学文网摘要：在煤矿通风瓦斯排放量大的矿井应用通风瓦斯氧化技术，对实现煤矿瓦斯零排放、推进煤矿节能减排工作具有重要的作用。文章概述了煤矿通风瓦斯氧化技术原理及大佛寺煤矿氧化装置基本情况，分析了氧化装置在实际运行过程中存在的问题，并提出了需要优化改进的方法。
关键词：煤矿开采；通风瓦斯；氧化装置；瓦斯排放量；节能减排 文献标识码：A
中***分类号：TD723 文章编号：1009-2374（2016）29-0130-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.29.059
1 概述
大佛寺煤矿风井广场目前有两套主扇乏风抽排系统，总乏风量约为960000m?/h，其中1#风井通风量为600000m?/h、2#风井通风量为360000m?/h；通风乏风瓦斯浓度0.15%，折合纯瓦斯量为1440m?/h。众所周知，大量的通风瓦斯如果长期直接排放到大气中，对空气质量会造成严重的污染，因此运行氧化装置销毁通风瓦斯是必要的，对于国家提出的节能减排意义重大。
2 煤矿通风瓦斯氧化技术原理
通风瓦斯（乏风）氧化装置主要是由固定式逆流氧化床和控制系统两部分构成。通过排气蓄热，进气预热，进排气交换逆循环，实现通风瓦斯周期性自热氧化反应。如***1为通风瓦斯氧化原理示意***：
氧化床用外部电源加热，创造一个甲烷氧化反应的环境（1000℃），通风瓦斯由引风机引入氧化床，氧化产热，排气侧固体蓄热，进气侧气体预热，由换向阀实现瓦斯逆流换向。通风瓦斯中的甲烷在氧化床氧化后，一部热量维持氧化反应的环境、多余部分的热量排出氧化床。氧化反应自动维持后，停掉外加热。
3 大佛寺煤矿氧化装置基本情况
2012年5月，大佛寺煤矿5台通风瓦斯（乏风）氧化装置投入运行，并于7月氧化装置并气并网发电，该项目是国内第一个瓦斯发电示范矿井。氧化装置型号为VAM60-IV，氧化装置处理能力为60000m?/h；氧化率：≥97%（额定工况下）；额定蒸汽压力为2.5MPa；过热蒸汽温度为320℃～400℃。该氧化装置在运行过程中对存在的安全问题进行了一系列整改，主要有配气系统的自动化改造、瓦斯***分析系统改造。
4 通风瓦斯氧化装置运行中存在的问题
氧化装置虽然解决了安全方面的问题，但通过长时间的运行，还存在以下问题：一是蒸汽温度运行在设计范围内的下限330℃；二是炉体结构紧凑，维修难度大；三是炉体加热接线部分封闭不严密，造成前端防护钢板变形。
根据氧化装置上述问题，具体分析如下：一是蒸汽温度达不到汽轮机组额定运行温度400℃，虽然能够满足汽轮机发电运行，但发电效率不高。氧化装置实际的饱和蒸汽流量为3t/h，而设计流量为4.143t/h，因此需要提高氧化装置的蒸汽流量；二是炉体结构紧密，大修成本高。由于锅炉是一体化结构，大修锅炉时，施工顺序为导风罩、布置风流的帆布、蓄热陶瓷、换热器，几乎由里向外全部解体，工作量较大、维修成本较高；三是炉体加热部分运行费用较大。对加热部分改造，由于锅炉在运行过程，电阻丝会一直处于受热状态，时间长了会老化，失去柔性，在锅炉停炉后全部断裂，无法使用。每台炉使用电阻丝共计27根，每根电阻丝造价约3000元左右，启动一次锅炉电阻丝就要8万元，人工费及其他费用预计为3万元，共11万元，每年按计划停炉检修两次电阻丝，仅此项费用单台氧化装置就需要22万元。
5 对氧化装置本体的优化改进
5.1 对炉体内换热器的改造
对炉体换热器的改造，主要是为了提高氧化装置给水蒸发量，增加饱和蒸汽的流量，通常有两种方法：一种是更换换热器的钢管，改变管径；另一种是在换热器的管子上增加换热片。第一种费用较高，工程量大；第二种费用低，工程量小。建议使用第二种方法。
5.2 对炉体结构的改造
建议考虑两种方案：一种是对本体结构进行模块化设计，优化设计结构，方便拆卸，便于对锅炉的日常检修和锅炉的定期质量检验；另一种可以考虑氧化部分和锅炉分离设计，就是在氧化室内对混合瓦斯进行高温氧化，高温烟气进入锅炉换热器进行热量置换。目前德国艾森曼公司设计研制的氧化装置+余热锅炉，通风瓦斯掺混低浓度瓦斯后浓度最高到1.15%，可处理风量94000m?/h，氧化后产生900℃的高温热空气。热空气进入余热锅炉可生产温度400℃、压力2.5MPa的蒸汽，蒸汽量约6t/h。该氧化装置+余热锅炉目前正处于试验阶段，氧化部分（RTO）运行稳定。***2为氧化装置+余热锅炉系统示意***：
5.3 对炉体加热部分电阻丝改进的方法
为了延长炉体加热部分的电阻丝寿命，在电阻丝上均匀喷洒玻璃粉，增加电阻丝的柔韧性，通过具体实施起到了良好的效果，延长了电阻丝的使用寿命。
6 结语
一是通过对氧化装置存在问题的改造，提高了运行效率、延长了运行周期、降低了运行成本；二是通过对煤矿通风瓦斯氧化装置部分系统的不断优化设计，使得通风瓦斯氧化装置在实际运行中更加安全可靠，同时也保障了煤矿通风系统的安全；三是在煤矿通风瓦斯排放量大的矿井应用通风瓦斯氧化技术，对实现煤矿瓦斯零排放、推进煤矿节能减排工作意义重大。
参考文献
[1] 马小钟.大佛寺煤矿瓦斯氧化工程应用安全措施[J].矿业安全与环保，2013，40（2）.
[2] 田涛.通风瓦斯（乏风）氧化装置危险点分析及防范[J].陕西煤炭，2015，（5）.
作者简介：张治仓（1969-），男，陕西咸阳人，陕西新泰能源有限公司总经理，高级工程师，在读MBA，研究方向：煤矿机电设备制造、煤层气开发及利用。
转载请注明出处学文网 » 煤矿通风瓦斯(乏风)氧化技术应用实践