置方案，實(shí)現(xiàn)了能源節(jié)約和減少污染的目標(biāo)。

山西中北部；煤炭井工開采；鍋爐設(shè)置

1 山西中北部地區(qū)煤炭項(xiàng)目基本情況

1.1 山西中北部地區(qū)基本情況

山西省是中國(guó)最大的煤炭基地。包括大同、寧武、西山、沁水、霍西和河?xùn)|6大煤田?，F(xiàn)有煤炭保有儲(chǔ)量占全國(guó)保有總儲(chǔ)量的1/3，煤炭年產(chǎn)量占全國(guó)總產(chǎn)量的1/6，均居全國(guó)第一位。

山西中北部城市群包括太原市、大同市、朔州市、忻州市等四個(gè)地級(jí)市[1]，國(guó)土面積5.73萬km2，占全省總面積的36.67%；含煤面積1.03萬km2，約占國(guó)土面積的18%；涉及大同礦區(qū)、平朔礦區(qū)、軒崗礦區(qū)、朔南礦區(qū)、河保偏礦區(qū)、西山礦區(qū)、東山礦區(qū)和嵐縣礦區(qū)的一部分，中北部城市群煤炭資源以動(dòng)力煤為主，資源總量2 202.34億t，其中動(dòng)力煤1112.82億t；山西位于山西中北部地區(qū)的大同礦區(qū)和平朔礦區(qū)是我國(guó)優(yōu)質(zhì)氣煤、弱粘煤的主要產(chǎn)地。山西中北部地區(qū)煤炭資源分布情況,如表1所示。

根據(jù)相關(guān)資料，2009年山西煤炭企業(yè)兼并重組整合后，山西中北部城市群轄區(qū)內(nèi)煤炭企業(yè)分布如表2所示[2]。

由表2可知，山西中北部地區(qū)規(guī)劃不同礦井317處，占全省1053座煤礦的30%；其中，單井規(guī)模90萬t/a及以下礦井?dāng)?shù)量為194處，占中北部地區(qū)煤礦總數(shù)的61.2%。

1.2 山西中北部地區(qū)大氣污染現(xiàn)狀

1.2.1 環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀

根據(jù)山西省環(huán)境保護(hù)廳相關(guān)監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)資料，以2010年環(huán)境空氣質(zhì)量濃度為基數(shù)，2012年，山西中北部四市二氧化硫年均濃度下降明顯，比2010年降低了9.1%，但二氧化氮和可吸入顆粒物分別上升了26.3%和9.3%[3]。各市空氣質(zhì)量濃度具體情況統(tǒng)計(jì)，如表3所示。

1.2.2 主要大氣污染物排放

2011年，山西省中北部四市二氧化硫排放總量52.58萬t，比2010年（53.94萬t）減少2.50%；工業(yè)煙粉塵排放總量27.55萬t，比2010年（28.97萬t）減少4.90%，氮氧化物排放總量48.19萬t，比2010年（43.42萬t）上升10.98%。

2011年，山西省中北部四市二氧化硫等主要大氣污染物的排放總量統(tǒng)計(jì)情況如表4所示。

根據(jù)表3、表4及山西省2000年2005年2010年環(huán)境質(zhì)量公報(bào)，山西仍屬于以塵、二氧化硫?yàn)橹饕廴疚锏拿簾熜臀廴尽?/p>

2 煤炭井工開采項(xiàng)目采暖、供熱必要性及供熱負(fù)荷分析

由于煤炭行業(yè)，特別是井工開采項(xiàng)目的特殊性，當(dāng)冬季氣溫低于零度時(shí)，為防止礦井進(jìn)風(fēng)井筒內(nèi)淋幫水結(jié)冰，影響提升能力降低以及可能由于大冰塊塌落造成井底嚴(yán)重事故，必須采取適當(dāng)?shù)姆椒?，使井筒?nèi)不致結(jié)冰。根據(jù)《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50215-2005）的要求，煤炭企業(yè)主要采暖、供熱對(duì)象包括：井筒保溫、工業(yè)、行政福利設(shè)施采暖、洗浴用熱、食堂蒸煮用汽、洗衣房用熱等。

由于用熱負(fù)荷的季節(jié)性變化明顯，煤炭企業(yè)冬季采暖期需要的熱負(fù)荷較大，鍋爐噸位較大；而夏季主要為洗浴用熱、食堂蒸煮用汽、洗衣房用熱，熱負(fù)荷較小，較小的鍋爐噸位即可滿足用熱要求。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，90萬t/a煤炭企業(yè)井筒保溫?zé)嶝?fù)荷一般在6～10 T/h；120萬t/a礦井井筒保溫?zé)嶝?fù)荷會(huì)大于10 T/h；生產(chǎn)能力120萬T/a以下的井工煤礦，夏季用熱負(fù)荷一般4～6 T/h。

山西中北部地區(qū)煤礦項(xiàng)目以90萬t/a礦井為主，占煤礦項(xiàng)目總個(gè)數(shù)的61.2%；其中井工煤礦占到礦井總個(gè)數(shù)的95%左右。

