中国煤矿瓦斯利用技术-中国煤矿瓦斯利用技术

煤矿瓦斯利用技术中国煤矿瓦斯利用技术中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心主要内容一、中国煤矿瓦斯利用的发展二、煤矿瓦斯作为能源利用1、煤矿瓦斯发电2、燃料（工业利用、民用）三、煤矿瓦斯液化技术四、煤层气浓缩富集五、矿井回风瓦斯的利用六、煤矿瓦斯作为化工原料利用七、煤业集团公司瓦斯利用发展规划简介八、存在的问题九、发展趋势一、中国煤矿瓦斯利用的发展中国煤矿瓦斯利用的发展1940年：抚顺龙凤矿在地面建立瓦斯抽采泵站和容积为50m3的瓦斯储罐，储存从采空区抽出的瓦斯，瓦斯抽采流量10m3/min,瓦斯浓度30~40%，开始民用；1952年：抚顺龙凤矿煤层巷道法抽本煤层瓦斯获得成功；1954~56年：抚顺龙凤矿、老虎台矿和胜利矿试验成功钻孔法预抽本煤层瓦斯，促进抚顺市城市瓦斯民用的发展；1957~58年：阳泉四矿试验成功钻孔法抽采上邻近层卸压瓦斯，开始利用瓦斯：坑口食堂煮饭、烧茶炉、锅炉、坑口采暖和阳泉发电厂发电；1960年：抚顺龙凤矿瓦斯抽采量5000万m3，利用率91.6%；1970年：阳泉一、二、三矿建起三个矿井瓦斯民用系统，同时建立在一矿建起一座年产300t的碳黑厂（生产半补强碳黑），在三矿建起一座年产500t的甲醛厂。1992年：①阳泉市矿井瓦斯民用总户数达4万户（供气甲烷浓度41%,热值14.65MJ/标m3,密度1.052kg/标m3,符合《城市煤气设计规范》煤气质量标准），日供气量为45.66万m3。②抚顺龙凤和老虎台两矿矿井瓦斯民用总户数达3.5万户。2003年:中国年瓦斯抽采量1521Mm3，利用量629.21Mm3；2005年:①中国年瓦斯抽采量达到2333Mm3;②推广低浓度瓦斯发电，瓦斯利用量超过1000Mm3;③阳泉、晋城、淮南、松藻、盘江、水城和抚顺7个矿业集团的年瓦斯抽采量超过100Mm3。④抚顺、晋城、阳泉、靖远等4户企业基本形成了民用、发电、工业炉窑燃烧、汽车燃料等多领域的瓦斯利用，利用率超过90%。其中，阳泉煤业集团民用瓦斯总户数由2000年前的6万户到2005年底增加到11万户，年利用瓦斯总量达到5000万m3。中国煤矿瓦斯利用的发展2006年:①中国年瓦斯抽采量达到2614Mm3;②瓦斯利用量达到1200Mm3；③阳泉、晋城、淮南、松藻、盘江、水城、抚顺、淮北等10个矿业集团的年瓦斯抽采量超过100Mm3；④地面抽采量为130Mm3，新打地面钻井约800口，地面钻井总数约1400口；⑤普及瓦斯发电，发电装机容量12×104kW，建设中的装机容量达34×104kW。中国煤矿瓦斯利用的发展2007年:①中国年瓦斯抽采量达到4735Mm3;②瓦斯利用量达到1445Mm3；2008年：①中国年瓦斯抽采量达到5300Mm3，其中;地面煤层气产量500Mm3，是2005年的14倍②瓦斯利用量达到1600Mm3；③民用90万户，瓦斯浓度CH440%。2009年1~6月：①中国半年瓦斯抽采量达到3240Mm3;②瓦斯利用量达到1070Mm3；中国煤矿瓦斯利用的发展煤层气的利用从甲烷浓度来分可分为三类。1、高、中浓度甲烷：1）发电：燃烧利用式CH430%，天然气（煤层气）电厂可达56%2）燃料：CH440%工业燃料、民用燃料、液化和浓缩富集；2、低浓度甲烷：爆炸利用式CH4=5~15%细水雾输送低浓度发电技术3、矿井回风甲烷：混燃发电和热逆流转换反应技术中国煤矿瓦斯利用的发展煤层气的利用从用途分可为两大类，即能源和原料。1、能源：1）发电：煤发电厂热效率最高为40%，天然气（煤层气）电厂可达56%，鼓励采用单机容量500千瓦及以上的煤矿瓦斯发电机组，以及大功率、高参数和高效率的煤矿瓦斯发电机组；2）燃料：①工业燃料：锅炉燃料、金属冶炼、陶瓷玻璃工业；②民用燃料：煤制气热值低(14.6kJ/m3)，煤层气热值高(35.6kJ/m3)，天然气是21世纪中国城市民用燃气首选燃料；③汽车燃料，改善汽车尾气对大气的污染。