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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

低浓度煤层气也能实现掺混发电

2017-08-16

  2017年8月15日,国土资源部在北京召开发布会介绍全国油气资源勘查开采最新成果。国土资源部地质勘查司司长于海峰透露,煤层气方面,五年来,中国共探明煤层气地质储量2692亿m3,形成了沁水盆地南部和鄂尔多斯盆地东缘2个千亿方储量规模区,地面开发的煤层气产量从2012年的26亿m3增长到2016年的45亿m3,产业化、规模化进程加快。


  同日,有消息称,《山西省煤层气资源勘查开采规划(2016-2020年)》获得国土资源部正式批复。山西下一步将全面实施煤层气资源勘查开采规划,年内有望首次公开竞争出让一批煤层气矿业权。


  煤层气是指储存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体,是煤的伴生矿产资源,属非常规天然气,俗称“瓦斯”。煤层气的主要成分是甲烷,甲烷在空气中的浓度达到5%~15%时,遇明火就会爆炸,这是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。


  煤矿瓦斯分高浓度瓦斯和低浓度瓦斯,高浓度瓦斯是指瓦斯浓度大于25%的瓦斯,低浓度瓦斯是指瓦斯浓度低于25%的瓦斯。我国60%以上的瓦斯是含甲烷25%以下的低浓度瓦斯。因为低浓度瓦斯接近5%~15%的甲烷爆炸极限范围,不管是用于压缩还是液化,都有爆炸的危险,企业不愿意承担风险。


  事实上,各种浓度的瓦斯都可以利用。中国煤炭科工集团重庆研究院院提出了煤矿瓦斯梯级利用技术体系,从0~8%、8%~30%、30%以上,对不同浓度的瓦斯利用都有不同的技术解决方案,这些技术已经过10年以上的研究。重庆研究院通过“十一五”、“十二五”国家重大专项的技术攻关,开发出了“低浓度煤层气安全掺混技术”,实现了体积分数低于30%的煤层气掺混发电。


  工艺流程:煤矿泵站低浓度煤层气管道输送安全保障系统+矿井低浓度煤层气→低浓度煤层气掺混系统→低浓度煤层气装置产生高温烟气→余热锅炉产生过热蒸汽→推动汽轮机产生机械能→发电机产生电能→电上网。


  关键技术:矿井泵站抽采出的体积分数低于30%的低浓度煤层气由于气体流量和浓度的波动,在用于内燃机发电也常无法连续稳定运行,造成对环境的污染。“低浓度煤层气安全掺混技术”能将煤矿抽采系统瓦斯安全掺混进入低浓度煤层气中,使得低浓度煤层气热值增加;浓度和流量也能满足低浓度煤层气氧化装置的需要。同时在低浓度煤层气输送管道的出口火源点能引起爆炸危险的地方进行安全设防,迅速熄灭管道内爆炸火焰,控制住管道爆炸,保证瓦斯输送管网和泵站安全。


  应用实践:应用形成的低浓度煤层气掺混发电及输送,建设完成了高河煤矿低浓度瓦斯发电站(总装机容量30 MW),运行效果良好。该系统参数为:①输送低浓度瓦斯CH4体积分数10%~30%;②输送低浓度混合瓦斯最大量700 m3/min;③乏风CH4体积分数为0.16%~0.34%;④矿井乏风输送最大量18 000 m3/min;⑤掺混后CH4体积分数≤11%;⑥爆燃事故时喷粉完成时间≤170 ms;⑦爆燃事故时管道阻断时间≤100 ms。


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