第十三篇瓦斯利用.docx
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第十三篇瓦斯利用
第十三篇瓦斯利用
新维矿属煤与瓦斯突出矿井，煤层瓦斯含量高、瓦斯压力大，随着矿井开采加深，瓦斯涌出量也将随之增加。
煤矿瓦斯是一种优质清洁能源，利用抽出瓦斯作居民生活燃料、供热和发电，既能保证矿井的安全生产，又可减少环境污染，改善居民生活条件，提高生活水平。
第一章瓦斯利用的工程意义
一、合理开发充分利用矿山资源，节约能源保护环境
煤矿瓦斯是一种富含甲烷（CH4）的优质能源，是《京都议定书》明确的六种温室气体之一。
其温室效应远高于二氧化碳，还具有破坏地球大气臭氧层作用。
初步测算，以新维矿井年抽采30.4Mm3矿井瓦斯为例，如不利用而将其排空，按温室效应折算二氧化碳当量约为410kt，将对大气环境造成一定污染。
另一方面，从节约能源的意义上看，大量优质煤矿瓦斯排入大气，也是一种能源的浪费。
本矿井每年抽采30.4Mm3矿井瓦斯，如不利用而将其排空，相当于损失约350kt标准煤，可见，利用瓦斯既可以减轻对大气的污染，又具有较好的节能效益。
二、加强矿井瓦斯开采利用的科学管理，保证煤矿生产安全，促进煤矿瓦斯产业发展
为保证生产安全而抽采瓦斯，其抽采量决定于矿井的煤炭产量。
如果将矿井瓦斯用于发电和供热，将从根本上改变矿井瓦斯的抽采格局——变单纯为煤炭生产安全而被动抽采为煤和瓦斯的一体化开采，从而为促进矿井瓦斯开发利用的产业化创造条件。
另一方面，瓦斯利用工程建成后，作为煤矿资源综合利用项目的一个气源，必须稳定可靠地向其承担的用户供气。
这就要求新维矿井不断加强矿井瓦斯的开发和有效利用，做好矿井瓦斯抽采和利用系统各个环节的技术管理和生产、经营及用户管理，包括井下抽采工程的接续、地面抽采设备和管道的维护、地面利用系统的管网和储气及调压计量设施的有效工作，减少浪费，将抽采的瓦斯送到各个用户。
三、贯彻国家的有关政策
自我国政府1998年5月签署并于2002年8月核准《京都议定书》以来，随着现代化建设的的快速发展，每年因采煤向大气排放大量的甲烷，已经引起国际社会的普遍关注，我国政府正积极采取有力的政策措施加快煤矿瓦斯抽采利用。
另从煤炭企业自身的生存和发展来看，加强矿井瓦斯开发利用也势在必行。
《国办发〖2006〗第47号》、国家发改委（发改能源【2007】721号）及（发改价格【2006】7号）、财政部 国家税务总局（财税【2007】16号）、以及中华人民共和国安全生产行业标准《煤矿瓦斯抽采基本指标》（AQ1026-2006）等均明确规定，我国煤矿将实行采煤采气一体化，必须先抽后采，使吨煤瓦斯含量降到（AQ1026-2006）规定标准以下才允许开采。
国家鼓励和扶持开发利用煤矿瓦斯，对超标排放矿井瓦斯将进行惩罚。
我国煤矿自由、无序排放瓦斯的状况，必将随着上述政策的贯彻实施，逐步变为制度化的自觉的企业行为。
四、矿井供电的需要
新维矿井设计主电源来自国家电网。
根据矿井设计，生产能力达到1800kt/a时，矿井用电负荷有功功率为12693.93kW，视在功率为13833.93kVA，年耗电量为4509.52×104Kw.h。
本矿井瓦斯电站建成后，可为矿井提供12MW的第二电源，可满足矿井用电负荷的80%左右，并将为矿井的进一步发展补充动力。
综上所述，无论从节约能源保护环境，或者扩大供电需求来看，建设矿井瓦斯电站都是十分必要的。
第二章 瓦斯资源及其分配平衡
第一节 瓦斯资源
一、瓦斯含量及瓦斯梯度
（一）维新井
1．煤层瓦斯含量
维新井井田范围内主要可采3、7、8号煤层+100m、-25m、-200m水平的瓦斯含量分别为：
3号煤层16.02～20.04～30.47m3/t，平均22.18m3/t；7号煤层15.87～26.20～40.68m3/t，平均27.58m3/t；8号煤层16.40～26.03～39.50m3/t，m3/t，平均27.31m3/t。
2．瓦斯梯度
各煤层对应的瓦斯梯度分别为：
3号煤层20.77m/m3/t；7号煤层12.1m/m3/t；8号煤层12.99m/m3/t。
（二）新场井
1．煤层瓦斯含量
新场井井田范围内主要可采2、3、7、8号煤层，第一水平的瓦斯含量分别为：
