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山东低浓度瓦斯发电设备瓶颈破解

】 2010-07-09 09:03:00 来源:中国煤炭信息网

“瓦斯不治,矿无宁日”。虽然高、低浓度瓦斯利用技术相继成熟,但只有彻底解决煤矿通风瓦斯(乏风)的问题,变害为宝,才算真正把瓦斯吃干榨净。“总体技术水平先进。”国家能源局日前组织的专家组对胜利油田胜利动力机械集团有限公司(胜动集团)研发的煤矿通风瓦斯(乏风)氧化技术及6万立方米/小时煤矿乏风氧化装置项目给予这样的评价。

 

“瓦斯不治,矿无宁日”。虽然高、低浓度瓦斯利用技术相继成熟,但只有彻底解决煤矿通风瓦斯(乏风)的问题,变害为宝,才算真正把瓦斯吃干榨净。

 

“总体技术水平先进。”国家能源局日前组织的专家组对胜利油田胜利动力机械集团有限公司(胜动集团)研发的煤矿通风瓦斯(乏风)氧化技术及6万立方米/小时煤矿乏风氧化装置项目给予这样的评价。

 

“低浓度瓦斯特别是低于1%的通风瓦斯利用在国际也很少,这项成果总体技术水平先进,为瓦斯利用、煤矿企业节能减排提供了一个新的途径,”通风瓦斯(乏风)氧化技术及6万立方米/小时煤矿乏风氧化装置应用技术成果鉴定组组长、中国工程院院士周世宁告诉记者:“通风瓦斯(乏风)的利用,对缓解能源危机、减少温室气体排放、保护环境具有重要意义。”

 

低浓度瓦斯能发电吗?

 

我国煤层气(俗称瓦斯)资源储量36.8万亿立方米,位居世界第三位。加强煤矿瓦斯综合治理、加快煤层气开发利用,有利于遏制煤矿瓦斯事故、促进煤矿安全生产、增加洁净能源供应,还可以优化产业结构,推动经济增长,促进能源行业健康可持续发展。

 

位于山东省东营市的胜动集团在2000年就掌握了浓度大于30%的瓦斯发电技术,并于2000年5月在山西晋城沁水五里庙煤矿投产了国内第一座瓦斯发电站。随着科技水平的不断提高,利用高浓度瓦斯发电技术已趋向成熟,但低浓度瓦斯由于瓦斯含量少、稳定性差且接近爆炸极限,传统发电机难以适应,发电操作难度大,开发利用研究相对滞后。从2005年开始,胜动集团又开始组织科研人员进行低浓度瓦斯(6%~30%)发电技术攻关,2007年,专利技术“低浓度瓦斯发电及输送系统”研发成功。

 

“当我们的低浓度瓦斯发电机组成功在淮南矿业集团投产发电时,一位德国专家拿着自己现场检测的11.3%的瓦斯浓度,连连摇头认为不可思议。”胜动集团执行总裁王志春说。

 

今年4月,新汶矿业集团的赵官煤矿利用胜动集团新研发的柴油引燃技术,建成了国内首座瓦斯浓度在4%左右的低浓度瓦斯发电厂。在赵官煤矿瓦斯发电站,瓦斯发电流程主要包括瓦斯抽采和发电两大环节,瓦斯被抽采上来后进入专用输送管道,在管道中经过冷却等技术处理后成为发电燃料,通过瓦斯发电输气系统传送到瓦斯发电机组,并最终转化成可利用的电能。

 

高、低浓度瓦斯在变害为宝、为民造福的同时,还有另一道技术难题——浓度更低的通风瓦斯(乏风):不排干净会威胁矿工安全,排到空中又加剧全球变暖、浪费能源。

 

让通风瓦斯不用再排空通风瓦斯(乏风)是指甲烷浓度低于0.75%的煤矿瓦斯,由于其甲烷含量极低,如果进行分离提纯,耗能远远超过获取的甲烷能量,很不经济。这种浓度的甲烷也不能直接燃烧,所以长期以来只能排空。据统计,在我国煤矿排放的甲烷中,矿井乏风占80%左右。

 

