屯兰矿选煤厂瓦斯治理的实践.pdf

人工粗糙,也用Δ或δ 表示。 “ 相对粗糙度 ”指粗糙度和管径d的比值,用 Δ/d或δ/d表示。 6 结论 在空气管道系统的计算中,我们应能正确区分 容积流量的不同含义,这样才能正确使用有关计算 公式。同时,还需清楚单位压力损失值是关于粗糙 度的函数,在其他条件不变时,不同的粗糙度对应于 不同的单位压力损失值。对于空气管道系统的其他 理论问题,由于篇幅所限,在此暂不做讨论和分析。 文章编号 1001 - 3571 2009 03 - 0060 - 04 屯兰矿选煤厂瓦斯治理的实践 张盼福 1 ,吕爱平 2 1 1山西焦煤集团,山西 太原030053; 21山西三益电子公司 燃气具研发部,山西 太原030024 摘要针对屯兰矿选煤厂某些生产环节瓦斯浓度超限的状况,通过深入分析,研究开发了新型瓦 斯治理装置,该装置由若干个煤仓瓦斯分离器、 风通风塔、万向导风器、风幛和双向风窗组 成,为选煤厂的瓦斯治理开辟了一条新途径。 关键词储煤仓;皮带运输长廊;瓦斯治理;新型瓦斯治理装置;实施效果;经济效益 中图书分类号TD712 文献标识码 B 瓦斯之害,骇人听闻,瓦斯治理,迫在眉睫。 一般在选煤厂设计时,基本上都不考虑瓦斯治理设 施,但是对高瓦斯矿井来说,其附属选煤厂瓦斯超 限和瓦斯积聚问题却很严重,甚至有的选煤厂还会 发生瓦斯爆炸事故,极大地威胁着作业人员的生命 安全和煤矿的安全生产。在选煤厂各个工艺环节 中,煤仓是名副其实的瓦斯罐,是瓦斯事故的重大 危险源。煤仓的瓦斯浓度远远超过 煤矿安全规 程 规定的安全标准,存在严重的安全隐患。为 了解决此类问题,有的选煤厂在主要瓦斯区安装了 大量的轴流式通风机、瓦斯传感器、通风机闭锁传 感器等装置,设置了瓦斯监控系统,虽然这对解决 选煤厂的瓦斯超限起了一定的作用,但上述设备设 施不但治理费用昂贵,而且无法从根本上解决瓦斯 积聚造成的隐患,仍然存在瓦斯爆炸的危险。 1 屯兰矿选煤厂瓦斯治理现状 山西焦煤集团屯兰矿选煤厂是一座设计入选原 煤能力为410Mt/a的特大型炼焦煤选煤厂,于 1997年10月31日正式投产。由于其服务的屯兰 矿井属于高瓦斯矿井,因而屯兰矿选煤厂的瓦斯治 理工作相当严峻。 修改稿收稿日期 2009 - 05 - 20 作者简介张盼福1954 - ,男,河北曲阳人,高级工程师,现 就职于山西焦煤集团,主要从事通风与安全技术研究、教学工作, 联系电话03516521640, 13934040791。 屯兰矿选煤厂现有原煤仓4个,产品仓4个, 2个转载站。屯兰矿生产的原煤由带式输送机运向 屯兰选煤厂4个原煤仓储存待选,原煤经洗选后, 其产品由带式输送机运入4个不同的产品仓以待外 运。缓冲仓2个暂未使用,只是在生产紧张时才启 用。该厂的运输长廊也是瓦斯隐患的重要地点,煤 仓顶部皮带平长廊的瓦斯浓度可到312。 111 原煤仓 原煤 仓 有4个,每 个 仓 直 径 为21m、高 42100m 储煤净高34162m ,最大储存煤量为 3 600t,原煤仓内的瓦斯浓度高达1125～816。 现所采取的瓦斯治理措施是在4个原煤仓上安装了 515kW轴流式通风机、瓦斯传感器、通风机闭锁 传感器,如图1所示。 图1 屯兰矿选煤厂原煤仓轴流式通风机、 瓦斯传感器平面布置图 112 产品仓 产品仓有4个,每个仓直径21m、高44187m 06 第3期 2009年6月 选 煤 技 术 COAL PREPARATI ON TECHNOLOGY No13 Jun12009 储煤净高39100m ,最大储存煤量3 300t,产品 仓内的瓦斯浓度高达910。