多气源掺混技术在高河煤矿低浓度瓦斯蓄热氧化

高河煤矿低浓度瓦斯蓄热氧化发电项目采用了 乏风瓦斯作为主要燃料的热逆流氧化技术，属 于主要燃料利用技术。乏风瓦斯与抽采瓦斯通过掺 混装置进行均匀掺混，混合后进入蓄热式氧化装置 发生氧化反应放热产生热风，用其加热锅炉产出蒸 汽并推动汽轮机及发电机组运转，进而发电上网。 将通风瓦斯变废为宝，既节约了能源，又实现了低热 值燃料资源的综合利用，同时在利用过程中不会形成二次污染，具有明显的经济效益和环保效益。

项目概况
高河煤矿低浓度瓦斯蓄热氧化发电项目基本 情况 高河煤矿低浓度瓦斯蓄热氧化发电系统( 简称 蓄热氧化发电系统) 建于山西潞安矿业( 集团) 有限 责任公司高河煤矿，该矿位于山西省长治市西 部，属高瓦斯矿井，设计产量 6．0 Mt /a，矿井乏风瓦斯 甲烷体积分数为 0．33%左右。高河煤矿建有高、低负 压 2 套地面永久瓦斯抽采系统，抽采瓦斯甲烷体积分 数分别为 3．5% ～10．0%和 10．0% ～ 35．0%，2 套系统最 大抽采瓦斯混合量为 700 m3 /min( 标准状态下，下 同) ，甲烷体积分数为 10．0% ～30．0%( 最大瓦斯纯量 为 130 m3 /min) 。在蓄热氧化发电项目实施前，高河煤矿乏风瓦斯和抽采瓦斯均未能有效利用。

蓄热氧化发电系统组成 蓄热氧化发电系统主要由瓦斯输送系统、动态 连续掺混系统、低浓度瓦斯安全输送保障系统、ＲTO 氧化装置、锅炉蒸汽系统、汽轮机、发电机组与电能 上网及其他辅机系统等组成。

动态连续掺混系统
北京中惠普分析技术研究所开发系统组成 动态连续掺混系统在蓄热氧化发电系统中起着 重要的作用。该系统主要由乏风输送管道、低浓度 瓦斯抽采管道、动态连续混气装置和监控系统等组成。

系统工作流程
1) ＲTO 氧化系统向动态连续掺混系统提出瓦斯 需求量请求，掺混系统关闭气动阀门 Q7 和 Q8、开启 DN600 mm 管路上的阀门 MG1 和 MG2，缓慢将调节 阀 MT7 和 MT8 调 至 开 度 80%、60%、50%、40%、 30%，将抽采瓦斯输入 DN600 mm 管路进行对冲掺 混，随后进入 DN1 200 mm 管路，其瓦斯浓度传感器 检测到瓦斯，开启二次掺混阀门进入动态连续混气装置，完成掺混流程。
2) 随着 ＲTO 氧化装置负荷不断增大，当 DN600 mm 瓦斯输送管道中瓦斯流量不能满足需要时，需要输 入 DN800 mm 管道的瓦斯气体。
3) 缓慢开大调节阀 MT7 和 MT8，使掺混后混合 气甲烷体积分数降至 0．6% ～ 0．7%，当 DN1 200 mm 管道的气体压差降至 3 kPa 时，关闭气动关断阀 Q9， 打开关断阀 MG3，迅速将 MT9 关至 50%开度，待压 差传感器缓慢上升后，再不断关小 MT9、MT7 和 MT8 至 30%开度。
4) 当压差升至 8 kPa 时，增大乏风气体流量，为 ＲTO 系统提供更多的混合瓦斯气体，此时完成多气 源掺混，2 条 DN500 mm 管路与 1 条 DN800 mm 管路 完全启用，形成以 DN1 200 mm 管路向动态连续掺 混系统输入的瓦斯气源。
5) 随着 ＲTO 氧化装置对混合瓦斯流量需求的 持续增大，当 DN1 200 mm 管道的气体压差下降至 3. 5 kPa 时，不断关小 MT7、MT8 和 MT9 阀门开度， 直至全部关闭，所有抽采瓦斯进入掺混系统，此刻达 到最大供气能力，且发电量也达到当前瓦斯流量下 的最大产能。

动态连续掺混系统应用效果
目前，蓄热氧化发电系统发电量稳定在 1．0 万～ 1．4 万 kW·h，达到设计能力的三分之一。北京中惠普ＲTO 氧 化装 置 直 接 处 理 的 混 合 气 体 甲 烷 体 积 分 数 为 0．9% ～1．1%，发电系统有 12 台 ＲTO 设备，开机率为 50%。动态连续掺混系统可使抽采瓦斯和矿井乏风 被安全有效混配。

结语
通过动态连续掺混技术的实施，确定了瓦斯监 控、阀门对应开度，以及操作时刻等关键参数，实现 了热态下掺混系统按需自由切换与混配不同参数的 瓦斯气源，并以指定的压力与甲烷体积分数稳定进 入 ＲTO 氧化装置，简化了各系统的操作流程，减少 了对抽采系统的冲击。动态连续掺混技术提高了蓄 热氧化发电系统的稳定性、可靠性及安全性，能够确保发电系统持续输出电力，同时对降本增效，具有实 用价值与现实意义。