2号煤层3.905～13.588m3/t，平均8.743m3/t；3号煤层1.855～10.038m3/t，平均6.78m3/t；7号煤层3.316～12.597m3/t，平均8.611m3/t；8号煤层之一、二10.519～12.97m3/t，m3/t，平均11.205m3/t。
8号煤层4.657～15.219，平均9.754m3/t。
2．瓦斯梯度趋势
各煤层同一煤层瓦斯含量随埋藏深度增加而大致呈线性增加。
二、瓦斯涌出量
（一）维新井
采用抚顺煤科分院方法，预测+100m水平各采掘工作面瓦斯涌出量及全井瓦斯涌出量结果如表13-2-1。
表13-2-1维新井+100m水平瓦斯涌出量预测
工作面
编号
采掘
分类
工作面涌出量
本层、下邻近层相对瓦斯涌出量及所占百分比
绝对量
（m3/min）
相对量
（m3/t）
本煤层
（m3/t）
百分比
（%）
上邻层
（m3/t）
百分比
（%）
下邻层
（m3/t）
百分比
（%）
3107
高档
16.38
33.98
13.48
39.7
20.50
60.3
3108
高档
15.12
31.38
13.48
43.0
17.90
57.0
8101
综采
39.20
24.84
13.89
55.9
10.95
44.1
掘4,5,6
普掘
3×1.81
掘7
普掘
5.53
掘8
普掘
3.80
合计
矿井相对瓦斯涌出量为：
38.42m3/t，绝对瓦斯涌出量为：
102.55m3/min
（二）新场井
采用抚顺煤科分院方法，预测达产时第一水平各采掘工作面瓦斯涌出量及全井瓦斯涌出量结果如表13-2-2。
表13-2-2 新场矿井第一水平达产时瓦斯涌出量预测
工作面
编号
采掘
分类
工作面涌出量
本层、下邻近层相对瓦斯涌出量及所占百分比
绝对量
（m3/min）
相对量
（m3/t）
本煤层
（m3/t）
百分比
（%）
上邻层
（m3/t）
百分比
（%）
下邻层
（m3/t）
百分比
（%）
2102
高档
14.44
23.91
7.9451
33.2
15.97
66.8
2108
高档
14.34
23.91
7.9451
33.2
15.97
66.8
掘1,3
普掘
2×1.72
合计
矿井相对瓦斯涌出量为：
31.86m3/t，绝对瓦斯涌出量为：
40.23m3/min
三、矿井瓦斯等级
1．维新井
从表13-2-1可知，从瓦斯涌出量大小来看维新矿井为高瓦斯矿井。
但根据精查地质报告，3号煤无突出倾向；7号煤一般无突出倾向；而8号煤则有突出倾向，甚有严重突出倾向。
因此，本矿井为煤与瓦斯突出矿井。
2．新场井
从表13-2-2可知，矿井相对瓦斯涌出量为31.86m3/t，绝对瓦斯涌出量为40.23m3/min，由此说明新场矿井瓦斯涌出量大。
但根据新维井田精查地质报告结论，3号煤无突出倾向，7号煤一般无突出倾向，而8号煤则有突出倾向，甚有严重突出倾向。
因此，本井为煤与瓦斯突出矿井。
第二节 瓦斯储量、可抽采量及服务年限
一、瓦斯储量及可抽采量
根据新维矿井瓦斯抽采设计计算，新维矿井瓦斯地质储量约50亿m3，可抽瓦斯量约20亿m3（纯瓦斯CH4：
100%），瓦斯资源非常丰富。
二、瓦斯抽采量
对应新维矿井设计生产能力1800kt/a，瓦斯抽采设计规模：
矿井合计57.87m3/min（纯瓦斯CH4：
100%），混合瓦斯，144.675m3/min（CH4：
40%）。
三、瓦斯抽采服务年限
按新维矿井达到设计生产能力1800Kt/a时，抽采纯瓦斯57.87m3/min计算，其服务年限与矿井生产同步，为65.75a。
其中维新井为37.3m3/min（纯瓦斯CH4：
100%），混合瓦斯抽采量为93.3m3/min（CH4：
40%）。
其服务年限在65a以上；新场井为20.57m3/min（纯瓦斯CH4：
100%），混合瓦斯（CH4：
40%）抽采量为51.43m3/min。
其服务年限也在65a以上。
第三节矿井瓦斯抽采量的分配平衡
一、两井分别平衡
在两井达产1800Kt/a后，正常年维新井抽采纯瓦斯37.3m3/min（CH4：
100%），混合瓦斯抽采量为93.25m3/min（CH4：
40%）；新场井抽采纯瓦斯20.75m3/min（CH4：
100%），混合瓦斯抽采量为51.43m3/min（CH4：
40%）基础上，作为计划分配的基数，按照“发电为主，富余民用”的原则进行平衡。
考虑的要点：
⑴瓦斯富余量的计算，以保证电站设计规模12×1.0MW所需矿井瓦斯量为依据，且与瓦斯电站的建设期相对应；