所采取的瓦斯治理措 施也是在4个产品仓安装了515kW轴流式通风机、 瓦斯传感器、通风机闭锁传感器,如图2所示。 图2 选煤厂产品仓轴流式通风机、 瓦斯传感器和探头平面布置图 对于储煤仓,屯兰矿选煤厂当时采取了开设通 风孔图 3 、安装轴流式通风机和定点定时瓦斯 检查等应急措施,虽然瓦斯积聚得到了改善,但并 没有得到根治。 图3 选煤厂储煤仓开设通风孔示意图 储煤仓包括原煤仓、产品仓、缓冲仓内 部的瓦斯浓度是最大的。根据瓦斯的性质,瓦斯具 有扩散性、渗透性、可燃性、爆炸性、窒息性等 等,煤炭在储存、运动的每时每刻都在释放出大量 的瓦斯,瓦斯的扩散过程是不可逆。在标准状态 下,其相对密度为01716kg/m 3 ,为空气密度的 01554倍,比空气轻将近一半,因此在储煤仓包 括原煤仓、产品仓、缓冲仓内部上方积聚着大 量瓦斯,其浓度在015～816左右,煤仓内部 上隅角可达10左右,遇火足以引起瓦斯爆炸 瓦斯爆炸浓度为5～16时。 113 皮带运输长廊 1煤仓顶部皮带平长廊的瓦斯浓度。煤仓顶 部皮带平长廊是瓦斯浓度积聚的主要场所。由于煤 仓内的大量瓦斯从溜煤口释放出来,严重超限的瓦 斯路经皮带平长廊才能排入大气。但在皮带平长廊 内,有大型机电、 机械设备运行,同时,皮带平长廊门 窗严实特别是冬季门窗不开,以保证取暖 , 这是 重大危险因素,因为电器火花、 摩檫火花、 碰撞火花 都极有可能引起瓦斯爆炸,造成严重事故。 2煤仓底部皮带平长廊的瓦斯浓度。煤仓 底部皮带平长廊的瓦斯主要来源于煤仓底部溜煤 口。煤炭在装煤过程中,由于煤炭由静态到动态的 激烈运动,瓦斯随煤炭的运动急剧释放,现场测得 溜煤口瓦斯浓度达8左右。这里也是瓦斯事故的 重大危险源。 3皮带长廊的瓦斯浓度。在煤炭运行过程 中,由于煤炭处于动态运动状态,瓦斯随煤炭的运 动而释放,皮带堆煤上的瓦斯浓度常常在0125 ～018左右。如果皮带长廊的结构不合理,形成 了死角或通风不畅,也会形成不可忽视的重要瓦斯 隐患。2001年5月23日10时左右,屯兰矿选煤厂 焊工在2 产品仓上部对刮板输送机横梁的插板进 行电焊作业,在没有任何安全措施下,致使电焊火 花掉入产品仓内,引起瓦斯爆炸,造成1人致残的 重伤事故。 事故发生后,选煤厂采取了有力的安全措施,制 定了屯兰选煤厂瓦斯管理规定 、 瓦斯检查制 度 、 瓦斯检查员岗位责任制 、 各工种操作规程 等制度,配备瓦斯检查员36人其中专职4名,其余 为兼职 , 安装轴流式通风机17台、 移动式通风机3 台、 直径 400mm和 600mm的铁风筒480m,在主 要瓦斯区实行了瓦斯监控系统,共安设瓦斯传感器 25个,通风机闭锁传感器17个,实现了瓦斯风电闭 锁,并且通风机采用专用电源供电。 尽管屯兰矿选煤厂采取了很多安全措施,但是 仍然没有从根本上解决瓦斯积聚造成的隐患,厂内 很多地点仍然存在瓦斯积聚和超限状况,而且轴流 式通风机的噪声在85dB以上还给员工的身体 健康造成了较大危害。 