④热电冷联供瓦斯发电余热制冷矿井降温中国煤矿瓦斯利用的发展2、原料：1）煤层气制合成氨，世界合成氨的73.7%来自天然气，我国合成氨的18%来自天然气2）甲醇80%由天然气生产；3）煤层气制乙炔，由天然气部分氧化法生产乙炔，由乙炔生产PVC制品；4）煤层气制炭黑5）煤层气制甲醛6）煤层气制乙醇中国煤矿瓦斯利用的发展中国煤矿瓦斯利用的发展国家发改革委07-5-11日发布《关于利用煤层气（煤矿瓦斯）发电工作实施意见的通知》：1、鼓励利用煤矿瓦斯发电；2、瓦斯发电上网电价将比照生物质发电上网电价执行，即当地2005年脱硫燃煤机组标杆上网电价加每千瓦时0.25元补贴；3、煤矿瓦斯电厂所发电量原则上应优先在矿区内自发自用，需要上网的富余电量，电网企业应当予以收购，并及时结算电费。煤矿瓦斯电厂不参与市场竞价；4、电网企业将为煤矿瓦斯电厂接入系统提供各种便利条件。由电网企业负责投资建设电网至公共联结点的工程，由发电企业负责投资建设电厂至公共联结点的接入系统工程。在这一政策推动下，瓦斯利用和发电将有突破性发展！中国煤矿瓦斯利用的发展国家政策•未进入城市公共配气管网的民用煤层销售价格由供需双方协商确定；•进入城市公共配管网并纳入政府管理范围的民用煤层气销售价，按照与天然气、煤气、液化气等可替代燃料保持等热值合理比价关系的原则确定。一般民用价格1.0-2.5元／m3（纯）。政策和管理力度不断加强文件编号、时间发文部委政策核心精神2009.04国家能源局关于组织开展全国重点煤矿区煤层气抽采利用规模化建设工作的通知2010年抽采量1亿m3矿区数18个；2015年36个发改办【2006】1044号国家发改委煤层气（煤矿瓦斯）开发利用“十一五”规划首次将煤层气列入规划国办发【2006】47号国务院办公厅关于加快煤层气（煤矿瓦斯）抽采利用的若干意见宏观指导勘探开发利用享受优惠政策财建【2007】114号财政部关于煤层气（瓦斯）开发利用补贴的实施意见发电中央补贴0.2元/m3（纯），地方适当补贴发改能源【2007】721号国家发改委关于利用煤层气（煤矿瓦斯）发电工作实施意见的通知鼓励采用500kw以上发电机组，开发1000kw以上内燃机组及大功率燃气轮机组；补贴0.25元/kwh财办建【2008】34号财政部办公室关于组织申报煤层气（瓦斯）开发利用财政补贴资金的通知用于民用、锅炉燃料、汽车、化工、非发电企业财税【2007】16号财政部/税务总局关于加快煤层气抽采有关税收政策问题的通知设备加速折旧；国产设备技术改造，企业所得税减免投资的40%；新技术减50%国土资发【2007】96号国土资源部关于加强煤炭和煤层气资源综合勘查开采管理的通知采煤采气一体化，解决矿权问题财关税【2006】13号财政部/海关税务总局关于煤层气勘探开发项目进口物资免征进口税收的规定发电中央补贴0.2元/m3（纯），地方适当补贴二、煤矿瓦斯作为能源利用瓦斯的能源利用•甲烷的高～低热值=35.85～39.9kJ（8562～9527kcal）/Nm3，（注：高热值—单位体积的燃料完全燃烧，生成的水蒸气全部冷凝成水时所放出的热量；低热值—单位体积的燃料完全燃烧，生成的水蒸气不冷凝成水时所放出的热量）。•1000Nm3甲烷相当于1.14t标准煤。•1m3纯瓦斯可发电约3.5kwh，或瓦斯浓度为30%的烷空混合气可发电约1kwh。瓦斯的能源利用甲烷的理化性能适于作发动机的燃料，与汽油相比，甲烷具有如下特点：•较高的辛烷值（120#）；•抗爆性好，有利于提高发动机的压缩比，增加燃料的利用效率；•甲烷在燃烧室内燃烧充分、完全、无灰，其排气的CO、CH、NOx等有害成分少，环保效益好：甲烷污染＝石油污染１／４０＝煤炭污染１／８００1、煤矿瓦斯用于发电中高浓度瓦斯发电目前瓦斯发电机组主要有三类：内燃机组、燃气轮组和蒸汽轮机组。