浅析淮北煤矿锅炉“气代煤”项目建设

宿州中燃城市燃气发展有限公司 张阳东 寇玉林 张 钊

泗县中燃城市燃气发展有限公司 冯 飞

宿州市位于安徽省东北部的淮北平原，是长三角城市群、中原经济区重要节点；位于宿淮蚌都市圈、宿淮城市组群，是安徽区域中心城市之一。伴随安徽省整体融入长三角和长三角一体化发展国家战略的实施，各级政府对大气环保工作提出了更高的标准和要求。燃煤锅炉“气代煤”方案的实施，可以从根本上缓解冬季供暖期较为严重的大气污染问题[1]。宿州市政府持续推行的“气代煤”措施，有效地缓解了冬季大气污染指数的上升。淮北煤电集团的芦岭、朱仙镇、桃园等矿区位于宿州市规划区周边，均属于“禁煤区”，原有的燃煤锅炉需限期关闭、整改。在这些煤矿锅炉“气代煤”项目建设中，基本确定：燃气锅炉由淮北煤电集团采购，所在煤矿负责安装；配套燃气管网和应急调峰气源设施由宿州中燃城市燃气发展有限公司负责实施、完善。

煤炭企业安全标准和行业要求较高，燃气管道进入位于煤矿工业广场的原有锅炉房，应同时遵守煤炭行业标准和城市燃气相关设计、施工规范。

1 “气代煤”项目特点

宿州市城市规划区周边的芦岭、朱仙镇、桃园等煤矿，属于国家两淮矿区的淮北煤电集团，省属重点能源企业，是华东地区的大型矿井，且都是上世纪七八十年代建设、投产的老矿区。每座煤矿均配有中央锅炉房，内有3台10 t燃煤热水锅炉。这些燃煤锅炉均位于煤矿工业广场。煤矿工业广场是矿井生产服务的地面设施，周边设有矿井提升、变配电、井下通风，瓦斯抽放、皮带运输、对外交通及辅助生产和办公、值班场所等厂房车间和附属建筑，而且厂区的地面轨道、工业管廊密布，对燃气调压计量设备的选址和燃气管道路由选择的影响较大。

原有的燃煤热水锅炉由矿区皮带走廊供应燃煤，热水经工业管廊循环供应主、副井口和浴室、食堂、办公楼等生产及辅助设施。其中主、副井口在冬季0℃时需要24 h保证不出现结冰现象；浴室为365 d×24 h连续开放；其他辅助生产和办公设施为冬季采暖。

最终3座煤矿的“气代煤”方案定为：每座煤矿的燃煤锅炉拆除更换为2台10 t低氮燃气锅炉，同时配备电空气能锅炉1台，以免燃气意外中断而影响煤矿的连续生产。经评估，本项目中选用的 2台10 t燃气锅炉，基本能满足冬季矿井的主、副井口保温防冻所需热量，以及矿区内职工洗浴和工业广场供暖期采暖需求[2]。同时，使用天然气锅炉可以降低烟尘、SO2、NOx等排放量，满足政府环保要求。

2 “气代煤”项目实施

2.1 方案确定及优化

燃气锅炉设备确定后，公司及时核定用气量，并确定气源可引自附近市政中压管道。为了保证上游气源供气可靠性，首先在该项目建设同期改造相关的城区管道，远期规划则考虑结合埇桥区乡镇燃气管网建设，对矿区形成双回路环网供气。

调压设备选址在工业广场生活、办公区域的广场景观带一角，便于日常运维。工人村-调压设备前的中压管线选用PE管，路由规避了电力高压进线走廊、煤矿铁路专用线和汽车重卡货运通道；调压设备后的低压管线提高了燃气管道设计等级，采用中压B级架空方式，选用无缝钢管。

为保障矿区生产的连续性、安全性，双方多次协商调整设计方案、调压设备选址和燃气管道路由方案等。主要包括：(1) 调压柜由原设计中的位于工业广场热力负荷中心锅炉房附近，移至办公和值班辅助区域，可降低调压柜放散对矿区连续生产的影响。(2) 燃气路由走向，不应沿原燃煤锅炉输煤皮带走廊、工业广场职工人行天桥通道、地面轨道运输通道等以及人员密集和物料管廊的平行敷设，方便今后燃气管道的维护抢修工作。(3) 燃气管道主要沿原有进出锅炉房的工业广场通用管廊敷设，并避让主、副井机房，高压变、配电设备，井下通风机房，瓦斯抽放站和瓦斯电厂等设施。(4) 工业广场以外的燃气管道，由燃气公司按照专业规范施工，工业广场和管廊内的燃气管道应提高设计标准等级，满足煤矿地面安全规程和标准规定。