胜动集团从2006年初开始进行煤矿通风瓦斯(乏风)利用技术的探索,并于2008年开始进行氧化利用技术及装置的试验研究和产品开发,在陕西彬长矿业集团大佛寺煤矿完成了6万立方米/小时煤矿乏风氧化装置性能试验和工业性稳定运行试验,各项参数均达到设计要求,是全国目前单台处理能力最大的通风瓦斯氧化装置。

 

项目鉴定的专家组意见显示,煤矿通风瓦斯(乏风)氧化技术及6万立方米/小时煤矿乏风氧化装置,应用高温条件下低浓度甲烷氧化技术原理,采用逆流热氧化技术研制了煤矿乏风中甲烷与氧气发生氧化反应的工艺技术和装置。氧化反应装置通过内置加热器加热启动后,利用低浓度甲烷自身氧化释放热量并能自行稳定连续运行的特点,用热交换器转化成蒸汽进行利用,是煤矿节能减排的有效技术。

 

通过研究热力场均匀控制技术、氧化过程气流换向控制和换向过程中逃逸甲烷气体回收氧化技术以及抽排瓦斯与乏风掺混氧化安全控制技术等研究,开发成功6万立方米/小时煤矿乏风氧化装置。

 

氧化装置运行无振动、无噪声、不产生二次污染;乏风低压进入氧化装置,能耗少;应用操作方便、安全性高。此项技术构思和产品设计为煤矿通风瓦斯(乏风)处理和利用提供了有效的新技术和新装备。

 

“我们自主研发的乏风甲烷氧化装置主要是利用煤矿瓦斯中的甲烷进行氧化反应产生热能,并将热能实施阶梯利用,实现热、电、冷联供。同时通过氧化装置制取过热高压蒸汽驱动蒸汽轮机发电,蒸汽余热则可供煤矿职工洗浴、矿区冬季采暖、北方煤矿进风口空气预热、矿井采掘面制冷等。此外,装置也可处理垃圾填埋场排出的甲烷废气以其他挥发性有机化合物。”王志春认为:“此项技术装置的成功开发,让通风瓦斯不用再排空,实现了将瓦斯吃干榨净,矿井瓦斯零排放不再是梦想。”

 

瓦斯也能申请CDM项目据了解,彬长集团建设的通风瓦斯氧化发电项目计划投资8600余万元,设计安装10台6万立方米/小时煤矿瓦斯(乏风)氧化装置制取过热蒸汽,组建装机容量8000千瓦的蒸汽轮发电厂,年可供电3000多万千瓦时。在大佛寺煤矿实施后,每年可回收利用甲烷3000多万立方米,减排温室气体折合二氧化碳30万吨。通过添加地面抽排瓦斯提高通风瓦斯浓度,以提高热量的利用率,实现“零排放”目标。国家发改委已批准此项目为CDM(清洁发展机制)项目,目前正在向联合国申请CDM项目注册。

 

通风瓦斯氧化发电项目建成后,大佛寺煤矿将成为煤矿通风瓦斯利用示范工程。彬长集团将陆续在彬长矿区其他矿井建设通风瓦斯电厂,形成装机容量3.2万千瓦的发电能力,预计每年发电1.6亿度,减排减排温室气体折合二氧化碳200万吨左右。以一个年产煤炭100万吨、乏风流量1万立方米/分钟、甲烷浓度为0.5%的煤矿为例,可以安装10台处理能力为6万立方米/小时的氧化装置。每年产生热能折合400万吨标煤,减排二氧化碳30万吨,相当于一个15万千瓦装机容量的燃煤电厂或20万辆小汽车的二氧化碳排放量。仅每年CDM收益就达3000万元。

 

“自2000年5月以来,我们已有1400台发电机组服务于煤矿等企业,国内市场占有率达80%以上,在全国建设燃气电站近200座,总装机容量达70万千瓦,年可减排二氧化碳6000万吨。”王志春说。

 

曾身背“第一杀手”罪名的瓦斯,如今摇身一变成为清洁能源,不仅使煤矿提高了安全生产系数,减少了温室气体排放,为全国煤炭行业的节能减排开辟了广阔空间。

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