3 山西中北部地區(qū)井工煤礦鍋爐配置方案

3.1 鍋爐配置方案探討

3.1.1 相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范中關(guān)于鍋爐房設(shè)置方案的規(guī)定

煤炭井工工采項(xiàng)目在鍋爐房設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)執(zhí)行現(xiàn)行的相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范：

1）《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50215-2005，2006年1月1日實(shí)施）?！?3.9.3”規(guī)定“鍋爐房不應(yīng)設(shè)備用鍋爐。用于采暖、井筒防凍及礦井浴室供熱的鍋爐，宜采用相同類型的鍋爐，但不應(yīng)少于2臺(tái)”。

2）《煤炭工業(yè)供熱通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T50466-2008，2009年6月1日實(shí)施）?！?.0.1”中規(guī)定“采暖室外計(jì)算溫度等于或低于-4℃地區(qū)的進(jìn)風(fēng)立井、等于或低于-5℃地區(qū)的進(jìn)風(fēng)斜井和等于或低于-6℃地區(qū)的進(jìn)風(fēng)平硐，當(dāng)有淋幫水、排水管或排水溝時(shí)，應(yīng)設(shè)置井筒防凍設(shè)施”?！?.0.15”規(guī)定，“在遠(yuǎn)離主工業(yè)場(chǎng)地、采暖熱負(fù)荷很少的進(jìn)風(fēng)井、在缺水地區(qū)或供水困難的進(jìn)風(fēng)井”，井筒保溫可采用熱風(fēng)爐?！?.0.16”規(guī)定，“熱風(fēng)爐不得少于2臺(tái)，但其中1臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)，其余熱風(fēng)爐能滿足井筒防凍需要”。

3.1.2 鍋爐配置方案建議

1）對(duì)于項(xiàng)目井筒保溫負(fù)荷接近或大于等于20 T/h的，按照相關(guān)規(guī)定，單臺(tái)鍋爐、熱風(fēng)爐噸位不小于10 T/h。

2）對(duì)井筒保溫負(fù)荷遠(yuǎn)達(dá)不到20 T/h的，可根據(jù)實(shí)際情況配置鍋爐；但應(yīng)根據(jù)熱負(fù)荷優(yōu)化鍋爐配置，盡量減少鍋爐房?jī)?nèi)鍋爐臺(tái)數(shù)，提高單臺(tái)鍋爐噸位。

3）對(duì)于單獨(dú)設(shè)置的夏季洗浴鍋爐，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定，在有氣源、油源條件下，優(yōu)先采用燃?xì)?、燃油鍋爐，也可選擇太陽能輔助電加熱或空氣源熱泵、回風(fēng)熱源泵等混合供熱方案。

3.2 不同鍋爐設(shè)置方案的環(huán)境影響分析

由于煤炭企業(yè)一般均在偏遠(yuǎn)的山區(qū)，城市集中供氣、供熱工程均不能滿足煤礦生產(chǎn)、生活需要。因此，煤炭企業(yè)必須自己建設(shè)供熱設(shè)施。山西中北部城市群范圍內(nèi)的煤礦基本均為低瓦斯礦井，沒有煤層氣（瓦斯）可供利用，當(dāng)?shù)靥烊粴馊恳揽块L(zhǎng)輸管線，氣源、氣量有限，除市政及園區(qū)采暖使用天然氣外，無富裕天然氣向工業(yè)企業(yè)供氣；而從晉南地區(qū)外購(gòu)液化天然氣也不現(xiàn)實(shí)。根據(jù)當(dāng)?shù)靥攸c(diǎn)，煤炭井工煤礦可行的供熱方案為電鍋爐或燃煤鍋爐供熱。下文就不同鍋爐設(shè)置方案的環(huán)境影響進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

1）電鍋爐：山西中北部城市群一般冬季采暖天數(shù)按160 d，夏季按205 d計(jì)，夏季供熱用1臺(tái)4 T/h（2.8 MW）電鍋爐估算，耗電量為：2.8 MW×205 d/a× 12 h/d=688.8萬kW·h。

耗電成本：按當(dāng)?shù)匾话愎I(yè)用電價(jià)格1元/（kW·h）計(jì)算，夏季1臺(tái)4 T/h電鍋爐運(yùn)行成本為688.8萬元。產(chǎn)生相應(yīng)電量的污染物排放量：類比位于大同地區(qū)的同煤集團(tuán)塔山坑口電廠竣工環(huán)保驗(yàn)收監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，每發(fā)電1萬度，需要排放煙塵1.42 kg，二氧化硫6.22 kg，氮氧化物16.14 kg。

1臺(tái)4 T/h所用電量在發(fā)電時(shí)需要排污量為煙塵0.98 t，二氧化硫4.28 t，氮氧化物11.12 t（未考慮脫硝，按脫硝80%考慮為2.22 t）。

2）燃煤鍋爐：按山西中北部城市群一般煤礦煤質(zhì)（灰分25%，硫份0.8%，發(fā)熱量5 500 kcal/kg）估算，1臺(tái)4 T/h燃煤鍋爐夏季耗煤量按下式估算：

