寺家莊公司新建低濃度瓦斯發電改造

洪 陽

（山西陽煤寺家莊煤業有限責任公司，山西晉中 045300）

0 引言

陽煤寺家莊公司目前每年排空的低濃度瓦斯（3%～5%）近2 000萬立方（純量）。為了使這部分瓦斯得到利用，同時利用瓦斯電廠尾部煙氣余熱解決煤礦井口加溫問題，部分或全部替代煤礦現有的冬季煤鍋爐，從而實現節能減排、資源綜合利用的目標，擬在寺家莊礦中央風井工業廣場西部，利用煤礦現有土地建設10 MW余熱利用瓦斯發電機組。

1 瓦斯氣源分析

寺家莊公司2014年本煤層抽采瓦斯純量為1 467萬立方，濃度為2%～3%，最高為4.6%。2015年本煤層抽采瓦斯純良1 832萬立方，濃度為3%～5%。隨著煤礦瓦斯治理力度的加大、抽采工藝的改進，以及回采工作面銜接情況的改善，煤炭產量將逐年提高，本煤層瓦斯抽采量將逐年增加，濃度也將逐年提高。

近兩年，寺家莊公司鄰近層瓦斯（30%以上）抽采量每年都在7 000萬立方以上，濃度大多在40%左右，是瑞陽CNG項目的主供氣源。隨著瓦斯抽采工作的強化，預計2016年還會有一定的增量氣源。

鑒于上述情況，本方案提出將1 000～1 500萬方純量的鄰近層瓦斯與本煤層瓦斯摻混，形成9%左右的穩定氣源，在寺家莊煤礦中央風井安裝10 MW低濃度瓦斯發電機組，使本煤層瓦斯能夠得到利用。

2 瓦斯供氣方式及輸送

寺家莊煤礦瓦斯抽放站目前有6臺水環式真空泵抽采本煤層瓦斯，能力為3 200方/min；有2臺水環式真空泵抽采鄰近層瓦斯，能力為1 240方/min。摻混方式由煤礦根據實際情況確定。

低濃度瓦斯輸送系統須設置泄爆、阻爆、抑爆三種不同原理的阻火防爆裝置。本方案阻火泄爆裝置采用水封阻火器，阻爆裝置采用自動阻爆裝置，抑爆裝置采用細水霧裝置。

3 電廠規模

按現有國產機組參數估算，每方純氣發電2.6kWh，使用鄰近層增量氣源（濃度35%計算）1500萬方純量，與低濃度瓦斯（平均濃度4.5%）1200萬純量混合使用，可安裝國產500kW機組20臺，或者國產1000kW機組10臺。

利用瓦斯發電，符合國家的節能和環保政策，是集資源合理配置、節約能源、環境保護和礦井安全生產為一體的工程，具有良好的節能效果、環境效益、經濟效益和社會效益。瓦斯發電站屬于礦井瓦斯綜合利用項目，電站所發電力主要供礦井生產使用。

4 電力系統

（1）電力系統概述

寺家莊建有一座35 kV變電站（寺礦35/10 kV變電站），站內現設有2臺SFZ10-31500/35的主變，35 kV母線接線方式為雙母線接線、10 kV母線接線方式為單母線分段。寺家莊公司礦井的雙回路35 kV電源分別引自昔陽220kV變電站35 kV的不同母線段，輸電距離4.6 km，架空導線的型號為2 LGJ-240，任一回路均能保證礦井全部負荷用電。

中央風井10 kV變電站為雙回RZ-YJV-8.7/15 3 1 300-100 m＋LGJ-240-805 m＋RZ-YJV-8.7/15 3 1 300-280 m進線，線路長1.2 km，雙回路電源分別引自寺礦35 kV變電站10kV的不同母線段，中央風井10 kV母線接線方式為單母線分段，任一回路均能保證新建瓦斯發電全部負荷。新建瓦斯發電20 500 kW(或10 1 000 kW)項目，擬以一回RZ-YJV-8.7/15 3 1 300線路接入中央風井10kV變電站Ⅱ母812備用回路。