发电机组类别蒸汽轮机组燃气轮组内燃机组技术成熟度成熟成熟成熟投资元/kw5500-650055005000-5500热效率%15-2530-4032-43利用浓度CH4%30406特点运行可靠、系统庞大、复杂单机功率大、占地面积小系统简单、运行灵活、瓦斯浓度利用范围宽广适应性联合循环发电大型瓦斯发电广泛1、煤矿瓦斯用于发电中高浓度瓦斯发电国内外典型瓦斯发电机组主要技术参数比较表项目机型中国胜动500GF道依茨TG620V16K卡特彼勒3520C颜巴赫TGC420瓦克夏APG1000额定功率kw5001360180014161000实际功率kw400126017001300980缸径mm190170170145152热效率%3241424243排气管温度oC500525464400400储气柜不需要需要需要需要需要瓦斯浓度%CH46252525251、煤矿瓦斯用于发电应用案例：世界装机容量最大的瓦斯发电项目——晋城煤业集团寺河煤矿120MW瓦斯发电项目流程框图储气罐燃气内燃机组瓦斯预处理10kv发动机和开关柜板式热交换机燃机水冷系统集中供热站配电装置余热汽锅炉化学水处理污水处理系统排放烟气排放汽轮机发电机组循环冷却水系统输电供热电厂装机容量为60台单机1.8MW的内燃发电机组，共四个单元，各单元有15台机组，各单元配三台5.625t/h余热锅炉和一台3MW汽轮发电机组，同时机组的缸套冷却水经热交换向寺河矿集中供热。寺河煤矿120MW瓦斯发电技术经济分析序号分析项目分析结果1发电机组型号卡特彼勒内燃机CAT35202发电机组厂商美国卡特彼勒公司+上海电气集团l3发电站装机容量4X(15XI.SMW+3MW)=120MW4发电站总投资87521万元5年运行时间7000h6利用瓦斯浓度含CH430%~50%7年用水量45万m38小时消耗瓦斯量25529Im3/h9单位kW.h消耗瓦斯量0.213m3/kW.h10年利用瓦斯量1.787亿m311年发电量8.4亿kW.h12发电厂热效率80%瓦斯利用优惠政策及发电设备的国产化促进了瓦斯发电•生产燃瓦斯发电机组的国内主要生产厂家有：山东胜利油田动力机械设备厂、济南柴油机厂、江苏南通宝驹集团等。•生产工业瓦斯锅炉的国内生产厂家有：广东迪森、上海新业、青岛四方、太原绿威等。1、煤矿瓦斯用于发电年份200520062007200820092010发电装机容量/万kw9156092120150瓦斯发电发展较快：全国瓦斯发电装机容量增长走势如下表所示•一座500kw内燃机瓦斯发电机组附属配套装置需投资150万元，按每度电0.25元/kwh出售给煤矿计算，3年可收回投资。瓦斯用于发电瓦斯发电400GF—TK1型瓦斯发电机组（济南柴油机公司生产）瓦斯利用12V190ZD济柴产品瓦斯利用500GF--!?TK济南产品瓦斯利用1512系列瓦斯发电机组转速1000~1500r/min;功率500~700Kw济柴产品•2000kw瓦斯发电机组1200kw瓦斯发电机组500kw瓦斯发电机组•胜利动力机械有限公司生产的瓦斯发电机组系列：•型号功率转速总质量瓦斯•能耗率•kwr/mintMJ/kw.h•500GF500100012.510•1200GF1200100025.010•2000GF2000100032.010瓦斯发电机组沈阳矿区瓦斯发电400Kw瓦斯发电机组500kw发电机组胜利动力机械有限公司生产的瓦斯发电机组400kw500kw照片电控、增压、数字点火部件照片（胜利动力机械有限公司产品）瓦斯发电瓦斯利用•低浓度瓦斯发电技术成熟，运行功率为400~420kW，发电单位投资8000~9500元/kW。推广的矿区有：鸡西、阜新、沈阳、峰峰、两淮、磴槽、平煤、阳泉、离柳、潞安、彬长、石炭井、华蓥山、盘江瓦斯利用陕西某煤矿低浓度瓦斯发电技术经济分析表序号分析项目分析结果1发电机组型号胜动500GFl-3RW+余热锅炉配汽轮机组2发电站装机容量24X500kW+l000kW=13000kW3利用瓦斯浓度10%4发电站总投资8431.97万元（固定资产投资7845.26万元）5