废气回收保环境 瓦斯发电增收益 助力建设绿色矿山

废气回收保环境 瓦斯发电增收益 助力建设绿色矿山

李军

云南东源镇雄煤业有限公司朱家湾煤矿

云南省昭通市镇雄县657203

摘要：党的二十大报告提出了推进生态优先、绿色低碳发展等重大决策部署。云南东源镇雄煤业有限公司朱家湾煤矿认真落实党的二十大精神，践行“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念，坚持先抽后采、煤与瓦斯同采，走瓦斯综合治理与瓦斯抽采利用相结合的新路子，提高了瓦斯抽采率和利用率。

关键词：废气回收、保护环境 、瓦斯发电、增收益

前言

瓦斯发电是一种利用煤矿瓦斯作为燃料，通过燃烧产生热能，再将热能转化为电能的发电方式。瓦斯是一种可燃气体，主要成分为甲烷，是煤矿开采过程中产生的一种有害气体。将瓦斯直接排放到空气中会产生大量温室气体，利用瓦斯发电技术可以减少温室气体的排放，从而减缓气候变化带来的影响。其次是环保和节能效果显著，采用瓦斯发电技术可以减轻能源的短缺问题，同时也可以降低环境污染，加速节能减排的目标的实现。再者，瓦斯发电还可以使得煤矿等矿井内的可燃气体得到安全高效的利用，减少目前需要进行气体排放的情况，对于矿区环境的改善和治理具有重要意义，达到保护生命、保护环境、保护资源的多重目标。因此，利用瓦斯发电不仅可以解决煤矿安全问题，还可以实现资源的有效利用，减少环境污染，做到了变废为宝。

1减少瓦斯直接排放的必要性

瓦斯是一种优质和卫生的能源，它的主要成分是甲烷(CH4)1m3纯甲烷(浓度100%的瓦斯)发热量约35.19MJ，可折合1.2kg的标准煤。如果矿井把抽出的瓦斯加以利用而不直接排空，能大大降低矿井对社会能源(电力等)的需求，减少矿井的资金投入，增加矿井的经济效益。

同时，瓦斯中的甲烷是一种仅次于氟利昂占第二位的重要温室气体，会破坏大气的臭氧层，根据气候变迁国际委员会研究报告，其温室效应二氧化碳的21倍。如果大量的瓦斯排入大气，使地球表面余热通过大气层向宇宙空间散发的“热阻”增大，从而增强地球表面的温室效应，将导致全球变暖，破坏地球的生态环境。

1997年12月，通过了限制发达国家温室气体排放量以抑制全球变暖的《京都议定书》。《京都议定书》规定，到2010年，所有发达国家排放的二氧化碳等6种温室气体的数量，要比1990年减5.2%，发展中国家没有减排义务。2005年《京都议定书》正式生效。

2 煤矿气源情况

     煤矿对井下采用本煤层瓦斯预抽、掘进工作面条带瓦斯预抽以及采空区埋管抽放瓦斯的方式治理瓦斯，通过现有的地面抽采泵站输入发电机组；地面安装有4台水环式真空瓦斯抽放泵，型号均为2BEC52,电机功率为280kW，额定流量为235m³/min。

高负压瓦斯抽采系统抽采瓦斯浓度约40%，瓦斯标况纯量为18-20m3/min，低负压瓦斯抽采系统抽采瓦斯斯浓度约2%，瓦斯标况纯量为2m3/min。

3主要生产工艺及设备选型

3.1瓦斯输送系统

瓦斯输送采用低浓度瓦斯细水雾输送方式，输送管线从抽放站开始依次安装水封阻火器（抽放站侧）、母管过滤器、干式阻火器、湿式放散装置、细水雾发生器、水封阻火器（电站内）、湿式发散装置、电动放散装置、运行操作所需阀门，瓦斯气从母管进入各瓦斯发动机前需经脱水器脱水，并通过进气阀组后输送近瓦斯发电机组。

3.2 瓦斯发电机组选择

3.2.1设计依据

根据煤矿气源情况，将高、低负压抽采系统瓦斯掺混后混合瓦斯浓度约为19-20%，瓦斯标况纯量为20-22m3/min左右。可利用瓦斯纯量22m³/min，瓦斯浓度为20%。

