贺西煤矿低浓度瓦斯发电实践

李日成

摘 要：贺西煤矿属突出矿井，瓦斯资源丰富，实施瓦斯发电项目，可达到节能降耗、保护环境的目的。瓦斯发电，不仅可以节约能源，减少污染，而且还可以为煤矿带来显著的经济效益。本文介绍了贺西煤矿瓦斯发电项目的运行情况、效益分析，以及对下一步瓦斯发电工作的思考。

关键词：瓦斯发电;余热;低浓度;节能减排;煤矿

中图分类号：TD712 文献标志码：B

煤炭在开采过程中会伴随着瓦斯的不断涌出，瓦斯的主要成分为甲烷，瓦斯爆炸是煤矿最严重的灾害，易造成群死群伤及大规模的经济损失。瓦斯如果空气中瓦斯的浓度在5.5%至16%时，有明火的情况下就能发生爆炸，瓦斯爆炸会产生高温、高压、冲击波，并放出有毒气体。一直以来，煤矿瓦斯被视为有害物质，均经抽采后直接排放。不仅造成环境污染，而且造成了资源浪费，一定程度上讲，井下瓦斯与煤同属不可再生资源。因此，瓦斯的综合利用势在必行[1，2]。

1 贺西煤矿简介

贺西煤矿隶属于山西汾西矿业（集团）有限责任公司，井田位于山西省河东煤田中段，离柳矿区西南部，距柳林县城东南15km左右，行政区划属吕梁市柳林县陈家湾乡。贺西煤矿井田面积18.908km2，批准开采3#、4#煤层，煤尘具有爆炸危险性，属Ⅲ类不易自燃;瓦斯等级为煤与瓦斯突出矿井，现矿井核定生产能力为300万吨/年，四采区设计生产能力150万吨/年。矿井可采煤层为3#、4#、8#上、8#、10#，批准开采煤层为3#、4#煤层。矿井绝对瓦斯涌出量为77.80m3/min，相对瓦斯涌出量为13.37m3/t，二氧化碳相对涌出量为1.28m3/t，绝对涌出量7.42m3/min。贺西煤矿3#、4#煤层自燃倾向性为Ⅲ类不易自燃;煤尘均具有爆炸性，水文地质类型为中等。矿井采用立井-斜井综合开拓方式;通风方式为“四进三回”，通风方法为机械抽出式;主运输方式采用胶带输送机;辅助材料运输采用无极绳绞车牵引矿车方式;人员运输采用架空乘人器。

2 瓦斯发电的优势

瓦斯发电较燃煤发电及其他形式的发电相比，有独特的优势，主要表现在：

（1）投资小，见效快，一般三年左右可收回投资成本，利用瓦斯发电，尤其是热电联产，具有很高的经济效益。

所利用原料是煤矿作为废气排放的瓦斯，与燃煤发电相比，无原料成本，发电成本低，在一定程度上减少了瓦斯对环境的影响[3，4]。

（2）瓦斯发电技术成熟、设备可靠，以贺西电站为例，在瓦斯输送方面采用了细水雾系统，保证了瓦斯传输中的安全，管道及机组多处安装有干式阻火器、水封式阻火器，为安全生产提供了保障。

（3）瓦斯发电组结构简单，规模小（以贺西电站为例，机组为集装箱式，便于运输、安装、搬迁），特别适合临近煤矿瓦抽站等地点使用。

（4）瓦斯发电耗气量大，耗气稳定，有利于开展CDM项目，争取国家补贴。

3 贺西煤矿瓦斯发电站

3.1 原理介绍

低浓度瓦斯发电系统是由发电机组、细水雾系统、阻火器、高压放散系统组成。其发电基本原理及流程为：瓦斯抽放站来气（瓦斯浓度低于30%）与细水雾混合，运输至机组前端，经过旋风重力式脱水机脱水，之后与空气混合，达到5-16%的浓度;顺序经过涡轮增压器、空气冷却器后，进入机组气缸;通过高压点火线圈促使火花塞点火，产生爆炸，推动活塞运转，通过轴联通发电机进行发电。尾气通过排气管经过余热锅炉后降低温度进行排放;余热锅炉经过热交换，加热水供澡堂及供暖。其中细水雾系统是瓦斯发电过程中最大的安全保证。低浓度瓦斯发电系统是可充分利用瓦斯产生的电能与热能，达到资源高效利用的目的[5，6]。

