煤礦瓦斯利用節(jié)能減排量化計算方法

1、第 0 7 期 S h a n d o n gI n d u s t r i a lT e c h n o l o g y山東 工 業(yè) 技 術(shù) 2 0 1 4 正煤礦瓦斯利用節(jié)能減排量化計算方法 王 君杰 ( 煤炭工業(yè)合肥設(shè)計研 究院 ， 安徽 合肥 2 3 0 0 4 1 )【 摘 要 】 本文論述 了煤礦瓦斯利用的必要性 ， 介 紹了瓦斯綜合利用的主要途徑 ， 結(jié)合 某一礦 區(qū)的瓦斯 綜合利 用項 目的實際情況 ， 對該礦 區(qū)的

2、瓦斯利用項 目的節(jié)能和減排的具體效果進行 了詳 細的量化分析計算 。從 中可以看 出瓦斯綜合 利用對環(huán)境保護 以及 經(jīng)濟效益有著重 大影響 ?！?關(guān)鍵詞 】 瓦斯利用 ； 節(jié)能減排 ； 量化 計算 1煤礦瓦斯利用的必要性 煤礦瓦斯的主要成份為甲烷( c H 4 ) 。 是煤 的共伴生資源。 它既是威 脅煤礦安全生產(chǎn) 的氣體 ． 又是可直接應(yīng)用的潔凈能源和優(yōu) 良的化工原 料 其濃度達 9 5 ％時．熱值為 8 0 0 0 ～ 9 0 0

3、0 k c a l ／ m。每 1 0 0 0 m濃度為 9 5 ％的煤層氣相當(dāng)于 1 噸輕油和 1 ． 5噸標煤 煤層氣作為原料可加工 合成+ 氨 、 甲醇 、 乙炔 、 氫氣 、 炭黑等 2 O 余種化工產(chǎn)品。 目 前 世界發(fā) 達國家 生產(chǎn)合 成氨用天然氣 ( 主要成份 為甲烷 ， 和煤層氣 的主要成份基本 相 同) 為原料 的約占 7 6 ％． 生產(chǎn) 甲醇占 8 0 ％。我國是一個 產(chǎn)煤大 國． 礦井瓦斯是煤礦安 全生 產(chǎn)的最大隱

4、患 。國 家對煤礦 瓦斯抽采工作非常重視， 將其作為治理瓦斯 的根本措施， 提出了“ 先抽后采 、 能抽盡抽 、 以用促抽 ” 的十二字方針 ， 并制訂 了《 煤礦 瓦 斯抽采基本指標》 等一 系列標準和法規(guī) ， 加大 了瓦斯 抽采工作 的力 度，煤礦瓦斯抽采量逐年大 幅度增加 。我國煤礦瓦斯排放量居世界首 位，大量的瓦斯排放不僅浪 費了寶 貴的清潔能源， 同時也加重 了全球 溫室 效應(yīng) 的影 響 因此 ． 結(jié)合我 國煤礦瓦斯 的排放特

5、點。 從技術(shù)及經(jīng) 濟角度 研 究適宜的瓦斯利用技術(shù) ． 對 加強我國煤礦抽放瓦斯和風(fēng)排瓦斯 的資 源化利用， 具有 十分的重 要意 義 2 煤礦瓦斯利用的主要技術(shù)途徑 煤礦瓦斯綜 合利用 目 前 的主要方式有 ： 瓦斯發(fā) 電、 瓦斯鍋爐與瓦 斯 民用燃氣 。瓦斯發(fā) 電 ： 通過瓦斯燃 燒將 其熱能轉(zhuǎn)換 成電能 ， 因為對瓦斯質(zhì)量 要求不高 ， 投資小 ， 見效快 ， 裝機靈活 ， 技術(shù)可靠 ， 已成為煤礦瓦斯利用 的一種主要方式 。瓦斯

