賀西煤礦低濃度瓦斯發電實踐

李日成

摘 要：賀西煤礦屬突出礦井，瓦斯資源豐富，實施瓦斯發電項目，可達到節能降耗、保護環境的目的。瓦斯發電，不僅可以節約能源，減少污染，而且還可以為煤礦帶來顯著的經濟效益。本文介紹了賀西煤礦瓦斯發電項目的運行情況、效益分析，以及對下一步瓦斯發電工作的思考。

關鍵詞：瓦斯發電;余熱;低濃度;節能減排;煤礦

中圖分類號：TD712 文獻標志碼：B

煤炭在開采過程中會伴隨著瓦斯的不斷涌出，瓦斯的主要成分為甲烷，瓦斯爆炸是煤礦最嚴重的災害，易造成群死群傷及大規模的經濟損失。瓦斯如果空氣中瓦斯的濃度在5.5%至16%時，有明火的情況下就能發生爆炸，瓦斯爆炸會產生高溫、高壓、沖擊波，并放出有毒氣體。一直以來，煤礦瓦斯被視為有害物質，均經抽采后直接排放。不僅造成環境污染，而且造成了資源浪費，一定程度上講，井下瓦斯與煤同屬不可再生資源。因此，瓦斯的綜合利用勢在必行[1，2]。

1 賀西煤礦簡介

賀西煤礦隸屬于山西汾西礦業（集團）有限責任公司，井田位于山西省河東煤田中段，離柳礦區西南部，距柳林縣城東南15km左右，行政區劃屬呂梁市柳林縣陳家灣鄉。賀西煤礦井田面積18.908km2，批準開采3#、4#煤層，煤塵具有爆炸危險性，屬Ⅲ類不易自燃;瓦斯等級為煤與瓦斯突出礦井，現礦井核定生產能力為300萬噸/年，四采區設計生產能力150萬噸/年。礦井可采煤層為3#、4#、8#上、8#、10#，批準開采煤層為3#、4#煤層。礦井絕對瓦斯涌出量為77.80m3/min，相對瓦斯涌出量為13.37m3/t，二氧化碳相對涌出量為1.28m3/t，絕對涌出量7.42m3/min。賀西煤礦3#、4#煤層自燃傾向性為Ⅲ類不易自燃;煤塵均具有爆炸性，水文地質類型為中等。礦井采用立井-斜井綜合開拓方式;通風方式為“四進三回”，通風方法為機械抽出式;主運輸方式采用膠帶輸送機;輔助材料運輸采用無極繩絞車牽引礦車方式;人員運輸采用架空乘人器。

2 瓦斯發電的優勢

瓦斯發電較燃煤發電及其他形式的發電相比，有獨特的優勢，主要表現在：

（1）投資小，見效快，一般三年左右可收回投資成本，利用瓦斯發電，尤其是熱電聯產，具有很高的經濟效益。

所利用原料是煤礦作為廢氣排放的瓦斯，與燃煤發電相比，無原料成本，發電成本低，在一定程度上減少了瓦斯對環境的影響[3，4]。

（2）瓦斯發電技術成熟、設備可靠，以賀西電站為例，在瓦斯輸送方面采用了細水霧系統，保證了瓦斯傳輸中的安全，管道及機組多處安裝有干式阻火器、水封式阻火器，為安全生產提供了保障。

（3）瓦斯發電組結構簡單，規模小（以賀西電站為例，機組為集裝箱式，便于運輸、安裝、搬遷），特別適合臨近煤礦瓦抽站等地點使用。

（4）瓦斯發電耗氣量大，耗氣穩定，有利于開展CDM項目，爭取國家補貼。

3 賀西煤礦瓦斯發電站

3.1 原理介紹

低濃度瓦斯發電系統是由發電機組、細水霧系統、阻火器、高壓放散系統組成。其發電基本原理及流程為：瓦斯抽放站來氣（瓦斯濃度低于30%）與細水霧混合，運輸至機組前端，經過旋風重力式脫水機脫水，之后與空氣混合，達到5-16%的濃度;順序經過渦輪增壓器、空氣冷卻器后，進入機組氣缸;通過高壓點火線圈促使火花塞點火，產生爆炸，推動活塞運轉，通過軸聯通發電機進行發電。尾氣通過排氣管經過余熱鍋爐后降低溫度進行排放;余熱鍋爐經過熱交換，加熱水供澡堂及供暖。其中細水霧系統是瓦斯發電過程中最大的安全保證。低濃度瓦斯發電系統是可充分利用瓦斯產生的電能與熱能，達到資源高效利用的目的[5，6]。