3.2 设备选型

贺西煤矿瓦斯发电站发电能力6*650KW，装机容量3900KW，余热锅炉规模为4*0.4MW，可利用余热量约为670KW/台。发电站主要设备选型如下：发电机组（650GF6-WK2E，GS-02控制系统，济柴）、发电机（JFG5004-676300柳州佳力）、余热锅炉（EGS3.0-0.8上海益格）、细水雾输送系统（细水雾系统胜动集团）、阻火器（WGZ-500胜动集团）。

3.3 瓦斯抽采利用

贺西煤矿生产能力300万吨/年，采用钻孔瓦斯抽放技术，前三年瓦斯发电站发发电量如下：1118.85万度、1139.41万度、475.42万度。

4 效益分析

4.1 经济效益分析

贺西煤矿低浓度瓦斯发电站建成后，每年可利用瓦斯約500万m³，发电量约1000WKWh，年供热约2.5×104 GJ，节约标煤量约850t/a。按照贺西煤矿电价0.75元/kw.h，低浓度瓦斯发电运行成本约0.02元/kw.h计算，发电部分可节约煤矿成本约730万元/年;瓦斯发电余热利用可节约标准煤约850吨/年，按照500元/吨计算，可节约成本约40万元/年。瓦斯综合利用属国家地方财政补贴项目，补贴200万元/年。综合分析瓦斯发电项目的投运和创造经济效益970万元/年。

4.2 社会效益分析

（1）贺西煤矿低浓度瓦斯发电利用井下抽放瓦斯，可有效减少大气中的瓦斯排放量，降低空气污染物含量，减少了因瓦斯抽排导致的环境污染。

（2）贺西煤矿低浓度瓦斯发电提供的热能折合标准煤量约850吨/年。对于煤炭这种不可再生资源的保护性利用有着重要的意义。尤其对现阶段限制煤炭供热的环境下，意义更加突出。

5 瓦斯发电下一步需思考的问题

（1）国外瓦斯发电机组虽然技术先进，质量可靠，但是单位千瓦投资过高，国内瓦斯发电机组生产厂家较少，产品单一。

（2）如何完善抽采技术，实现瓦斯的抽采最大化，气源的稳定输送，如何进一步提高瓦斯发电机组的可靠性，安全性。

（3）如何更好地将企业瓦斯发的电上网，打破只能企业自用的局限。

6 结论

贺西煤矿瓦斯发电站的投运不仅减少了空气中甲烷的排放，同时变害为宝，创造了经济效益970万元/年，同时瓦斯发电的余热可以供职工澡堂等使用，达到了进一步节能降耗的目的。瓦斯发电是煤矿瓦斯综合利用较好的方式，尤其是对于突出矿井，有着较好的经济效益和社会效益，同时在利用率、可靠性方面也有着很大的研究空间。

参考文献：

[1]张琦.西铭煤矿瓦斯发电项目研究分析[J].中国矿山工程，2018（12）：31-33.

[2]张晓红.瓦斯发电的前景分析[J].能源与节能，2017（03）：38-40.

[3]马建伟.浅析汾西矿业瓦斯利用现状与前景[J].山西焦煤科技，2017（09）：113-115.

[4]敬中兵，李乃涛，张松峰，李德山，张波善，周少明.宏发煤矿瓦斯发电站的建设与应用[J].内蒙古煤炭经济，2020（06）：133-134.

[5]李洪.煤矿瓦斯综合利用的实践与探索[J].中国煤层气，2006（03）：21-23.

[6]徐云飞.李阳煤业瓦斯综合利用的实践与探索[J]. 能源与节能，2021（03）：180-181.