⑵发电富余的瓦斯，直接供应矿井和新场镇民用；
⑶为便于研究，先按预选国产（济柴）机组12×1000GF-WK的技术参数进行矿井瓦斯抽采量的衡算；
⑷当国产（济柴）机组耗气量不能同时满足同等发电规模和民用规模要求时，则按进口（GE颜巴赫）机组12×J320GS的技术参数进行矿井瓦斯抽采量的衡算。
１、维新井瓦斯抽采量分配平衡
根据以上考虑，按维新井达到1200kt/a生产能力、瓦斯抽采稳定在37.3m3/min纯瓦斯（CH4：
100%），即93.25m3/min混合瓦斯（CH4：
40%），基础上进行的气量分配平衡分别如表13-2-3及表13-2-4。
从上表可知，按7000kW发电规模、不供锅炉平衡结果，年平均小时及年平均日的瓦斯抽采量基本满足发电和供热要求，但小时剩余气量仅271m3（CH4：
100%），只能满足6500户居民生活用气，日剩余气量仅6504m3（CH4：
100%），也只能满足6500户居民生活用气，而且小时和日用气量都还没有考虑不可预见量；表13-2-3维新井纯瓦斯气量分配平衡表（CH4：
100%）
项目
用户类别
年均小时用气（m3/h）
年均日用气（m3/d）
年用气（104m3/a）
比例
（%）
收入
维新井瓦斯抽采量
2238.00m3/h53712m3/d,
1960.49×104m3/a
100
支出
（耗气量）
1
发电与余热利用
1967.0
47208.0
1416.24
72.24
2
居民生活
271
6504.0
243.35
12.41
3
其它
202.88
10.35
4
未预见量5%
0
0
98.02
5.0
5
合计
2238.0
53712.0
1960.49
100
注：
按7台1000kW发电机组年运行300d（7200h）、不供锅炉计算。
表13-2-4维新井混合瓦斯气量分配平衡表（CH4：
40%）
项目
用户类别
年均小时用气（m3/h）
年均日用气（m3/d）
年用气（104m3/a）
比例
（%）
收入
维新井瓦斯抽采量
5595.0m3/h,134280.0m3/d,
4901.22×104m3/a
100
支出
（耗气量）
1
发电与余热利用
4917.5
118020.0
3540.6
72.24
2
居民生活
677.5
16260.0
608.37
12.41
3
其它
507.2
10.35
4
未预见量5%
0
0
245.05
5.0
5
合计
5595.0
134280.0
4901.22
100
注：
①发电按7台1000GF-WK机组总容量7000kw。
②不供锅炉。
当考虑5%不可预见量后，年抽采瓦斯满足发电（7.0MW）和6667户居民生活用气后，尚有约4.4M万m3（纯CH4：
100%）或11Mm3（混CH4：
40%）的富余量，但难以做其他用途（因小时和日抽采瓦斯量均基本满足发电而没有富余）。
2、新场井瓦斯抽采量分配平衡
按新场井达到600kt/a生产能力、瓦斯抽采稳定在20.57m3/min纯瓦斯（CH4：
100%），即51.43m3/min混合瓦斯（CH4：
40%），基础上进行的气量分配平衡分别如表13-2-5及表13-2-6。
从上表可知，按4000kW发电规模、不供锅炉平衡结果，年平均小时及年平均日的瓦斯抽采量基本满足发电和供热要求，但小时剩余气量仅110m3（CH4：
100%），只能满足2600户居民生活用气，日剩表13-2-5新场井纯瓦斯气量分配平衡表（CH4：
100%）
项目
用户类别
年均小时用气（m3/h）
年均日用气
（m3/d）
年用气（104m3/a）
比例
（%）
收入
新场井瓦斯抽采量
1234.2m3/h29620.8m3/d,
1081.16×104m3/a
100
支出
（耗气量）
1
发电与余热利用
1124.0
26976.0
809.28
74.85
2
居民生活
110.0
2644.8
239.45
22.15
3
其它
4
未预见量3%
0
0
32.43
3.0
5
合计
1234.0
29620.8
1081.16
100
注：
按4台1000KW发电机组年运行7200h（300d）、不供锅炉计算。
表13-2-6新场井混合瓦斯气量分配平衡表（CH4：
40%）
项目
用户类别
年均小时
用气（m3/h）
年均日用气
（m3/d）
