山西中北部地区煤炭井工开采项目锅炉设置方案探讨

吴俊松

（煤炭工业太原设计研究院，太原 030001）

山西中北部地区煤炭井工开采项目锅炉设置方案探讨

吴俊松

（煤炭工业太原设计研究院，太原 030001）

文章结合山西中北部煤炭项目情况，对该区煤炭井工开采项目锅炉设置方案进行了探讨，估算了不同锅炉配置情况下的污染物排放情况和项目的运行成本，选取了适合的锅炉设置方案，实现了能源节约和减少污染的目标。

山西中北部；煤炭井工开采；锅炉设置

1 山西中北部地区煤炭项目基本情况

1.1 山西中北部地区基本情况

山西省是中国最大的煤炭基地。包括大同、宁武、西山、沁水、霍西和河东6大煤田。现有煤炭保有储量占全国保有总储量的1/3，煤炭年产量占全国总产量的1/6，均居全国第一位。

山西中北部城市群包括太原市、大同市、朔州市、忻州市等四个地级市[1]，国土面积5.73万km2，占全省总面积的36.67%；含煤面积1.03万km2，约占国土面积的18%；涉及大同矿区、平朔矿区、轩岗矿区、朔南矿区、河保偏矿区、西山矿区、东山矿区和岚县矿区的一部分，中北部城市群煤炭资源以动力煤为主，资源总量2 202.34亿t，其中动力煤1112.82亿t；山西位于山西中北部地区的大同矿区和平朔矿区是我国优质气煤、弱粘煤的主要产地。山西中北部地区煤炭资源分布情况,如表1所示。

根据相关资料，2009年山西煤炭企业兼并重组整合后，山西中北部城市群辖区内煤炭企业分布如表2所示[2]。

由表2可知，山西中北部地区规划不同矿井317处，占全省1053座煤矿的30%；其中，单井规模90万t/a及以下矿井数量为194处，占中北部地区煤矿总数的61.2%。

1.2 山西中北部地区大气污染现状

1.2.1 环境质量现状

根据山西省环境保护厅相关监测、统计资料，以2010年环境空气质量浓度为基数，2012年，山西中北部四市二氧化硫年均浓度下降明显，比2010年降低了9.1%，但二氧化氮和可吸入颗粒物分别上升了26.3%和9.3%[3]。各市空气质量浓度具体情况统计，如表3所示。

1.2.2 主要大气污染物排放

2011年，山西省中北部四市二氧化硫排放总量52.58万t，比2010年（53.94万t）减少2.50%；工业烟粉尘排放总量27.55万t，比2010年（28.97万t）减少4.90%，氮氧化物排放总量48.19万t，比2010年（43.42万t）上升10.98%。

2011年，山西省中北部四市二氧化硫等主要大气污染物的排放总量统计情况如表4所示。

根据表3、表4及山西省2000年2005年2010年环境质量公报，山西仍属于以尘、二氧化硫为主要污染物的煤烟型污染。

2 煤炭井工开采项目采暖、供热必要性及供热负荷分析

由于煤炭行业，特别是井工开采项目的特殊性，当冬季气温低于零度时，为防止矿井进风井筒内淋帮水结冰，影响提升能力降低以及可能由于大冰块塌落造成井底严重事故，必须采取适当的方法，使井筒内不致结冰。根据《煤炭工业矿井设计规范》（GB50215-2005）的要求，煤炭企业主要采暖、供热对象包括：井筒保温、工业、行政福利设施采暖、洗浴用热、食堂蒸煮用汽、洗衣房用热等。

由于用热负荷的季节性变化明显，煤炭企业冬季采暖期需要的热负荷较大，锅炉吨位较大；而夏季主要为洗浴用热、食堂蒸煮用汽、洗衣房用热，热负荷较小，较小的锅炉吨位即可满足用热要求。根据实际生产经验及相关资料统计，90万t/a煤炭企业井筒保温热负荷一般在6～10 T/h；120万t/a矿井井筒保温热负荷会大于10 T/h；生产能力120万T/a以下的井工煤矿，夏季用热负荷一般4～6 T/h。