式中：B為鍋爐燃料耗量，kg/h；D為鍋爐小時(shí)產(chǎn)汽量，m3/h；Qdw為燃料的低位發(fā)熱值，kJ/kg；i''為鍋爐在某絕對(duì)工作壓力下的飽和蒸汽熱焓值，kJ/kg；i'為鍋爐給水熱焓值，i''=83.74 kJ/kg；η為鍋爐熱效率，普通鍋爐取80%。

經(jīng)計(jì)算得：夏季1臺(tái)4 T/h燃煤鍋爐耗煤量為1 348.2 t；按煤礦企業(yè)原煤成本價(jià)300元/t估算，燃煤成本為40.45萬元。

二氧化硫產(chǎn)生量為：1 348.2×1.6×0.8%=17.26 t，按脫硫效率70%計(jì)算，二氧化硫排放量為5.18 t。

氮氧化物產(chǎn)生量：NOX產(chǎn)生量按照《第一次全國(guó)污染源普查工業(yè)污染源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》中噸煤2.94 kg/t進(jìn)行計(jì)算，則為1 348.2×2.94=3.96 t。

煙塵產(chǎn)生量：計(jì)算得23.91 t，按除塵95%計(jì)算，煙塵排放量為1.20 t。

3）不同鍋爐配置方案對(duì)比分析：電鍋爐與燃煤鍋爐對(duì)比分析，如表5所示。

綜上所述，在同樣供熱負(fù)荷1臺(tái)4 T/h 2.8MW情況下，電鍋爐煙塵、二氧化硫排放量略低于燃煤鍋爐，在采取脫硝措施后，氮氧化物污染物排放量低于燃煤鍋爐。

4）電鍋爐的制約條件：a.用電負(fù)荷與電量保證性。由于電鍋爐耗電量較大（如1臺(tái)2 qT/h電鍋爐，消耗耗電1.4萬度，將大于90萬t/a礦井全礦的供電負(fù)荷），需要較大電力供應(yīng)保證，項(xiàng)目輸電線路、變電系統(tǒng)擴(kuò)容改造、區(qū)域電網(wǎng)平衡、電力公司電力供應(yīng)能力等限制，在落實(shí)電源的情況下，可謹(jǐn)慎選擇。b.電鍋爐運(yùn)行成本是同樣規(guī)模的燃煤鍋爐的8～10倍左右，企業(yè)采用電鍋爐的經(jīng)濟(jì)性動(dòng)力是很大的一個(gè)制約，在目前煤炭行業(yè)整體盈利條件下滑，山西中北部地區(qū)動(dòng)力煤煤礦基本處于保本或虧損的情況下，統(tǒng)一要求煤炭企業(yè)采用電鍋爐采暖、供熱的阻力較大。

4 結(jié)束語

山西中北部地區(qū)是山西主要?jiǎng)恿γ荷a(chǎn)基地，同時(shí)，位于國(guó)家大氣污染防治重點(diǎn)區(qū)域，國(guó)家和省對(duì)燃煤工業(yè)鍋爐配置提出了新的要求。位于該區(qū)域的井工煤礦鍋爐配置應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目具體情況，盡可能集中供熱，減少鍋爐房?jī)?nèi)鍋爐臺(tái)數(shù)，提高單臺(tái)鍋爐噸位；在有氣源、油源條件下，優(yōu)先采用燃?xì)?、燃油鍋爐，也可選擇太陽能輔助電加熱或空氣源熱泵、回風(fēng)熱源泵等多元化解決項(xiàng)目采暖、供熱熱源。

[1]環(huán)境保護(hù)部，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)，財(cái)政部.《重點(diǎn)區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》（國(guó)函〔2012〕146號(hào)）[Z].2012-10-29.

[2]山西省人民政府.《山西省2006年—2020年煤炭生產(chǎn)開發(fā)規(guī)劃》[Z].2007-08-27.

[3]山西省環(huán)境保護(hù)廳.《山西省重點(diǎn)區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃2013年度實(shí)施方案》（〔2013〕30號(hào)）[Z].2013-03-25.

Discussion on Boiler Setting in Underground Coal Mining Project in North-central Region of Shanxi Province

WU Junsong
(Taiyuan Design Research Institute for Coal Industry,Taiyuan 030001,China)

Combined with the coal projects in north-central region of Shanxi province,boiler setting of underground coal mining is discussed in this paper.On the estimation of pollutant discharge and operational cost of the different boiler settings,an appropriate scheme is selected in order to realize the goal of energy conservation and pollution abatement.

north-central region of Shanxi province;underground coal mining;boiler setting

TD727

A

1672-5050（2015）01-0085-04

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.01.028

（編輯：薄小玲）

2014-10-07

吳俊松（1974-），男，四川仁壽人，大學(xué)本科，工程師，從事環(huán)境影響評(píng)價(jià)、環(huán)境規(guī)劃、節(jié)能評(píng)估和環(huán)境工程設(shè)計(jì)工作。