2 新型瓦斯治理装置的研究 为了解决屯兰矿选煤厂煤仓和皮带运输长廊的 瓦斯问题,笔者根据自己多年的矿井治理瓦斯积聚 问题的经验,多次到现场实测选煤厂大气参数和多 种 气 体 CO 、CO2、H2S、SO2、CH4、C2H4、 C2H2等20多种参数,结合屯兰矿选煤厂煤仓瓦 斯情况,调查和分析屯兰矿选煤厂历年的大气压 力、温度、湿度变化规律,并依据现有的理论和大 量的实践经验,对屯兰矿选煤厂煤仓和运输长廊瓦 斯参数进行了试验分析,并在试验中对试验参数不 断修正,借助现代分析技术和手段,对试验结果与 存在的问题进行科学地比较、分析、归纳和总结, 制定出了屯兰矿选煤厂煤仓及运输长廊瓦斯积聚问 题治理的最佳方案,研制了一种 “ 选煤厂煤仓新 16 第3期 张盼福等屯兰矿选煤厂瓦斯治理的实践 2009年6月25日 型瓦斯治理装置 ”专利号ZL2005200247271X, 并获第六届 “ 国家科技发明奖 ”一等奖和 “ 国家 科技创新奖 ”一等奖 , 从而彻底解决了选煤厂煤 仓瓦斯超标、易发生瓦斯爆炸的难题。 新研制的选煤厂煤仓瓦斯治理装置是由若干个 煤仓瓦斯分离器、风幛、双向风窗和 风通风塔等 组成。煤仓瓦斯分离器设在煤仓的周边,风幛设在 煤仓顶部的中央,双向风窗设在煤仓外壁的上方, 风通风塔设在煤仓顶部的两边或煤仓外壁的上 方。 211 瓦斯分离器 煤仓瓦斯分离器图 4 由筒体、瓦斯释放 帽、瓦斯释放孔、把捎和过滤网等构成,瓦斯释放 帽设在筒体的顶部,瓦斯释放孔设在瓦斯释放帽 上,过滤网均匀设在筒体上,煤仓瓦斯分离器主要 功能是将煤体内或煤体上方的瓦斯,按所要求的方 向分离出来。 图4 选煤厂瓦斯分离器 煤仓瓦斯分离器与 风通风塔、风幛、风窗同 时组合,效果是相当有效的,它不但解决了煤仓内 的瓦斯问题,也稀释了煤仓底部皮带长廊的溜煤口 瓦斯。 212 风通风塔 煤仓 风通风塔由 风曲线体、变线体、集风 道等构成,主要功能是形成强大的 风效应,按所 要求的方向将瓦斯排到煤仓外。煤仓 风通风塔工 作原理如图5所示,外型构造如图6所示。 图5 选煤厂煤仓 风通风塔 风效应示意图 图6 选煤厂煤仓 风通风塔构造实物图 213 三叉排风器 三叉排风器图 7 为扇状四通抗静电玻璃钢筒 体,与瓦斯导风管相连接。三叉排风器的功能是使 风流和瓦斯永远按一定方向运动,其作用是保证瓦 斯永远按要求的风流方向运动,防止风流方向逆转。 图7 三叉排风器示意图 214 风幛 煤仓风幛是一个圆台型的筒体,其主要作用是 改变风流方向。如图8所示。 图8 选煤厂煤仓风幛示意图 215 双向风窗 煤仓顶部皮带平长廊的双向风窗由向上风叶、 向下风叶和框架组成,向上风叶设在框架的上部, 向下风叶设在框架的下部。选煤厂皮带运输长廊旁 双向风窗如图9所示,选煤厂皮带运输长廊顶部双 向风窗如图10所示。 216 煤仓溜煤口 煤仓底部皮带平长廊储煤仓溜煤口瓦斯治理装 置如图11所示。 通过以上分析介绍,可见屯兰矿选煤厂的新型 瓦斯治理装置由煤仓瓦斯分离器、风幛、双向风窗 和 风通风塔构成了一个综合治理装置,能够降低 或消除煤仓中的全部瓦斯,从而彻底解决了选煤厂 瓦斯积聚的问题。 26 第3期 选 煤 技 术 2009年6月25日 图9 皮带运输长廊旁双向风窗平面布置图 图10 皮带运输长廊顶部双向风窗平面图 图11 储煤仓溜煤口瓦斯治理装置结构示意图 3 实施效果 311 安全效果 根据屯兰选煤厂特定的地理环境和气候条件等 实际情况,根据大量的实践经验和有关理论,确定 采用风幛、风窗、通风塔、 风通风塔等通风设施 后,屯兰选煤厂主要生产环节的要害部位和各个局 部地点的瓦斯治理均达到良好效果,符合了煤矿法 律、法规和 煤矿安全规程 要求。 