6、鍋爐 ： 通過對一些老 舊鏈條燃煤鍋爐進行改造 ， 如拆除煤斗 、鏈條爐排上鋪設(shè)耐火磚 、 拆除除渣機 、 更換鼓 風(fēng)機和改造爐拱等 。 將原 鏈條燃煤鍋爐改造成為瓦斯鍋爐 瓦斯 民用燃 氣 ： 在高濃度瓦斯 ( ≥3 O ％) 氣源的氣量和氣壓穩(wěn)定 的 礦 區(qū)， 且有完善 的氣體存儲和輸送設(shè)施 ， 周邊有合適 的燃氣用戶 ， 該 瓦 斯 可直接作 為民用燃氣輸送至用戶端 本文根據(jù)某礦 區(qū)各礦井一年 內(nèi)瓦斯抽采及擬建項 目利用情況 ．

7、預(yù) 計本次瓦斯綜合利用節(jié)能項目建設(shè)完成后． 該礦區(qū)年利用瓦斯總量將 為 2 8 0 0 萬 m( 純量) 。 其中瓦斯發(fā) 電為 2 0 0 0 萬 m 3 ( 純量) ． 瓦斯鍋 爐為 8 O 萬 m ] ( 純量) ， 瓦斯燃 氣為 7 2 0 萬 I n( 純量) 。 本文將以這些數(shù)據(jù)為基 礎(chǔ) ． 對該礦 區(qū)瓦斯綜合利用項 目的節(jié)能減排效果進行量化分析 節(jié) 能 量化分析最終 以節(jié)約標準煤為指標 ． 而減排量化分析最終 以減排 C

8、0 2總量 為標準 ． 并折算至 申請 C D M項 目 補助標準 3 節(jié)能減排量化計算 3 ． 1 節(jié)能量化計算 3 ． 1 ． 1 瓦斯 發(fā)電節(jié) 能量化計算 1 m( 純 量 ) 瓦 斯 理 論 發(fā) 電 量 為 ： d l = 號 Lt =× 3 0 ％ = 3 ． 0 6公式 中各符 號意義 為：Q 。 —— 1 m( 純量 ) 瓦斯發(fā)熱值 ( k j ) ； q — l k wh電所含能量( k j ) ；p—— 瓦斯

9、發(fā) 電機組平均效率 ； d l —— 1 m( 純量 ) 瓦斯 理論 發(fā)電量 ( k Wh ) 。由于 瓦斯抽 采量 和濃 度 的波動較 大 以及 電 網(wǎng)損耗 ．導(dǎo) 致 瓦斯 發(fā) 電機組 效率 下 降 。因此 。 根 據(jù)經(jīng) 驗 ， 1 m ， ( 純 量 ) 瓦斯 實 際 發(fā) 電量 為 D = 2 ． 8 k Wh 。因此 ， 該 礦區(qū)瓦斯 發(fā)電項 目 建成后 ， 預(yù)計年收人 電量為 ：W= S l x D ( 1 - ／ 3 @ =

10、2 0 0 0 ~ 2 ． 8 x ( 1 — 5 ％ ) = 5 3 2 0公式中各符 號意義 為：9 4I 山東工業(yè) 技術(shù) IS h a n d o n gI n d u s t r i a lT e c h n o l o g yS——預(yù)計瓦斯 發(fā)電項 目年利用瓦斯量 ( 萬 i n) ； D 一 1 r n 3 ( 純量 )瓦斯 實際發(fā) 電量 ( k Wh ) ：B 廠 瓦斯發(fā) 電機組 自用電 比例 ； w——預(yù)計 年收入 電

11、量 為 ( 萬 k W h ) 。而 l k g 標 準 煤 發(fā) 電 量 為 ： d涵 =} × 3 5 ％ = 2 ． 8 4公式 中各符 號意義 為 ：Q 廣 _ 1 k g 標準煤發(fā)熱值 ( k j ) ； q —— 1 k wh 電所含能量( k j ) ；B ， —— ： ． 1 ( 力發(fā) 電機組平均效率 ； d 廠 _ 1 k g 標準煤發(fā) 電量 ( k Wh ) 。因此 ． 該礦區(qū)瓦斯 發(fā)電項 目 年節(jié)約標準煤量

