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煤层气开发与利用现状

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煤层气 开发 利用 现状
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贵 州盘江矿区煤层气开发与利用现状探讨摘 要 :煤层气的排空不仅是对能源的极大浪费,而且是对环境的严重破坏 。煤层气的抽采与利用一直都是艰难的课题 。贵州盘江矿区近年来对煤层气实行高浓度发电,低浓度发电及民用,特低浓度及乏风瓦斯氧化利用的梯级开发,逐步实现煤层气的 “零排放 ”目标 。对其他矿区今后利用煤层气提供有价值的参考 。关键词 :贵州盘江;煤层气;发电与民用;乏风氧化; 67 文献标识码 :A 文章编号 :10082011) 05, 1. 50003, 2. 50003, 3. 53536, he of is a of a of is a to to to of to in a to to in 2010订日期 :2011州省科学技术基金资助项目 [黔科合 J 字 (2008)2010];教育部春晖计划资助项目( 贵州省科技厅社会发展攻关项目 [黔科合 (2009)3032]作者简介 :何明华( 1980-),男,贵州黔西人,贵州大学在读硕士研究生,研究方向:矿井灾害防治, 明华1,袁 梅1,2,王 珍1,陈伟才30 引言煤矿瓦斯也称煤层气,是一种以吸附状态为主,生成并储存在煤系地层中的非常规天然气 。煤层瓦斯不仅是煤矿事故的罪魁祸首,也是环境污染的头号杀手,抽排瓦斯对大气产生的温室效应是 左右 。近年来,国内外纷纷投入对瓦斯利用的研究,在技术上取得了重大突破(特别是低浓度瓦斯发电技术的成熟),我国也出台了相应的政策,积极鼓励和推动煤层瓦斯相关项目的研究利用 。贵州盘江矿区为加快对瓦斯的利用进程,改善矿区环境,减轻对大气的污染,专门组建了贵州盘江煤层气开发利用有限责任公司,来开发利用整个矿区(包括土城矿 、月亮田矿 、山脚树矿 、老屋基矿 、火铺矿)抽采的瓦斯 。目前已基本形成高浓度瓦斯发电,低浓度瓦斯发电及民用,特低浓度瓦斯及乏风瓦斯氧化利用的梯级开发 。1 国内外煤层气开发及利用技术现状分析目前全球煤层气储量约 亿 中 90%分布在 12 个主要产煤国家,我国的煤层气储量约( 1. 贵州大学 矿业学院,贵阳 550003; 2. 贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室,贵阳 550003; 3. 盘江煤电集团公司 技术中心,贵州 六盘水 553536)问题探讨第 30 卷第 5 期2011 年 5 期煤 炭 技 术011种信息进行查询提供了极大的方便 。参考文献:[1] 王凤斌,段隆振,李向东,等 J]2005( 2): 20- 23.[2] 张平,马德云 J]2006, 14( 3): 82- 82.[3] 杨廷双 J]2005, 31( 4): 411- 414.[4] 马小军,周海燕 J]2002, 21( 5): 37- 39.(责任编辑 赵勤)1111111111111111111111111111111111111111111111111111130~35 万亿 世界第三位 。当前煤层气利用产量最高,商业开发最成功的国家是美国,从上世纪70 年代就已起步,现在已进入稳定上升期,其次是加拿大 、澳大利亚 、英国等[1我国起步较晚,发展缓慢,近年来开始引进国外开发技术,开展了煤层气的勘探试验,取得了实质性突破 。当前,国内外对煤层气的开发利用,一般根据抽采瓦斯的浓度分别采用不同的利用技术[3见表 1) 。2 州省煤层气资源的优势及不利因素分析贵州省煤层气储量丰富,资源集中,品位好,区位好,有利于环境保护,相对于国内其他省份有着开发利用的明显优势[6]。但同时,由于贵州地质构造比较复杂,煤层厚 、埋藏深 、透气性差,抽放有效半径小,煤层气含量高,抽放时间短,边采边抽使得预抽总量少等等原因,导致抽放效果差,抽采率低下[7]。