1原煤仓包括产品仓顶部皮带长廊的 瓦斯浓度常年达到015以下。 2原煤仓包括产品仓内部上隅角死 角瓦斯浓度在正常生产情况下为015以下。 3原煤仓包括产品仓底部溜煤口仓内 瓦斯浓度可达到015以下。 4原煤仓包括产品仓顶部皮带长廊有 工作人员的场所的CH4、C2H4、H2S、SO2、CO2、 N2、O2均达到 国家标准 和 行业标准 规定 的安全浓度。 测试结果表明,使用新型瓦斯治理系列装置 后,屯兰矿选煤厂瓦斯浓度由原来的常年812左 右,可降低到015以下,完全符合国家标准和行 业标准的安全浓度。因此,该装置治理瓦斯安全可 靠,从而有力保证了企业的安全生产,保护了工作 人员的生命安全和企业财产安全。 312 经济效益评价 根据屯兰选煤厂现有情况对新型瓦斯治理装置 的经济效益进行了概算。 31211 原轴流式通风机方案 该选煤厂原煤仓4个,每仓1台515kW轴流 式通风机, 2 仓另安装 1台215kW轴流式通风 机,仓上走廊有2台515kW移动式通风机,仓下 安装有1台215kW轴流式通风机,放煤溜槽口 有2台515kW移动式通风机;精煤仓4个,每仓2 台515kW轴流通风机,仓上走廊有1台515kW移 动式通风机,仓下安装有1台215kW轴流式通 风机,转载点落煤处安装1台515kW移动式通风 机。 实际费用如下 1电费。515kW移动式通风机月电耗1 980 元,年电耗23 760元;215kW仓下通风机月电 耗10 800元,年电耗129 600元。 2风机折旧费。215kW仓下通风机原价5 万元,服务年期7年,年折旧费7 143元,折算为 2186台,计20 429元/a;515kW移动式通风机原 价217万元,服务年期7年,年折旧费3 857元, 折算为2186台,计11 031元/a。 31212 新型瓦斯积聚治理装置方案 新型瓦斯积聚治理装置一个相当于2186台轴 流式通风机,且效果比轴流式通风机稳定、可靠。 改用瓦斯积聚治理装置后,则 1停1台515kW通风机,可节省23 760 11 031 34 791元/a;停1台215kW轴流式通 风机,其费用 129 600 20 429 150 029元/a。 24个 原 煤 仓 通 风 机 全 部 停 用 8 台 515kW; 2台215kW ,其费用为 34 7918 150 0292 278 328 300 058 578 386元/a。 34个精煤仓通风机 全部停用 10 台 515kW; 1台215kW ,其费用为 34 79110 150 029 347 910 150 029 497 939元/a。 31213 费用 新型瓦斯治理装置的服务年限按20a计算,则 36 第3期 张盼福等屯兰矿选煤厂瓦斯治理的实践 2009年6月25日 可产生效益 4个原煤仓为1 156177万元, 4个精 煤仓为995188万 元,合 计156177 995188 2152165万元。 屯兰矿选煤厂安装的新型瓦斯治理装置是安 全、经济、永固、无动力的构造设施,其一次性制 造加工成本费用为128万元,以其取代原来的轴流 式通风机,可节省费用为2 024165万元,所带来 的经济效益相当可观。 313 社会效益 新型瓦斯治理装置填补了我国选煤厂瓦斯治理 的空白,开创了我国无动力治理瓦斯的先河,为选 煤厂的瓦斯治理开辟了一条新途径,为以后选煤厂 设计提供了借鉴。