2.2 气源落实及管网改造

面对冬季供气量相对紧张、城市管网对大型工业用户的设计预留气量不足、燃气企业储气设施滞后和燃气供应调峰能力薄弱等不利因素，为确保淮北矿业集团6台10 t锅炉的冬季气量需求，公司采取了如下措施。首先，扩建了位于宿州开发区储配站LNG应急储备设施，增设4座150 m3LNG储罐；其次，开工建设东三环中压管线，并启用了东二环凤屏路高/中压调压站(供气量5 000 m3/h)，完善了矿区及周边的燃气管网。整个燃气管网如图1所示。

这些配套项目的建设，不仅满足了本次“气代煤”项目的用气需求，提升了矿区及周边乡镇的燃气供气总量，也优化了城区东南部燃气管网的结构。通过城市管网分区域供气缩减了原单一气源点的供气半径，降低和分散了公司燃气管道系统运营总体风险。

2.3 项目实施要点

本项目工程特点是工业管廊内的燃气管道施工。管廊是工业广场系统的重要组成部分，被视为工业广场的纽带，是连接工业广场各个生产要素和辅助设施的综合便捷通道[3]，已设有公用电力、通信、工业监控等缆线，给水、热力管道，动力风管等多种管线。

管廊方案和中压管位确定后，主动对接了煤矿地面设备运营部门和淮北煤电集团特种设备管理部，了解了煤炭行业专业标准和煤矿工业广场的管理需求，明确了调压后进入工业管场的燃气管道需同时满足 GB 50028-2006《城镇燃气设计规范(2020版)》和GB 50235-2010《工业金属管道工程施工规范》，尤其是钢管材质和壁厚的选用、检测和检验标准等方面。

(1) 钢管材质与壁厚。《城镇燃气设计规范》中可选用低压流体焊管、高频螺旋焊管和无缝钢管。考虑到工业管廊各专业管线众多，管材选用无缝钢管，壁厚增加1 mm设计安全余量和1 mm腐蚀裕量，即DN200的管道设计壁厚由通常的4 mm增加为6 mm。锅炉房的室内管道均增加1 mm设计安全余量，DN100及以下管道壁厚为4 mm，DN100以上壁厚为4.5 mm；

(2) 检测和检验标准。满足《工业金属管道工程施工规范》的要求，并按照TSG D0001-2009《压力管道安全技术监察规程—工业管道》同步监检。室外管道的焊缝拍片率由行业标准的 5%提升至10%，燃气引入管和锅炉房户内管的拍片率为15%。焊缝内部质量满足 GB/T 12605-2008《无损检测金属管道熔化焊环向对接接头射线照相检测方法》Ⅱ级质量要求。

原燃煤锅炉未安装可燃气体检测报警装置，现本项目增加了燃气报警系统和事故应急通风风机。

项目现场施工时，由于与矿区连续生产同步和施工线路狭长等原因，所以公司多次组织工程、监理和施工单位与甲方对接施工组织措施，优化材料、机具堆放和施工作业、吊装点位等；督促进场作业人员严格执行燃气操作规程，遵守煤矿安全规程和作业规范；协调锅炉本体安装、给水和热力施工队伍的交叉作业，严格遵守合同约定和施工计划推进项目进度；协调设计、施工、监理单位和地方特种设备检测部门，做好压力管道监督检验工作。

3 项目投运后期

本次“气代煤”项目为市政府环保督办项目，实施时间紧、任务重、工序和内外部沟通繁多。经过淮北煤电集团、地方政府和燃气公司等多方共同努力，该项目燃气锅炉于2019年12月建成投运至今已安全运营两年，社会效益突出。

燃气锅炉投运后，按照政府和矿业集团的要求逐步完成了锅炉房的燃气报警和施工应急通风设备的安装。目前矿区燃气报警、燃气数据远传等安全自控系统，包括燃气锅炉压力、温度和流量远程监控和电磁阀远程控制等正在逐步完善中。

在日常运维中，我公司主动对接燃气报警系统维保服务，加强燃气报警系统的日常检修保障，确保燃气正常供应和报警系统、事故应急通风处于正常工作状态。

在气源保障方面，除了完成增设东二环(仁和路)高/中压调压站等配套项目，同时规划建设东三环中压管线及省道S303朱仙庄-芦岭中压管线，提高矿区燃气锅炉供气的可靠性。

4 结语

锅炉“气代煤”项目的实施，不仅满足政府环保政策的要求，同时大大改善了锅炉操作人员的工作环境；管道燃气供气，减少了大量的燃料运输成本，企业运营成本和人力成本降低显著。由于煤矿企业安全标准和专业要求较高，对于此类项目建议结合《工业金属管道工程施工规范》《压力管道安全技术监察规程—工业管道》等工业管道要求和《煤矿安全规程》等行业规范，统筹商定燃气管道设计参数标准。

另外，煤矿是24 h连续生产的重点能源企业，项目正式投产后，燃气供应企业应及时完善周边燃气管网，尽快实现上游多气源保障和环网供气，做好气源保障和冬季应急调峰工作。