3.2.2 发电机组选择计算

瓦斯发电机组燃气的消耗率按按10.5MJ/(kW.h）计算，每立方米纯瓦斯完全燃烧发热量35.19MJ/Nm3。预计瓦斯可发电功率为：

   P=22×60×35.19÷10.5=4424kw

3.2.3发电机组选择

根据计算的瓦斯可发电量，发电机组选用700kW低浓高压瓦斯发电机组，可安装6台700kW低浓高压瓦斯发电机组。

3.3 冷却系统及高温水利用

比较水冷和空冷方式优缺点，水冷方式耗水量较大。从目前已建成项目来看，水冷方式与风冷方式相比弊病甚多，主要有：（1）系统复杂，占地大，运营、维护工作量大；（2）水的消耗量大，并且受制于人；（3）水冷系统的水经长时间循环使用、浓缩，水与空气接触，水质变差，发动机的换热器容易结垢，影响发动机出力。而风冷闭式循环散热水箱冷却方式，原先考虑主要弊病就是耗电高、夏季散热效果差及噪音大，从目前已建成项目运行来看耗电高及夏季散热效果差并不十分突出。因此，本项目设计采用一对一、风冷闭式散热水箱冷却方式。

3.4软化水系统

冷却系统采用闭式循环风冷式散热水箱，布置在发电机房顶部，冷却介质选用软水。冷却系统配管采用一对一布置。

3.5控制系统

主要配置发电机组上位机监控系统以及细水雾输送监控系统。主要包含：工控机、打印机、报警装置、网络系统等。

3.6防雷接地

在瓦斯管道放散管附近布置1个避雷塔，避雷塔高度25m。要求防雷接地电阻不大于10欧姆。场区用60*6热镀锌扁钢形成电气设备接地网络，主要设备、导电建筑物、管道等与接地网作可靠接地连接，接地电阻不大于4Ω。

4发电电力使用情况

全矿用电负荷为3500kW-5500kW。电力接入朱家湾煤矿10kV配电室内10kV母线。煤矿正常生产时10kV一段负荷约为2200kW，10kV二段负荷约为3200kW，塘房东源35/10kV变电站10kV母线二段已接入云南东源镇雄煤业有限公司长岭煤矿瓦斯发电站，另朱家湾煤矿10kV一段会接入110kV赤水变，可通过110kV赤水变余电上网。朱家湾煤矿和长岭煤矿两座瓦斯发电站，发出的电最终并网后，用于两矿一厂生产用电使用，瓦斯发电网工电量占23.446%，长岭煤矿瓦斯发电站占43.501%，朱家湾煤矿瓦斯发电站占33.053%。

5经济效益创收

云南东源镇雄煤业有限公司朱家湾煤矿瓦斯发电项目于2022年11月5日开工建设，2023年6月30日建成6×700kW低浓高压瓦斯发电机组，并联网调试发电。

（1）机组年运行按5500小时计算，负荷按80%计算。

年发电量为：装机规模*运行负荷*年运行小时=4200kW*80%*5500小时=1848万度

（2）厂用电及上网线路线损：5%，年上网电量：1848*（1-5%）=1755.6万度。

（3）以目前煤矿与南方电网结算电价测算（按照平均电价0.55元/度），实际年产值为965.58万元。

另外煤矿还结合瓦斯发电机组余热利用，建设朱家湾煤矿职工澡堂供热系统。与原电磁加热相比，每年能减少电费12.6万元。

结束语

瓦斯发电既满足了矿井生产、生活用电，还做到了余电上网，不仅实现了抽采瓦斯零排放，减少废气排放量、余热回收，大大降低了生产成本。具有显著的环保效益和经济效益。瓦斯清洁能源利用，有力推进绿色低碳落地见效。为党的二十大、贯彻落实习近平新时代中国特色社会主义思想主题教育交上完美答卷。

参考文献：

彭红召，陈维益，等．矿井瓦斯发电问题探讨．中州煤炭，2012年第9期，总第201期.

[2]何付龙.夹河煤矿瓦斯发电项目的研究与实施。产业与科教论坛，2012年第11卷第24期.