李日成

摘 要：賀西煤礦屬突出礦井，瓦斯資源豐富，實(shí)施瓦斯發(fā)電項(xiàng)目，可達(dá)到節(jié)能降耗、保護(hù)環(huán)境的目的。瓦斯發(fā)電，不僅可以節(jié)約能源，減少污染，而且還可以為煤礦帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益。本文介紹了賀西煤礦瓦斯發(fā)電項(xiàng)目的運(yùn)行情況、效益分析，以及對(duì)下一步瓦斯發(fā)電工作的思考。

關(guān)鍵詞：瓦斯發(fā)電;余熱;低濃度;節(jié)能減排;煤礦

中圖分類號(hào)：TD712 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

煤炭在開采過程中會(huì)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(yán)重的災(zāi)害，易造成群死群傷及大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)損失。瓦斯如果空氣中瓦斯的濃度在5.5%至16%時(shí)，有明火的情況下就能發(fā)生爆炸，瓦斯爆炸會(huì)產(chǎn)生高溫、高壓、沖擊波，并放出有毒氣體。一直以來(lái)，煤礦瓦斯被視為有害物質(zhì)，均經(jīng)抽采后直接排放。不僅造成環(huán)境污染，而且造成了資源浪費(fèi)，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(shì)在必行[1，2]。

1 賀西煤礦簡(jiǎn)介

賀西煤礦隸屬于山西汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，井田位于山西省河?xùn)|煤田中段，離柳礦區(qū)西南部，距柳林縣城東南15km左右，行政區(qū)劃屬呂梁市柳林縣陳家灣鄉(xiāng)。賀西煤礦井田面積18.908km2，批準(zhǔn)開采3#、4#煤層，煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性，屬Ⅲ類不易自燃;瓦斯等級(jí)為煤與瓦斯突出礦井，現(xiàn)礦井核定生產(chǎn)能力為300萬(wàn)噸/年，四采區(qū)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力150萬(wàn)噸/年。礦井可采煤層為3#、4#、8#上、8#、10#，批準(zhǔn)開采煤層為3#、4#煤層。礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為77.80m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為13.37m3/t，二氧化碳相對(duì)涌出量為1.28m3/t，絕對(duì)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(zhì)類型為中等。礦井采用立井-斜井綜合開拓方式;通風(fēng)方式為“四進(jìn)三回”，通風(fēng)方法為機(jī)械抽出式;主運(yùn)輸方式采用膠帶輸送機(jī);輔助材料運(yùn)輸采用無(wú)極繩絞車牽引礦車方式;人員運(yùn)輸采用架空乘人器。

2 瓦斯發(fā)電的優(yōu)勢(shì)

瓦斯發(fā)電較燃煤發(fā)電及其他形式的發(fā)電相比，有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)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(fā)電，尤其是熱電聯(lián)產(chǎn)，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。

所利用原料是煤礦作為廢氣排放的瓦斯，與燃煤發(fā)電相比，無(wú)原料成本，發(fā)電成本低，在一定程度上減少了瓦斯對(duì)環(huán)境的影響[3，4]。

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

（3）瓦斯發(fā)電組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，規(guī)模?。ㄒ再R西電站為例，機(jī)組為集裝箱式，便于運(yùn)輸、安裝、搬遷），特別適合臨近煤礦瓦抽站等地點(diǎn)使用。

（4）瓦斯發(fā)電耗氣量大，耗氣穩(wěn)定，有利于開展CDM項(xiàng)目，爭(zhēng)取國(guó)家補(bǔ)貼。

3 賀西煤礦瓦斯發(fā)電站

3.1 原理介紹

低濃度瓦斯發(fā)電系統(tǒng)是由發(fā)電機(jī)組、細(xì)水霧系統(tǒng)、阻火器、高壓放散系統(tǒng)組成。其發(fā)電基本原理及流程為：瓦斯抽放站來(lái)氣（瓦斯?jié)舛鹊陀?0%）與細(xì)水霧混合，運(yùn)輸至機(jī)組前端，經(jīng)過旋風(fēng)重力式脫水機(jī)脫水，之后與空氣混合，達(dá)到5-16%的濃度;順序經(jīng)過渦輪增壓器、空氣冷卻器后，進(jìn)入機(jī)組氣缸;通過高壓點(diǎn)火線圈促使火花塞點(diǎn)火，產(chǎn)生爆炸，推動(dòng)活塞運(yùn)轉(zhuǎn)，通過軸聯(lián)通發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。尾氣通過排氣管經(jīng)過余熱鍋爐后降低溫度進(jìn)行排放;余熱鍋爐經(jīng)過熱交換，加熱水供澡堂及供暖。其中細(xì)水霧系統(tǒng)是瓦斯發(fā)電過程中最大的安全保證。低濃度瓦斯發(fā)電系統(tǒng)是可充分利用瓦斯產(chǎn)生的電能與熱能，達(dá)到資源高效利用的目的[5，6]。