12、為 ：M ：：：1 8 7 3 2( 1 2／ · 6 斗 公式 中各符號意義為 ：w_ 預(yù)計 年 收入 電量 為 ( 萬 k W h ) ． d 廠 l k g 標 準 煤發(fā) 電量 ( k W h ) ； Mr _ _ 瓦斯發(fā) 電項 目年節(jié)約標準煤量( t ) 。根據(jù) 以上計算 ． 該礦區(qū)瓦斯發(fā) 電項 目 年節(jié)約標準煤將達 1 8 7 3 2 t 。3 ． 2 瓦斯鍋爐節(jié)能量化計算 預(yù)計該礦 區(qū)燃煤鍋爐改造為瓦斯鍋爐項 目

13、完成后 ， 瓦斯鍋 爐年消耗 瓦斯量 為 8 O 萬 m 3 ( 純量) 。根據(jù)燃煤鍋爐及瓦斯鍋爐特點 ， 改造后 ，由熱量平衡可計算 出年節(jié)約標準煤量為 ：： —3 6 7 8 4 x8 0x— 1 0x8 5％ ： 1 2 2 0? O 2 × ∞22 9 2 88 x 70 ％ 公式 中各符號 意義為 ：Q— —1m ] ( 純量 ) 瓦斯發(fā)熱值 ( k j ) ； Q r — l k g 標 準煤發(fā)熱值 ( k j

14、) ；S 廣 _ 預(yù)計瓦斯鍋爐項 目年利用瓦斯量 ( 萬 r n 3 ) ；。 — —瓦斯鍋爐 燃 燒熱效率 ：T 1 廣—_ 燃煤鍋 爐燃 燒熱效率 ； M r _ - 瓦斯鍋爐項 目 年節(jié) 約標 準煤 量( 1 ) 。根據(jù)以上計算 ． 該礦 區(qū)瓦斯發(fā) 電項 目年節(jié)約標準煤將達到 1 2 2 0 t 。3 ． 3 瓦斯民用燃氣節(jié)能量化計算 預(yù)計該礦 區(qū)瓦斯 民用燃氣項 目 建設(shè) 完成后 ． 年消耗 瓦斯 量為 7 2 0萬 m 3 (

15、 純量 ) 。根據(jù)熱量平衡計算出年節(jié)約標 準煤量 為 ：公式中各符 號意義 為：= = 1 5 3 7 3 2 9 2 8 8 x 4 0 ％ ?O 2 × 兒 Q 1 —— 1 m s ( 純量 ) 瓦斯發(fā)熱值 ( k j ) ； Q 『 _ _1 k g 標準煤發(fā)熱值 ( k j ) ；S 廣一 預(yù)計 瓦斯燃氣項 目 年 利用瓦斯量 ( 萬 m 3 ) ； X一民用燃氣平 均熱效率 ：r 一 民用 燃煤 平均 熱效

16、率 ； M 廠 瓦 斯燃氣 項 目年節(jié) 約標 準煤 量 【 t ) 。根據(jù)以上計算 ． 該礦區(qū)瓦斯民用燃氣 項 目建成后年節(jié)約標準煤 將達到 1 5 3 7 3 t3 ． 4 礦 區(qū)節(jié)能總量計算 公式 中各符號意義為 ：M= M l ++3 =1 8 7 3 2 +1 2 2 O+ 1 5 3 7 3 = 3 5 3 2 5M ——瓦斯綜合利用項 目年節(jié)約標 準煤量 ( 1 【 曲 ； M 廠 _ _ 瓦斯 發(fā)電項 目 年節(jié)約標準煤量