（2）瓦斯發電站發展前景

低濃瓦斯發電站總裝機容量為10 000 kW（20 500 kW或10 1 000 kW）。利用瓦斯發電，符合國家的節能和環保政策，是集資源合理配置、節約能源、環境保護和礦井安全生產為一體的工程，具有良好的節能效果、環境效益、經濟效益和社會效益。瓦斯發電站屬于礦井瓦斯綜合利用項目，電站所發電力主要供礦井生產使用。瓦斯利用流程如圖1所示。

（3）瓦斯發電站設計方案

根據寺家莊公司的負荷統計資料，現在全礦井有功功率計算負荷為15 000 kW。瓦斯發電站流程示意圖，如圖2所示。本期工程擬建20臺500 kW低濃瓦斯發電機組，工程建成后，發出電力10 000 kW，年發電量為6 000 104kWh（機組滿負荷年運行6000小時）。扣除廠用電（廠用電率按4%計）外，尚余9 600 kW電力和576 104kWh。

瓦斯電廠所發電力送入中央風井10 kVⅡ母供礦井使用，富余電量返回寺礦35 kV變電站供礦井使用，不足部分仍需從系統取電。因此利用礦區豐富的煤層氣資源，建設瓦斯發電工程，不僅使生態環境得到改善，同時可補充礦區不斷增長的電力需求。

圖1 瓦斯利用流程圖

瓦斯電站位于距寺家莊公司中央風井10 kV變電站約200米，發電機組發出的電力主要用于滿足礦井用電需求，故瓦斯電站接入系統擬采用10 kV電壓等級接入中央風井10 kV變電站Ⅱ母812備用回路。

瓦斯電站裝機容量為20 500 kW(或10 1 000 kW)低濃瓦斯發電機組。發電機出口電壓為10.5 kV。電氣主接線為：20臺瓦斯發電機組10kV母線，再經1回RZ-YJV-8.7/15 3 1 300線路接入中央風井變電站10kVⅡ母812備用回路。

瓦斯電站以一回10 kV線路接入中央風井10 kV母線，采用光纖縱差保護為主保護，裝設過流、過頻過壓等后備保護裝置。

圖2 瓦斯職能控制系統圖

瓦斯電站建設一路光纜至中央風井10 kV變電站再至寺礦35 kV變電站，實現瓦斯電站與寺家莊礦變電站的電力通信。瓦斯電站調度自動化及遠動通訊最終以接入系統設計為準。

5 電廠投資估算與效益分析

方案一：寺家莊瓦斯電廠擬安裝20臺500 kW機組，采用鋼結構廠房對排對面大空間布置，余熱鍋爐采用五對一室內布置，通風方式采用側下進上出（強進自然出）余熱鍋爐布置在廠房外平臺上。因電能直接輸入中央風井10 kVⅡ段母線，不需要安裝主變壓器。

按照目前設備、材料及工時費估算，每kV造價按4 200元估算，項目總投資約4 200萬元。

方案二：寺家莊瓦斯電廠擬安裝10臺1 000 kW集中箱式機組，配置余熱利用系統，整個工程造價按4 000萬元估算。

6 結束語

低濃度瓦斯發電技術改造可有效治理井下瓦斯災害，推進煤層氣資源的抽放利用力度，改善了能源結構的利用率，可緩解煤礦企業電力短缺，實現煤礦以利用促抽放，以抽放保安全的良性循環發展模式，是實現保護生命、保護資源、保護環境多重目標的重要舉措，綜合效益顯著。

［1］王澤峰，王顯臣，方曉蕾.礦區瓦斯治理技術與管理措施淺析［J］.河南科技，2014（19）：191-191.

［2］袁亮.淮南礦區瓦斯治理技術與實踐［J］.煤炭科學技術，2000，28（1）：1-3.

［3］王子邦.軒崗礦區瓦斯治理技術探索與實踐［J］.中國西部科技，2013（08）：3-5.

［4］康建成.劉家梁礦區域瓦斯治理技術研究［J］.能源技術與管理，2017（02）：28-29.

［5］張亮.大采高綜采工作面瓦斯治理技術［J］.煤，2014（06）：33-35.

［6］趙喜峰.淺談采煤面上隅角瓦斯治理技術［J］.山東煤炭科技，2013（05）：185-186.

［7］查興林，龍明舉.綜采工作面初次放頂瓦斯治理技術［J］.礦業安全與環保，2008（S1）：54-55.