江矿区煤层气抽采与利用现状盘江矿区位于贵州的西部,是我国重要的瓦斯富集区之一 。2000 年以前,盘江矿区抽采煤层气大部分都直接排空没有利用,这不仅大大增加了温室气体的排放,而且还浪费了宝贵的清洁能源 。近年来,盘江矿区开始对抽采的煤层气进行开发及利用,并对抽放工艺进行了如下改造:( 1)通过高位抽放 、埋管抽放 、底板抽放 、长钻孔抽放及本煤层预抽改善煤层的透气性;( 2)加大主要通风机功率,解决回风巷瓦斯超限问题;( 3)改进瓦斯抽采设备,将原有的瓦斯抽放泵更换为大功率的瓦斯泵 。通过以上措施,目前整个盘江矿区透气性系数都得到了很大的提高,几年来效果显著 。目前,盘江矿区对煤层气的抽采率居于全省前列,远远高于贵州省全省的平均水平( 16 %) 。2009 年抽采率达 60%以上,预计 2010 年抽采率将提高至 70 %左右 。2001- 2008 年的抽采量 、利用量与利用率对比情况如表 2 与图 1 所示,从图上可看出,通过一系列技术措施对抽采工艺的改进,盘江整个矿区的各矿井抽采量逐年上升,并从 2005 年起趋于稳定 。3 盘江矿区煤层气抽采工艺及利用现状盘江矿区对煤层瓦斯的开发利用,分以下几步进行,前期主要是高浓度及低浓度的瓦斯发电,目前已基本成熟并趋于稳定,第二步是对三角树 、月亮田 、土城三矿区进行瓦斯民用,目前正在建设当中,下一步将进入风排瓦斯的利用阶段,逐步实现煤层瓦斯 “零排放 ”的最终目标 。电( 1)盘江地区瓦斯贮量:盘江地区属于低浓度瓦斯,抽采贮量 2009 年为 2010 年为 计 2011 年可达 2 亿 前抽采出来的瓦斯浓度介于 10%~30 %之间,其中浓度为 20%以下的抽出瓦斯量占总抽采量的 65%~70%,浓度为 30%以上的占 15%左右 。完全可达低浓度瓦斯发电的要求,发出的电比较稳定,既不浪费气源,又把所有机组的负荷带起来 。( 2)发出的电用途:盘江矿区目前所用的是由“胜利油田动力机械集团有限公司 ”制造的 “低浓度瓦斯发电机组( 500~600 ”发电 。发出的电主要返输矿井进行自用,用于以下方面: ①带动主要通风机; ②带动瓦斯抽放泵; ③供井下变电所用电 。( 3)瓦斯发出电的优缺点:因矿区抽出瓦斯浓度比较稳定,所以发出的电在正常运转时,与大电网输送的电量相比,相对有如下特点: ①水电容易受枯水期影响,而瓦斯发电能保证不受大电网影响,形成很好的良性循环,从局部上有明显优势; ②从整体上看,瓦斯发电明显受抽采量的影响,负荷不足,与大电网相比,电量明显悬殊 。( 4)经济效益: /kW·h,而由盘江煤层气公司输送的瓦斯发电电价为 /kW·h, 。以矿区金美公司为例,每年耗电总量约为7 亿多 kW·h,用瓦斯发出的电量为 kW·h,这样相对于全部用大电网的电,矿区每年可节约用电成本 3 090 万元 。矿区抽出的瓦斯又以 /样以 2009 年的抽采总量 可为矿区创收 3 280 万元 。两项表 1 不同浓度煤层气的利用技术用技术特高浓度 (大于 60%)高浓度 (在 30%~60%之间)低浓度 (在 8%~30%之间)特低浓度 (在 4%~8%之间)抽排瓦斯浓度小于 4%及乏风瓦斯提纯利用高浓度瓦斯发电机组发电低浓度瓦斯安全输送及发电技术发电燃油引燃式瓦斯发电机组发电氧化处理,先发电后制冷 、制热,进行热量梯度使用表 2 盘江矿区各矿 2001瓦斯抽采量 、利用量与利用率统计表年度土城矿/万 万 万 万 万 % 盘江矿区 2001:贵州盘江矿区煤层气开发与利用现状探讨第 5 期 ·243·煤 炭 技 术 第 30 卷·244·相加,矿区对抽采瓦斯利用可获利 6 370 万元 /a。用盘江矿区贯彻国家节能减排方针,对低浓度瓦斯进行民用研究,先后建成山脚树矿和月亮田矿 2个瓦斯民用工程,分别在这 2 个矿井建成一个 1 万安全装备设施,目前,山脚树矿和月亮田矿食堂及家属区各有 2 000 户居民已用上瓦斯;土城矿建成 1 个 1 万 安全装备设施,矿区及洒基镇的 3000 居民已用上瓦斯 。