17、( k g )M f 一 瓦斯鍋 爐項 目 年節(jié)約標準煤量( k 曲 ； M 廠 _ _ 瓦斯燃氣項 目 年 節(jié)約標準煤量( k 曲該礦 區(qū)一年 瓦斯綜 合利 用總節(jié)能量為 3 5 3 2 5 t 標準 煤 ．節(jié)能效果 十分顯著 4 減排量化計算 甲烷是一種僅次于二氧化碳的全球第二大溫室氣體 ． 其溫 室效應(yīng) 2 0 1 4正 S h a n d o n gI n d u s t r i a lT e c h n o l o g y山

18、東 工 業(yè) 技 術(shù) 第0 7 期是二氧化碳的 2 1 倍。中國的甲烷排放 問題十分突 出2 0 0 7 年中國經(jīng) 濟部 門溫室氣體排放的構(gòu)成中 ． 甲烷的當(dāng)量 二氧化碳排放量 已遠高 于 英 國、 加拿大 、 德 國等國化石燃 料燃燒 產(chǎn)生二 氧化碳排放量 。同時 ， 甲烷在大氣 中的壽命為 l 2 — 1 7 年 ．比二氧化碳 在大氣 中存 留時間 ( 5 0 —2 0 0 年 ) 短很多 。甲烷 的減排 對大氣 中溫室氣體 的減少

19、具 有迅速 的影 響 ， 可以作為優(yōu)先減排對象 。根據(jù)該礦 區(qū)年利用 瓦斯總 量將 為 2 8 0 0萬 m ] ( 純量 ) 。因此 ， 其直 接減排甲烷氣體折算至 C O量為：P 1 = S x p x 2 1 = 2 8 0 0 x 1 0 4 x 0 ． 7 1 4 x 2 1 = 4 1 9 8 3 2公式 中各符號意義為 ：s 一 預(yù)計瓦斯項 目 年利 用瓦斯量 ( T Yr n 3 ) ：p ——標準狀 態(tài) 下 甲烷密度

20、( k g ／ m 3 ) ； P 1 —減 排 甲烷 氣體 折算 至 c 0量( t ) ， 而 由于 甲烷燃燒過程中也產(chǎn)生 c 0 ： 氣體 ， 因此 ， 在計算其減 排量時 ， 需要扣除這一 部分 的 C O。甲烷燃燒化 學(xué)方程式 為： C H ~ 2 0=C 0 2 + 2 H 2 0因此 ，甲烷 燃燒 自身 產(chǎn)生 的 c 0 2 量為 ： P 2 = S x p xm I = 2 8 0 0 x 1o 4m 2×o

21、． 71 4 ×=5 4 9 7 8公式中各符 號意義 為：s 一 預(yù)計 瓦斯項 目年利用瓦斯量 ( 萬 I T I s ) ； p 一 標 準狀態(tài)下甲烷 密度( k g ／ m ) ：m l ——c O 2 分 子量 ； m L 甲烷 分子量 ； P 『 _ _甲烷 燃燒排 放 C O 2量 ( t )由于該項 目總節(jié)約標煤量為 3 5 3 2 5 t ．在節(jié)約 了該部分標 煤后 ． 同時也減排 了這部分標煤燃燒所產(chǎn)生的

22、C O， 該部分減排量計算為 ：公式 中各符號意義 為：P 3 = Mx ~ x x K = 3 5 3 2 5 x 8 ． 7 3 x 1 0x 2 9 2 7 0 = 9 0 2 6 8M ——瓦斯綜合利用項 目年節(jié)約標準煤量 ( t ) ；一 標煤的二氧化 碳排放因子( t C O ~ e ／ M J )8 ． 7 3 x 1 0 - S t ／ M J ； K —標煤的低位 發(fā)熱量 ( M J ) ： K = 2 9 2 7 0

23、 M J ；P—項 目節(jié)約標煤的當(dāng)量排 放量 ( t )根據(jù)以上計算 ． 礦 區(qū)瓦斯利用項 目總減排 C O量為 ：p = p 1 - p 2 + p3 = 4 1 9 8 2 3 — 5 4 9 7 8 + 9 0 2 6 8 = 4 8 8 1 2 2公式 中 各 符號意義為 ：P 一 瓦斯綜 合利用項 目年減排 c 0量 ) ； P——減排 甲烷氣體 折算至 C O 2 量 f t )P 廣—一 甲烷燃燒排放 c 0量 ( t )