同时,该系列装置结构简单,管 理方便,不需经常维修,无需专人操作,简便易 行,经济实用,安全可靠,因此也易于推广使用, 具有很高的实用价值。 文章编号 1001 - 3571 2009 03 - 0064 - 04 煤的电化学脱硫技术研究及进展 罗万江,兰新哲,宋永辉 1 1西安建筑科技大学 贵金属工程研究所,陕西 西安 710055; 21陕西省冶金工程技术研究中心,陕西 西安 710055 摘要介绍了煤的电化学脱硫技术概况、基本原理及其影响因素,并阐述了电化学脱硫技术的应 用前景和发展方向。 关键词电化学脱硫;工艺流程;机理;热力学分析;动力学分析;影响因素 中图分类号 TD94 文献标识码 B 在我国一次能源消费中,煤占75左右,而 85的煤是作为动力煤直接燃烧,因而导致了严重 的大 气污染。2008年,我 国的SO2排放 量 达 2 3211775万t,给人民生活及工业生产造成了严 重危害。煤炭选洗能有效地去除煤中的灰分和硫 分,能够直接缓解燃煤对环境造成的压力,提高煤 炭的入选率,能有效改善燃煤二氧化硫的排放污 染,但我国当前的煤炭入选率较低,仅在40左 右,而 美 国 为42 ,英 国 为9419 ,法 国 为 8817 ,日本为9812。此外,煤化工行业也要 求煤中的硫含量必须满足一定的指标。目前,我国 已把煤炭脱硫列为洁净煤技术CCT的研究项 目。煤炭脱硫技术是煤炭洁净燃烧和加工技术的研 究重点,解决它具有重大的现实意义。 电化学脱硫技术是煤炭燃烧前脱硫技术研究的 方向之一,该方面的试验研究始于20世纪60年代。 近年来,随着对煤炭脱硫技术的不断深入研究,煤炭 的脱硫技术取得了较大的理论和应用进展,从而也 大大推动了煤炭电化学脱硫技术的发展。 修改稿收稿日期 2009 - 02 - 23 基金项目陕西省 “13115”重大科技专项项目2008ZDKG - 46 作者简介罗万江1984 - ,男,陕西西乡人,西安建筑科技大学在 读硕士研究生,研究方向煤化工技术研究与开发, E - mail luowan2 jiang11231631com,联系电话 13572874857, 029 82201248。 1 电化学脱硫技术概况 111 电化学脱硫技术的发展 20世纪60年代,人们对煤的电解还原脱硫进 行了研究,但是进展不大,至70年代末,对煤炭 的电化学脱硫进行了开发性的研究,不但克服了传 统电化学脱硫高温、高压的缺点,还可以联产氢 气,大大降低了生产成本。 在国内,刘旭光等 [1 ]对孝义煤进行了电化学 脱硫的研究,在脱硫行为、脱硫规律、电解体系等 方面取得了较好的结果;易平贵、罗道成等 [2～4 ]在 各种电解体系下研究了电解温度、电解电压、煤浆 浓度等因素的影响;李登新等 [5～9 ]分别从热力学、 煤炭的电化学脱硫机理、电化学净化对煤质的影响 等方面进行了研究;孙康 [10 ]研究了在氢氧化钠体 系中脱除煤中硫分的适宜条件;王志红等 [11 ]研究 了煤在电解槽阳极发生的电化学氧化反应,介绍了 电解脱硫设备及工艺流程;王知彩等 [12～14]研究了 酸性无隔膜电解体系中煤的电化学脱硫规律;朱红 等 [15]采用电解还原法对高硫煤进行了强化浮选脱 硫研究;张敬东等 [16 ]以贵州高硫煤在酸性条件下 进行溴离子体系的电化学脱硫试验,获得了有机硫 与无机硫同步脱除的较好效果。 46 第3期 2009年6月 选 煤 技 术 COAL PREPARATI ON TECHNOLOGY No13 Jun12009