到目前为止,矿区已有 7 000户居民燃用瓦斯 。矿区民用瓦斯量(纯量) 269 万m3/a,矿区瓦斯民用现状见表 3。区风排瓦斯利用项目与瓦斯 “零排放 ”方案煤层瓦斯最大的浪费在于超低浓度的风排瓦斯,我国每年由乏风排入大气的甲烷多达 100~150亿 每年通风及抽排瓦斯总量的 70 %。排空的瓦斯不仅浪费了大量能源,同时也造成了严重的环境污染 。合理利用乏风瓦斯,加速对风排瓦斯的利用进程,才是煤层气利用技术的最终目标 。由于乏风瓦斯一般浓度在 以下,利用成本过高,企业往很难盈利,为鼓励煤炭企业积极利用风排瓦斯,减少碳排放量,国际推出 洁发展机制)项目(减排 欧元 /t),我国同时实行补贴政策 (销毁甲烷按 /。盘江煤层气开发利用有限责任公司与胜动集团(胜利油田胜利动力机械集团有限公司)合作,率先引进胜动集团研制的 “煤矿乏风甲烷氧化装置 ”,先用外部能源(如电能)对氧化床进行加热,创造甲烷氧化反应的环境( 1 000℃);然后把通风瓦斯引入氧化床,氧化产热,产生的热量一部分维持氧化反应,多余部分则以水蒸气形式排出,用于制冷 、制热或发电 。该装置可使甲烷氧化率达 95 %以上,接近零排放 。甲烷浓度在 下时,氧化所产生的热量仍可以维持氧化作用继续进行;甲烷浓度达到 上时,产生的蒸汽可以用于制冷 、制热 、发电等,实现阶梯利用 。盘江矿区引进煤矿乏风氧化装置,对乏风瓦斯进行最大限度的氧化利用,同时制定了甲烷 “零排放 ”解决方案 。不仅充分利用了煤层气资源,减少碳排放,而且能为矿区带来显著的经济效益 。该方案2010 年的运行收入初步概算如下:( 1)乏风氧化获取国际 年氧化纯 396 万 合减排 1 万 t,可获取 益为 1 596 万元(注:乏风浓度为 氧化率 97 %,年运行时间按 8 000 h,碳交易价格为 8 欧元 /t,人民币汇率为 算);( 2)销毁 年氧化纯 396 万 获取国内补贴 279 万元(注:销毁甲烷补贴按 /( 3)蒸汽发电收益:余热锅炉及乏风氧化装置产生的过热蒸汽每年可发电约为: 1 800 kW/h×8 000h=1 440 万 自身消耗电能约为 417 获得售电年收益为 547 万元(注:售电电价按 ) 。以上收入合计为: 1 596 万元 +279 万元 +547 万元 =2 422 万元 。4 结语盘江矿区对煤层气的开发与利用技术,在贵州省处于领先地位 。主要在于矿区从以下方面对煤层气的抽采与利用进行了改进 。( 1)通过改进本矿区抽采工艺,提高煤层气抽采率;( 2)制定合理的梯级开发利用方案,提高抽采瓦斯的利用率;( 3)大胆引进国内外先进技术,率先投入对风排瓦斯氧化利用的建设;( 4)对高浓度煤层气进行发电利用 、对低浓度煤层气进行发电及民用的综合利用 、对特低浓度煤层气及风排瓦斯进行氧化利用的梯级开发,逐步实现矿区瓦斯 “零排放 ”的目标 。在国际 江矿区立足自身,借鉴国内外先进技术及经验,率先进行煤层气的开发利用,并在煤层气公司组建短短几年里,迅速收回成本并开始盈利,为国内其他矿区目前及今后开发利用煤层气提供了很有价值的参考 。参考文献:[1] 马晓钟 J]2007,4(3):28- 31.[2] 司光耀 ,蔡武 ,张强 J]2009,6(2):44- 46.[3] 黄盛初 ,刘文革 ,赵国泉 J]2009,35(1):5- 10.[4] 孙茂远 ,朱超 J]2001,27(2):55- 58.[5] 李洪 J]2009,35(1):14- 18.[6] 袁梅 ,李希建 ,李波波 ,等 J]2008,36(20):11- 13.[7] 陈富庆 ,郁钟铭 J]然科学版 ,2005,34(2):34- 37.(责任编辑 赵勤)表 3 盘江矿区煤层气民用现状序号 矿井 储配站用户数 /户利用瓦斯量 /万 m3·123山脚树月亮田土城矿10000座及配套设施10000座及配套设施10000座及配套设施2 0002 0003 0007777115合计 7 000 269
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