24、 ； P 廠—一 項 目節(jié)約標煤的 當(dāng)量排放 量 ( t )該礦 區(qū)瓦斯利用項 目年利用 瓦斯量為 2 8 0 0 萬 r n 3 ( 純量 ) ． 根據(jù)計 算 相當(dāng)于每年減排 了 4 8 8 1 2 2 t 的二氧 化碳 。國家發(fā)改委 為 C E R s 制定 了最低交易價格 為 8 歐元／ t ， 如果 申請 C D M項 目， 保 守估計 ． C E R s 交 易將能為該企業(yè)帶來 3 9 0 ． 4 8 萬歐元 的收入 ．按 目

25、 前 1 歐元兌換 8 ． 6 5元 人民幣計 ． 折合人 民幣 3 3 7 7 ． 6 5 萬元 的減排效益 5 結(jié)語 煤礦 瓦斯是一種對煤礦安全生產(chǎn)有害 的氣體 ． 但 如果加以合理科 學(xué) 的利用 ， 煤礦瓦斯也是 一種寶 貴的資源 ． 瓦斯 利用不僅能 為煤礦企 業(yè) 帶來經(jīng)濟效 益 ， 而且對煤 礦安全生 產(chǎn) 。 保 護生態(tài) 環(huán)境 ， 響應(yīng) 國家政 策 ， 建立煤礦 區(qū)循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈起著舉足重輕 的作 用。加大煤礦瓦斯 利 用的力

26、度 。 是實現(xiàn) 高瓦斯煤礦 可持 續(xù)發(fā)展 ． 建 設(shè)礦 區(qū)生態(tài) 文明的必 經(jīng) 之 路 。 e 【 參考文獻 】[ 1 ] 張福凱， 徐龍君． 甲烷對全球氣候變暖的影響及減排措施叨． 礦業(yè)安全與環(huán) 保 ， 2 0 0 4 ( 1 0 ) ： 6 — 8 ．[ 2 ] 段茂盛， 周勝． 清潔發(fā)展機制方法學(xué)應(yīng)用指南[ M] ． 北京： 中國環(huán)境科學(xué)出版 社 ， 2 0 1 0 ， 1 ： 1 5 1 — 1 5 7 ．[ 3 ] 高陽． 瓦斯

27、發(fā) 電技術(shù) 與節(jié)能減排唧． 節(jié)能與環(huán)保 ， 2 0 0 8 ( 1 2 ) ： 3 4 — 3 6 ．[ 4 ] 曾祥遠． 貴州大型煤礦企業(yè)瓦斯發(fā)電 C D M項 目 關(guān)鍵問題的分析與研究『 D 1 ．貴州 ： 貴州大學(xué) ． 2 0 0 9 ： 1 6 — 1 9 ．[ 5 ] 張博 ， 陳 國謙 ， 陳彬． 甲烷排放與應(yīng)對氣候 變化 國家戰(zhàn)略探 析【 J ] ． 中 國人 口： 資 源 與環(huán)境． 2 0 1 2 ( 7 ) ： 8 —

28、 1 2 ．[ 6 ] 王麗麗． 瓦斯 C D M 項 目之路能走多遠f N ] ． 中國煤炭報 ， 2 0 1 0 — 5 一 l O ( O O 3 ) ．[ 責(zé)任編輯 ： 劉帥 ]( 上接第 9 3頁) 重機 ， 可對廠房內(nèi)7 0 ％ 設(shè)備檢修提升。通過提高磁選機布 置高度 ， 使磁選人 料實現(xiàn) 自流 ， 減免 了稀介質(zhì) 桶和稀介質(zhì)泵的設(shè)置。不僅是選人料 ， 渦北洗煤廠充分發(fā)揮 了多層式 廠房具有物料 自流的優(yōu) 勢 ， 減 少設(shè)備