年用气（104m3/a）
比例
（%）
收入
新场井瓦斯抽采量
3085.5m3/h74052.0m3/d,
2702.9×104m3/a
100
支出
1
发电与余热利用
2810.0
67440.0
2023.2
74.85
（耗气量）
2
居民生活
275.5
6612.0
598.63
22.15
3
其它
4
未预见量3%
0
0
32.43
3.0
5
合计
3085.5
74052.0
2702.9
100
注：
①发电按4台1000GF-WK机组总容量4000kw。
②不供锅炉。
余气量仅2644m3（CH4：
100%），也只能满足2600户居民生活用气，而且小时和日用气量都还没有考虑不可预见量；当考虑3%不可预见量后，年抽采瓦斯满足发电（4.0MW）后，只有239.45万m3（纯CH4：
100%）或598.63万m3（混CH4：
40%）的富余量，也只能满足6500户居民生活用气而没有富余，比维新井情况还差一些。
另一个问题是，两井分别平衡结果，只能7＋4=11台机组发电，总规模为7.0＋4.0=11.0MW。
可见分别平衡（发电）比预计的发电量要少一些，也达不到原总体规划的发电规模（7×1.7=11.9MW）。
二、两井合并平衡
在维新、新场两井合并达产1800kt/a后，正常年两井合并共抽采纯瓦斯57.87m3/min（CH4：
100%）、混合瓦斯144.675m3/min（CH4：
40%）基础上，作为计划分配的基数，按照“发电为主，富余民用”的原则进行平衡。
考虑的要点同前。
平衡结果分别如表13-2-7及表13-2-8。
表13-2-7两井纯瓦斯气量分配平衡表（CH4：
100%）
项目
用户类别
年均小时用气（m3/h）
年均日用气（m3/d）
年用气（104m3/a）
比例
（%）
收入
矿井瓦斯抽采量
3472.2m3/h83332.8m3/d,
3041.65×104m3/a
100
支出
（耗气量）
1
发电与余热利用
3372
80928
2427.84
79.82
2
居民生活
100.2
2404.8
243.35
8.00
3
其它
218.38
7.18
4
未预见量5%
0
0
152.08
5.00
5
合计
3472.2
83332.8
3041.65
100
注：
按12台1000kW发电机组年运行300d（7200h）、不供锅炉计算。
表13-2-8两井混合瓦斯气量分配平衡表（CH4：
40%）
项目
用户类别
年均小时用气（m3/h）
年均日用气
（m3/d）
年用气（104m3/a）
比例
（%）
收入
矿井瓦斯抽采量
8680.5m3/h,208332.0m3/d,
7604.12×104m3/a
100
支出
（耗气量）
1
发电与余热利用
8430.0
202320.0
6069.6
79.82
2
居民生活
250.5
6012.0
608.38
8.00
3
其它
545.94
7.18
4
未预见量5%
0
0
380.2
5.00
5
合计
8680.5
208332.0
7604.12
100
注：
①发电按12台1000GF-WK机组总容量12000kw。
②不供锅炉计算。
从上表可知，按12000kW发电规模、不供锅炉平衡结果，年平均小时及年平均日的纯瓦斯抽采量基本满足发电和供热要求，但小时剩余气量仅100.2m3（CH4：
100%），只够2400户居民生活用气，日剩余气量仅2404.8m3（CH4：
100%），也只够2400户居民生活用气，而且小时和日用气量都还没有考虑不可预见量；当考虑5%不可预见量后，年抽采瓦斯满足发电（12.0MW）和6667户居民生活用气后，尚有约200万m3（纯）或500万m3（混CH4：
40%）富余气量，但仍然难以做其他用途—因小时和日抽采瓦斯量均基本满足发电而没有富余。
三、两井合并平衡（按进口GE颜巴赫机组12×J320GS）
在维新、新场两井合并达产1800kt/a后，正常年两井合并共抽采纯瓦斯57.87m3/min（CH4：
100%）、混合瓦斯144.675m3/min（CH4：
40%）基础上，作为计划分配的基数，按照“发电为主，富余民用”的原则进行平衡。
考虑的要点同前。
平衡结果分别如表13-2-9及表13-2-10。
表13-2-9两井纯瓦斯气量分配平衡表（CH4：
100%）
项目
用户类别