3.2 設(shè)備選型

賀西煤礦瓦斯發(fā)電站發(fā)電能力6*650KW，裝機(jī)容量3900KW，余熱鍋爐規(guī)模為4*0.4MW，可利用余熱量約為670KW/臺(tái)。發(fā)電站主要設(shè)備選型如下：發(fā)電機(jī)組（650GF6-WK2E，GS-02控制系統(tǒng)，濟(jì)柴）、發(fā)電機(jī)（JFG5004-676300柳州佳力）、余熱鍋爐（EGS3.0-0.8上海益格）、細(xì)水霧輸送系統(tǒng)（細(xì)水霧系統(tǒng)勝動(dòng)集團(tuán)）、阻火器（WGZ-500勝動(dòng)集團(tuán)）。

3.3 瓦斯抽采利用

賀西煤礦生產(chǎn)能力300萬(wàn)噸/年，采用鉆孔瓦斯抽放技術(shù)，前三年瓦斯發(fā)電站發(fā)發(fā)電量如下：1118.85萬(wàn)度、1139.41萬(wàn)度、475.42萬(wàn)度。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

賀西煤礦低濃度瓦斯發(fā)電站建成后，每年可利用瓦斯約500萬(wàn)m3，發(fā)電量約1000WKWh，年供熱約2.5×104 GJ，節(jié)約標(biāo)煤量約850t/a。按照賀西煤礦電價(jià)0.75元/kw.h，低濃度瓦斯發(fā)電運(yùn)行成本約0.02元/kw.h計(jì)算，發(fā)電部分可節(jié)約煤礦成本約730萬(wàn)元/年;瓦斯發(fā)電余熱利用可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約850噸/年，按照500元/噸計(jì)算，可節(jié)約成本約40萬(wàn)元/年。瓦斯綜合利用屬國(guó)家地方財(cái)政補(bǔ)貼項(xiàng)目，補(bǔ)貼200萬(wàn)元/年。綜合分析瓦斯發(fā)電項(xiàng)目的投運(yùn)和創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益970萬(wàn)元/年。

4.2 社會(huì)效益分析

（1）賀西煤礦低濃度瓦斯發(fā)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(dǎo)致的環(huán)境污染。

（2）賀西煤礦低濃度瓦斯發(fā)電提供的熱能折合標(biāo)準(zhǔn)煤量約850噸/年。對(duì)于煤炭這種不可再生資源的保護(hù)性利用有著重要的意義。尤其對(duì)現(xiàn)階段限制煤炭供熱的環(huán)境下，意義更加突出。

5 瓦斯發(fā)電下一步需思考的問題

（1）國(guó)外瓦斯發(fā)電機(jī)組雖然技術(shù)先進(jìn)，質(zhì)量可靠，但是單位千瓦投資過高，國(guó)內(nèi)瓦斯發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)廠家較少，產(chǎn)品單一。

（2）如何完善抽采技術(shù)，實(shí)現(xiàn)瓦斯的抽采最大化，氣源的穩(wěn)定輸送，如何進(jìn)一步提高瓦斯發(fā)電機(jī)組的可靠性，安全性。

（3）如何更好地將企業(yè)瓦斯發(fā)的電上網(wǎng)，打破只能企業(yè)自用的局限。

6 結(jié)論

賀西煤礦瓦斯發(fā)電站的投運(yùn)不僅減少了空氣中甲烷的排放，同時(shí)變害為寶，創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益970萬(wàn)元/年，同時(shí)瓦斯發(fā)電的余熱可以供職工澡堂等使用，達(dá)到了進(jìn)一步節(jié)能降耗的目的。瓦斯發(fā)電是煤礦瓦斯綜合利用較好的方式，尤其是對(duì)于突出礦井，有著較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，同時(shí)在利用率、可靠性方面也有著很大的研究空間。

參考文獻(xiàn)：

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

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

[3]馬建偉.淺析汾西礦業(yè)瓦斯利用現(xiàn)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(fā)煤礦瓦斯發(fā)電站的建設(shè)與應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2020（06）：133-134.

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

[6]徐云飛.李陽(yáng)煤業(yè)瓦斯綜合利用的實(shí)踐與探索[J]. 能源與節(jié)能，2021（03）：180-181.