3.2 設備選型

賀西煤礦瓦斯發電站發電能力6*650KW，裝機容量3900KW，余熱鍋爐規模為4*0.4MW，可利用余熱量約為670KW/臺。發電站主要設備選型如下：發電機組（650GF6-WK2E，GS-02控制系統，濟柴）、發電機（JFG5004-676300柳州佳力）、余熱鍋爐（EGS3.0-0.8上海益格）、細水霧輸送系統（細水霧系統勝動集團）、阻火器（WGZ-500勝動集團）。

3.3 瓦斯抽采利用

賀西煤礦生產能力300萬噸/年，采用鉆孔瓦斯抽放技術，前三年瓦斯發電站發發電量如下：1118.85萬度、1139.41萬度、475.42萬度。

4 效益分析

4.1 經濟效益分析

賀西煤礦低濃度瓦斯發電站建成后，每年可利用瓦斯約500萬m3，發電量約1000WKWh，年供熱約2.5×104 GJ，節約標煤量約850t/a。按照賀西煤礦電價0.75元/kw.h，低濃度瓦斯發電運行成本約0.02元/kw.h計算，發電部分可節約煤礦成本約730萬元/年;瓦斯發電余熱利用可節約標準煤約850噸/年，按照500元/噸計算，可節約成本約40萬元/年。瓦斯綜合利用屬國家地方財政補貼項目，補貼200萬元/年。綜合分析瓦斯發電項目的投運和創造經濟效益970萬元/年。

4.2 社會效益分析

（1）賀西煤礦低濃度瓦斯發電利用井下抽放瓦斯，可有效減少大氣中的瓦斯排放量，降低空氣污染物含量，減少了因瓦斯抽排導致的環境污染。

（2）賀西煤礦低濃度瓦斯發電提供的熱能折合標準煤量約850噸/年。對于煤炭這種不可再生資源的保護性利用有著重要的意義。尤其對現階段限制煤炭供熱的環境下，意義更加突出。

5 瓦斯發電下一步需思考的問題

（1）國外瓦斯發電機組雖然技術先進，質量可靠，但是單位千瓦投資過高，國內瓦斯發電機組生產廠家較少，產品單一。

（2）如何完善抽采技術，實現瓦斯的抽采最大化，氣源的穩定輸送，如何進一步提高瓦斯發電機組的可靠性，安全性。

（3）如何更好地將企業瓦斯發的電上網，打破只能企業自用的局限。

6 結論

賀西煤礦瓦斯發電站的投運不僅減少了空氣中甲烷的排放，同時變害為寶，創造了經濟效益970萬元/年，同時瓦斯發電的余熱可以供職工澡堂等使用，達到了進一步節能降耗的目的。瓦斯發電是煤礦瓦斯綜合利用較好的方式，尤其是對于突出礦井，有著較好的經濟效益和社會效益，同時在利用率、可靠性方面也有著很大的研究空間。

參考文獻：

[1]張琦.西銘煤礦瓦斯發電項目研究分析[J].中國礦山工程，2018（12）：31-33.

[2]張曉紅.瓦斯發電的前景分析[J].能源與節能，2017（03）：38-40.

[3]馬建偉.淺析汾西礦業瓦斯利用現狀與前景[J].山西焦煤科技，2017（09）：113-115.

[4]敬中兵，李乃濤，張松峰，李德山，張波善，周少明.宏發煤礦瓦斯發電站的建設與應用[J].內蒙古煤炭經濟，2020（06）：133-134.

[5]李洪.煤礦瓦斯綜合利用的實踐與探索[J].中國煤層氣，2006（03）：21-23.

[6]徐云飛.李陽煤業瓦斯綜合利用的實踐與探索[J]. 能源與節能，2021（03）：180-181.