山西中北部地区煤矿项目以90万t/a矿井为主，占煤矿项目总个数的61.2%；其中井工煤矿占到矿井总个数的95%左右。

3 山西中北部地区井工煤矿锅炉配置方案

3.1 锅炉配置方案探讨

3.1.1 相关设计规范中关于锅炉房设置方案的规定

煤炭井工工采项目在锅炉房设计时，应执行现行的相关设计规范：

1）《煤炭工业矿井设计规范》（GB50215-2005，2006年1月1日实施）。“13.9.3”规定“锅炉房不应设备用锅炉。用于采暖、井筒防冻及矿井浴室供热的锅炉，宜采用相同类型的锅炉，但不应少于2台”。

2）《煤炭工业供热通风与空气调节设计规范》（GB/T50466-2008，2009年6月1日实施）。“6.0.1”中规定“采暖室外计算温度等于或低于-4℃地区的进风立井、等于或低于-5℃地区的进风斜井和等于或低于-6℃地区的进风平硐，当有淋帮水、排水管或排水沟时，应设置井筒防冻设施”。“6.0.15”规定，“在远离主工业场地、采暖热负荷很少的进风井、在缺水地区或供水困难的进风井”，井筒保温可采用热风炉。“6.0.16”规定，“热风炉不得少于2台，但其中1台出现故障时，其余热风炉能满足井筒防冻需要”。

3.1.2 锅炉配置方案建议

1）对于项目井筒保温负荷接近或大于等于20 T/h的，按照相关规定，单台锅炉、热风炉吨位不小于10 T/h。

2）对井筒保温负荷远达不到20 T/h的，可根据实际情况配置锅炉；但应根据热负荷优化锅炉配置，尽量减少锅炉房内锅炉台数，提高单台锅炉吨位。

3）对于单独设置的夏季洗浴锅炉，应严格按照相关规定，在有气源、油源条件下，优先采用燃气、燃油锅炉，也可选择太阳能辅助电加热或空气源热泵、回风热源泵等混合供热方案。

3.2 不同锅炉设置方案的环境影响分析

由于煤炭企业一般均在偏远的山区，城市集中供气、供热工程均不能满足煤矿生产、生活需要。因此，煤炭企业必须自己建设供热设施。山西中北部城市群范围内的煤矿基本均为低瓦斯矿井，没有煤层气（瓦斯）可供利用，当地天然气全部依靠长输管线，气源、气量有限，除市政及园区采暖使用天然气外，无富裕天然气向工业企业供气；而从晋南地区外购液化天然气也不现实。根据当地特点，煤炭井工煤矿可行的供热方案为电锅炉或燃煤锅炉供热。下文就不同锅炉设置方案的环境影响进行简要分析。

1）电锅炉：山西中北部城市群一般冬季采暖天数按160 d，夏季按205 d计，夏季供热用1台4 T/h（2.8 MW）电锅炉估算，耗电量为：2.8 MW×205 d/a× 12 h/d=688.8万kW·h。

耗电成本：按当地一般工业用电价格1元/（kW·h）计算，夏季1台4 T/h电锅炉运行成本为688.8万元。产生相应电量的污染物排放量：类比位于大同地区的同煤集团塔山坑口电厂竣工环保验收监测数据，每发电1万度，需要排放烟尘1.42 kg，二氧化硫6.22 kg，氮氧化物16.14 kg。

