煤礦通風瓦斯（乏風）氧化技術應用實踐

張治倉 賀滌潤 郜力 周熠

摘要：在煤礦通風瓦斯排放量大的礦井應用通風瓦斯氧化技術，對實現煤礦瓦斯零排放、推進煤礦節能減排工作具有重要的作用。文章概述了煤礦通風瓦斯氧化技術原理及大佛寺煤礦氧化裝置基本情況，分析了氧化裝置在實際運行過程中存在的問題，并提出了需要優化改進的方法。

關鍵詞：煤礦開采；通風瓦斯；氧化裝置；瓦斯排放量；節能減排 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD723 文章編號：1009-2374（2016）29-0130-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.29.059

1 概述

大佛寺煤礦風井廣場目前有兩套主扇乏風抽排系統，總乏風量約為960000m?/h，其中1#風井通風量為600000m?/h、2#風井通風量為360000m?/h；通風乏風瓦斯濃度0.15%，折合純瓦斯量為1440m?/h。眾所周知，大量的通風瓦斯如果長期直接排放到大氣中，對空氣質量會造成嚴重的污染，因此運行氧化裝置銷毀通風瓦斯是必要的，對于國家提出的節能減排意義重大。

2 煤礦通風瓦斯氧化技術原理

通風瓦斯（乏風）氧化裝置主要是由固定式逆流氧化床和控制系統兩部分構成。通過排氣蓄熱，進氣預熱，進排氣交換逆循環，實現通風瓦斯周期性自熱氧化反應。如圖1為通風瓦斯氧化原理示意圖：

氧化床用外部電源加熱，創造一個甲烷氧化反應的環境（1000℃），通風瓦斯由引風機引入氧化床，氧化產熱，排氣側固體蓄熱，進氣側氣體預熱，由換向閥實現瓦斯逆流換向。通風瓦斯中的甲烷在氧化床氧化后，一部熱量維持氧化反應的環境、多余部分的熱量排出氧化床。氧化反應自動維持后，停掉外加熱。

3 大佛寺煤礦氧化裝置基本情況

2012年5月，大佛寺煤礦5臺通風瓦斯（乏風）氧化裝置投入運行，并于7月氧化裝置并氣并網發電，該項目是國內第一個瓦斯發電示范礦井。氧化裝置型號為VAM60-IV，氧化裝置處理能力為60000m?/h；氧化率：≥97%（額定工況下）；額定蒸汽壓力為2.5MPa；過熱蒸汽溫度為320℃～400℃。該氧化裝置在運行過程中對存在的安全問題進行了一系列整改，主要有配氣系統的自動化改造、瓦斯在線分析系統改造。

4 通風瓦斯氧化裝置運行中存在的問題

氧化裝置雖然解決了安全方面的問題，但通過長時間的運行，還存在以下問題：一是蒸汽溫度運行在設計范圍內的下限330℃；二是爐體結構緊湊，維修難度大；三是爐體加熱接線部分封閉不嚴密，造成前端防護鋼板變形。

根據氧化裝置上述問題，具體分析如下：一是蒸汽溫度達不到汽輪機組額定運行溫度400℃，雖然能夠滿足汽輪機發電運行，但發電效率不高。氧化裝置實際的飽和蒸汽流量為3t/h，而設計流量為4.143t/h，因此需要提高氧化裝置的蒸汽流量；二是爐體結構緊密，大修成本高。由于鍋爐是一體化結構，大修鍋爐時，施工順序為導風罩、布置風流的帆布、蓄熱陶瓷、換熱器，幾乎由里向外全部解體，工作量較大、維修成本較高；三是爐體加熱部分運行費用較大。對加熱部分改造，由于鍋爐在運行過程，電阻絲會一直處于受熱狀態，時間長了會老化，失去柔性，在鍋爐停爐后全部斷裂，無法使用。每臺爐使用電阻絲共計27根，每根電阻絲造價約3000元左右，啟動一次鍋爐電阻絲就要8萬元，人工費及其他費用預計為3萬元，共11萬元，每年按計劃停爐檢修兩次電阻絲，僅此項費用單臺氧化裝置就需要22萬元。

5 對氧化裝置本體的優化改進

5.1 對爐體內換熱器的改造

對爐體換熱器的改造，主要是為了提高氧化裝置給水蒸發量，增加飽和蒸汽的流量，通常有兩種方法：一種是更換換熱器的鋼管，改變管徑；另一種是在換熱器的管子上增加換熱片。第一種費用較高，工程量大；第二種費用低，工程量小。建議使用第二種方法。

5.2 對爐體結構的改造

建議考慮兩種方案：一種是對本體結構進行模塊化設計，優化設計結構，方便拆卸，便于對鍋爐的日常檢修和鍋爐的定期質量檢驗；另一種可以考慮氧化部分和鍋爐分離設計，就是在氧化室內對混合瓦斯進行高溫氧化，高溫煙氣進入鍋爐換熱器進行熱量置換。目前德國艾森曼公司設計研制的氧化裝置+余熱鍋爐，通風瓦斯摻混低濃度瓦斯后濃度最高到1.15%，可處理風量94000m?/h，氧化后產生900℃的高溫熱空氣。熱空氣進入余熱鍋爐可生產溫度400℃、壓力2.5MPa的蒸汽，蒸汽量約6t/h。該氧化裝置+余熱鍋爐目前正處于試驗階段，氧化部分（RTO）運行穩定。圖2為氧化裝置+余熱鍋爐系統示意圖：

5.3 對爐體加熱部分電阻絲改進的方法

為了延長爐體加熱部分的電阻絲壽命，在電阻絲上均勻噴灑玻璃粉，增加電阻絲的柔韌性，通過具體實施起到了良好的效果，延長了電阻絲的使用壽命。

6 結語

一是通過對氧化裝置存在問題的改造，提高了運行效率、延長了運行周期、降低了運行成本；二是通過對煤礦通風瓦斯氧化裝置部分系統的不斷優化設計，使得通風瓦斯氧化裝置在實際運行中更加安全可靠，同時也保障了煤礦通風系統的安全；三是在煤礦通風瓦斯排放量大的礦井應用通風瓦斯氧化技術，對實現煤礦瓦斯零排放、推進煤礦節能減排工作意義重大。

參考文獻

[1] 馬小鐘.大佛寺煤礦瓦斯氧化工程應用安全措施[J].礦業安全與環保，2013，40（2）.

[2] 田濤.通風瓦斯（乏風）氧化裝置危險點分析及防范[J].陜西煤炭，2015，（5）.

作者簡介：張治倉（1969-），男，陜西咸陽人，陜西新泰能源有限公司總經理，高級工程師，在讀MBA，研究方向：煤礦機電設備制造、煤層氣開發及利用。

（責任編輯：秦遜玉）