張治倉 賀滌潤 郜力 周熠

摘要：在煤礦通風(fēng)瓦斯排放量大的礦井應(yīng)用通風(fēng)瓦斯氧化技術(shù)，對實(shí)現(xiàn)煤礦瓦斯零排放、推進(jìn)煤礦節(jié)能減排工作具有重要的作用。文章概述了煤礦通風(fēng)瓦斯氧化技術(shù)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(shí)際運(yùn)行過程中存在的問題，并提出了需要優(yōu)化改進(jìn)的方法。

關(guān)鍵詞：煤礦開采；通風(fēng)瓦斯；氧化裝置；瓦斯排放量；節(jié)能減排 文獻(xiàn)標(biāo)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(fēng)井廣場目前有兩套主扇乏風(fēng)抽排系統(tǒng)，總乏風(fēng)量約為960000m?/h，其中1#風(fēng)井通風(fēng)量為600000m?/h、2#風(fēng)井通風(fēng)量為360000m?/h；通風(fēng)乏風(fēng)瓦斯?jié)舛?.15%，折合純瓦斯量為1440m?/h。眾所周知，大量的通風(fēng)瓦斯如果長期直接排放到大氣中，對空氣質(zhì)量會造成嚴(yán)重的污染，因此運(yùn)行氧化裝置銷毀通風(fēng)瓦斯是必要的，對于國家提出的節(jié)能減排意義重大。

2 煤礦通風(fēng)瓦斯氧化技術(shù)原理

通風(fēng)瓦斯（乏風(fēng)）氧化裝置主要是由固定式逆流氧化床和控制系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。通過排氣蓄熱，進(jìn)氣預(yù)熱，進(jìn)排氣交換逆循環(huán)，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)瓦斯周期性自熱氧化反應(yīng)。如圖1為通風(fēng)瓦斯氧化原理示意圖：

氧化床用外部電源加熱，創(chuàng)造一個甲烷氧化反應(yīng)的環(huán)境（1000℃），通風(fēng)瓦斯由引風(fēng)機(jī)引入氧化床，氧化產(chǎn)熱，排氣側(cè)固體蓄熱，進(jìn)氣側(cè)氣體預(yù)熱，由換向閥實(shí)現(xiàn)瓦斯逆流換向。通風(fēng)瓦斯中的甲烷在氧化床氧化后，一部熱量維持氧化反應(yīng)的環(huán)境、多余部分的熱量排出氧化床。氧化反應(yīng)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(fēng)瓦斯（乏風(fēng)）氧化裝置投入運(yùn)行，并于7月氧化裝置并氣并網(wǎng)發(fā)電，該項(xiàng)目是國內(nèi)第一個瓦斯發(fā)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(yùn)行過程中對存在的安全問題進(jìn)行了一系列整改，主要有配氣系統(tǒng)的自動化改造、瓦斯在線分析系統(tǒng)改造。

4 通風(fēng)瓦斯氧化裝置運(yùn)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(yùn)行，還存在以下問題：一是蒸汽溫度運(yùn)行在設(shè)計范圍內(nèi)的下限330℃；二是爐體結(jié)構(gòu)緊湊，維修難度大；三是爐體加熱接線部分封閉不嚴(yán)密，造成前端防護(hù)鋼板變形。

根據(jù)氧化裝置上述問題，具體分析如下：一是蒸汽溫度達(dá)不到汽輪機(jī)組額定運(yùn)行溫度400℃，雖然能夠滿足汽輪機(jī)發(fā)電運(yùn)行，但發(fā)電效率不高。氧化裝置實(shí)際的飽和蒸汽流量為3t/h，而設(shè)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(jié)構(gòu)緊密，大修成本高。由于鍋爐是一體化結(jié)構(gòu)，大修鍋爐時，施工順序?yàn)閷?dǎo)風(fēng)罩、布置風(fēng)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(yùn)行費(fèi)用較大。對加熱部分改造，由于鍋爐在運(yùn)行過程，電阻絲會一直處于受熱狀態(tài)，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(fèi)及其他費(fèi)用預(yù)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(xiàng)費(fèi)用單臺氧化裝置就需要22萬元。

5 對氧化裝置本體的優(yōu)化改進(jìn)

5.1 對爐體內(nèi)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(fā)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(fèi)用較高，工程量大；第二種費(fèi)用低，工程量小。建議使用第二種方法。

5.2 對爐體結(jié)構(gòu)的改造

建議考慮兩種方案：一種是對本體結(jié)構(gòu)進(jìn)行模塊化設(shè)計，優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)，方便拆卸，便于對鍋爐的日常檢修和鍋爐的定期質(zhì)量檢驗(yàn)；另一種可以考慮氧化部分和鍋爐分離設(shè)計，就是在氧化室內(nèi)對混合瓦斯進(jìn)行高溫氧化，高溫?zé)煔膺M(jìn)入鍋爐換熱器進(jìn)行熱量置換。目前德國艾森曼公司設(shè)計研制的氧化裝置+余熱鍋爐，通風(fēng)瓦斯摻混低濃度瓦斯后濃度最高到1.15%，可處理風(fēng)量94000m?/h，氧化后產(chǎn)生900℃的高溫?zé)峥諝?。熱空氣進(jìn)入余熱鍋爐可生產(chǎn)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(yàn)階段，氧化部分（RTO）運(yùn)行穩(wěn)定。圖2為氧化裝置+余熱鍋爐系統(tǒng)示意圖：

5.3 對爐體加熱部分電阻絲改進(jìn)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(shí)施起到了良好的效果，延長了電阻絲的使用壽命。

6 結(jié)語

一是通過對氧化裝置存在問題的改造，提高了運(yùn)行效率、延長了運(yùn)行周期、降低了運(yùn)行成本；二是通過對煤礦通風(fēng)瓦斯氧化裝置部分系統(tǒng)的不斷優(yōu)化設(shè)計，使得通風(fēng)瓦斯氧化裝置在實(shí)際運(yùn)行中更加安全可靠，同時也保障了煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的安全；三是在煤礦通風(fēng)瓦斯排放量大的礦井應(yīng)用通風(fēng)瓦斯氧化技術(shù)，對實(shí)現(xiàn)煤礦瓦斯零排放、推進(jìn)煤礦節(jié)能減排工作意義重大。

參考文獻(xiàn)

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

[2] 田濤.通風(fēng)瓦斯（乏風(fēng)）氧化裝置危險點(diǎn)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(jīng)理，高級工程師，在讀MBA，研究方向：煤礦機(jī)電設(shè)備制造、煤層氣開發(fā)及利用。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）