1台4 T/h所用电量在发电时需要排污量为烟尘0.98 t，二氧化硫4.28 t，氮氧化物11.12 t（未考虑脱硝，按脱硝80%考虑为2.22 t）。

2）燃煤锅炉：按山西中北部城市群一般煤矿煤质（灰分25%，硫份0.8%，发热量5 500 kcal/kg）估算，1台4 T/h燃煤锅炉夏季耗煤量按下式估算：

式中：B为锅炉燃料耗量，kg/h；D为锅炉小时产汽量，m3/h；Qdw为燃料的低位发热值，kJ/kg；i''为锅炉在某绝对工作压力下的饱和蒸汽热焓值，kJ/kg；i'为锅炉给水热焓值，i''=83.74 kJ/kg；η为锅炉热效率，普通锅炉取80%。

经计算得：夏季1台4 T/h燃煤锅炉耗煤量为1 348.2 t；按煤矿企业原煤成本价300元/t估算，燃煤成本为40.45万元。

二氧化硫产生量为：1 348.2×1.6×0.8%=17.26 t，按脱硫效率70%计算，二氧化硫排放量为5.18 t。

氮氧化物产生量：NOX产生量按照《第一次全国污染源普查工业污染源产排污系数手册》中吨煤2.94 kg/t进行计算，则为1 348.2×2.94=3.96 t。

烟尘产生量：计算得23.91 t，按除尘95%计算，烟尘排放量为1.20 t。

3）不同锅炉配置方案对比分析：电锅炉与燃煤锅炉对比分析，如表5所示。

综上所述，在同样供热负荷1台4 T/h 2.8MW情况下，电锅炉烟尘、二氧化硫排放量略低于燃煤锅炉，在采取脱硝措施后，氮氧化物污染物排放量低于燃煤锅炉。

4）电锅炉的制约条件：a.用电负荷与电量保证性。由于电锅炉耗电量较大（如1台2 qT/h电锅炉，消耗耗电1.4万度，将大于90万t/a矿井全矿的供电负荷），需要较大电力供应保证，项目输电线路、变电系统扩容改造、区域电网平衡、电力公司电力供应能力等限制，在落实电源的情况下，可谨慎选择。b.电锅炉运行成本是同样规模的燃煤锅炉的8～10倍左右，企业采用电锅炉的经济性动力是很大的一个制约，在目前煤炭行业整体盈利条件下滑，山西中北部地区动力煤煤矿基本处于保本或亏损的情况下，统一要求煤炭企业采用电锅炉采暖、供热的阻力较大。

4 结束语

山西中北部地区是山西主要动力煤生产基地，同时，位于国家大气污染防治重点区域，国家和省对燃煤工业锅炉配置提出了新的要求。位于该区域的井工煤矿锅炉配置应根据项目具体情况，尽可能集中供热，减少锅炉房内锅炉台数，提高单台锅炉吨位；在有气源、油源条件下，优先采用燃气、燃油锅炉，也可选择太阳能辅助电加热或空气源热泵、回风热源泵等多元化解决项目采暖、供热热源。

[1]环境保护部，国家发展和改革委员会，财政部.《重点区域大气污染防治“十二五”规划》（国函〔2012〕146号）[Z].2012-10-29.

[2]山西省人民政府.《山西省2006年—2020年煤炭生产开发规划》[Z].2007-08-27.

[3]山西省环境保护厅.《山西省重点区域大气污染防治“十二五”规划2013年度实施方案》（〔2013〕30号）[Z].2013-03-25.

Discussion on Boiler Setting in Underground Coal Mining Project in North-central Region of Shanxi Province

WU Junsong
(Taiyuan Design Research Institute for Coal Industry,Taiyuan 030001,China)

Combined with the coal projects in north-central region of Shanxi province,boiler setting of underground coal mining is discussed in this paper.On the estimation of pollutant discharge and operational cost of the different boiler settings,an appropriate scheme is selected in order to realize the goal of energy conservation and pollution abatement.

north-central region of Shanxi province;underground coal mining;boiler setting

TD727

A

1672-5050（2015）01-0085-04

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.01.028

（编辑：薄小玲）

2014-10-07

吴俊松（1974-），男，四川仁寿人，大学本科，工程师，从事环境影响评价、环境规划、节能评估和环境工程设计工作。