年均小时用气（m3/h）
年均日用气（m3/d）
年用气（104m3/a）
比例
（%）
收入
矿井瓦斯抽采量
3472.2m3/h83332.8m3/d,
3041.65×104m3/a
100
支出
（耗气量）
1
发电与余热利用
3360.54
80652.90
2419.59
79.55
2
居民生活
111.66
2679.9
243.35
8.00
3
其它
226.63
7.45
4
未预见量5%
0
0
152.08
5.00
5
合计
3472.2
83332.8
3041.65
100
注：
按12台1064kW发电机组年运行300d（7200h）、不供锅炉计算。
表13-2-10两井混合瓦斯气量分配平衡表（CH4：
40%）
项目
用户类别
年均小时用气（m3/h）
年均日用气（m3/d）
年用气（104m3/a）
比例
（%）
收入
矿井瓦斯抽采量
8680.5m3/h,208332.0m3/d,
7604.12×104m3/a
100
支出
（耗气量）
1
发电与余热利用
8401.35
201632.4
6048.98
79.55
2
居民生活
279.15
6699.75
608.37
8.00
3
其它
566.57
7.45
4
未预见量5%
0
0
380.2
5.00
5
合计
8680.5
208332.0
7604.12
100
注：
①发电按12台JGS320GS-N．L机组总容量12750kw。
②不供锅炉计算。
从上表可知，按12750KW发电规模、不供锅炉平衡结果，年平均小时及年平均日的纯瓦斯抽采量基本满足发电和供热要求，但小时剩余气量仅100.2m3（CH4：
100%），只够2400户居民生活用气，日剩余气量仅2404.8m3（CH4：
100%），也只够2400户居民生活用气，而且小时和日用气量都还没有考虑不可预见量；当考虑5%不可预见量后，年抽采瓦斯满足发电（12.0MW）和6667户居民生活用气后，尚有约200万m3（纯）或500万m3（混CH4：
40%）富余气量，但仍然难以做其他用途——因小时和日抽采瓦斯量均基本满足发电而没有富余。
第三章 建设规模及建设工期
一、建设规模的确定
矿井瓦斯电厂的建设规模，根据燃料气源供应能力、矿井用电负荷、资金条件及业主建设计划等因素综合确定。
⑴燃料供应能力
根据瓦斯气量平衡结果，按矿井计划达产1800kt/a后，瓦斯抽采能力共57.87m3/min纯瓦斯（CH4：
100%），即144.675m3/min混合瓦斯（CH4：
42.5%）计算，每年发电7344×104Kwh，需要纯瓦斯2427.84×104m3/a，混合瓦斯6069.6×104m3/a，占年抽采量的79.82%，瓦斯抽采量满足要求。
⑵矿井用电负荷
矿井计划达产1800kt/a规模时的用电负荷：
全矿总有功功率：
12693.93Kw，
全矿总（补偿后）总视在功率：
13833.93kW
⑶建设规模
根据以上建设条件，综合确定瓦斯电站建设规模为12×1.0MW。
二、建设工期
本瓦斯电站建设工期，对应矿井建设进度安排，逐步形成12.0MW规模（对应矿井1800kt／a生产能力）。
第四章 工艺技术方案及工程内容
一、热力系统：
（一）环境条件
本瓦斯电站场地标高约+460m，该区属亚热带气候，气候温和湿润，雨量充沛。
冬季多雨多雾，冬末有小雪，偶见冰冻。
历年最高气温39.6℃，最低气温-2.3℃。
全年多北风，风力一般3～5级，最大可达8级以上。
年平均风速1.0m/s，最大风速达20m/s以上。
根据四川省地震局资料，本区地震基本烈度为6度。
（二）系统构成及工作原理
⑴系统构成
初步拟订本电站的热力系统为简单循环发电加余热回收利用系统。
⑵系统工作原理
从矿井瓦斯抽采站送来的瓦斯进入电站30000m3气柜，经燃料供给系统脱水、净化后，送到内燃机的燃气组件，经涡轮机增压至0.3～0.4MPa，与助燃空气同入予燃室喷燃，形成高温高压燃气推动燃气内燃机活塞作功驱动同轴发电机发电。
其高温排气（满负荷状态下可达650oC），可引入排气换热器回收余热后，冷却到150oC左右通过排气消声器经烟囱排入大气。
当不回收排气余热时，可将高温排气通过冷却塔降温后排入大气。
与此同时，与排气换
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