29、 臺數(shù) ， 體現(xiàn) 了節(jié)能 的優(yōu)越性。4 生產(chǎn)指標 選煤廠一期工程于 2 0 1 3 年 3 月份進入帶煤試生產(chǎn) 階段 ，現(xiàn) 場實 際生產(chǎn)時， 每兩臺旋流器形成一個生產(chǎn)系統(tǒng)， 故而旋流器的人洗量按 照兩臺合并進 行統(tǒng)計 ， 2 0 1 3 年 3 月份至 2 0 1 3 年 1 2 月份 的有關(guān) 生產(chǎn) 數(shù)據(jù)如表 1 。表 1人洗原煤 處理量 噸原煤電 介 耗 油耗 水耗f m V項 目f 噸／ ， J 、耗 ( 度／f K G ／

30、噸 ( K G ／ 噸 ( 萬噸)噸原煤)時 噸)原煤)原煤)3 月份 2 3 ． I 16 6 62 ． O 0O ． 1 3 O4 月份 2 5 ． 7 76 8 61 ． 2 l0 ． 1 6 0【5 月 份3 72 36 9 19 ． 2 20 ． 8 9O ． 1 6 1I6 月份 3 5 ． o 06 8 89 ． 0 21 ． 2 10 ． 1 5 07 月份 3 2 ． 4 86 9 68 ． 8 61 ．

31、 3 70 ． 1 5 00 ． 0 5 08 月份 3 3 ． 5 46 8 09 ． 2 61 ． 2 70 ． 1 4 00 ． 0 4 7j9 月 份3 7 ． O 86 8 88 ． 8 81 ． 2 7O ． 1 3 80 ． 0 4 3l 0 月份 3 2 ． 8 06 9 68 ． 9 61 ． 2 80 ． 1 5 OO ． O 4 11 1 月份 3 6 ． 7 l6 8 88 ． 9 01 _ 3 20 ．

32、1 4 20 ． 0 4 30 ． 0 4 32 6 ． 1 06 8 29 _ 3 91 l 3 1O ． 1 5 20 ． 0 3 7加權(quán)均值 3 1 9 ． 8 26 8 6 ． 8 59 ． 0 51 ． 2 9O ． 1 4 70 ． 0 4 4實際數(shù)據(jù)指標與初設(shè)指標的合并對比表如表 2 。表 2項 目單位 設(shè)計 實際 處理能力 萬口 屯 ， 年 6 0 o6 5 9 ． 3 8噸煤 電耗 k W · h9

33、 - 3 89 ． O 5噸煤水耗 m 30 - 0 7 50 ． 0 4 4噸煤介耗 k gI ． 1 61 ． 2 9說明 ： 實際年處理能力 ： 6 8 6 ． 8 5 x 2 x 1 6 x 3 3 0 = 6 5 9 ． 3 8 ( 萬噸 )通過 以上數(shù)據(jù)指標對 比， 可以看出 ， 渦北 選煤 廠工藝系統(tǒng) 2 0 1 3 年 的運行數(shù)據(jù)中處理能力 、 電耗 、 水耗都 比 初 步設(shè)計 中數(shù)據(jù)要 好 ， 僅是介 耗一項與初步

34、設(shè)計還有所差距 。5 結(jié) 語 在選煤廠設(shè)計上 ， 廠型 向大型化方向發(fā)展 ， 采 用先進 、 可靠 、 大型 、高效和機 電一體化設(shè)備 ， 以減少設(shè)備臺數(shù) ， 簡化工藝流程 ， 有利于提高 自 動化程度 ， 節(jié)省基建投資和加工成本 ， 提高選煤 效率 、 全員效率和經(jīng) 濟 效 益 。 0 【 參考文獻】[ I ] 匡亞莉． 選煤工藝設(shè)計 與管理[ M 】 ． 徐 州 ： 中國礦業(yè)大學(xué)出版社 ， 2 0 0 6 ．[ 2 ] 劉 星海．