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达科特能源谈瓦斯系列之3:煤矿低浓度瓦斯利用大有可为

煤炭资讯网 2013-7-10 15:25:53    厂商在线

  随着我国在世界上首创的低浓度瓦斯发电技术取得的突破性进展和中央财税扶持政策的相继出台,为保证煤矿生产安全而被白白抽放排空的低浓度瓦斯从此可以变废变宝。作为我国为煤炭第一大省的山西省,如果能把目前大量抽放排空的低浓度煤矿瓦斯进行发电和发热利用,不仅可以减少甲烷排放对环境的污染,还可以给煤矿带来较好的经济效益,山西省低浓度煤矿瓦斯利用大有可为。

  一、煤矿瓦斯抽采利用现状及技术情况

  我国煤炭资源开采量一直居世界首位,而山西省煤炭开采量居全国之首,2010年全国原煤产量32.4亿吨,比2009年的30.5亿吨增加了1.9亿吨,同比增长了8.9%,是2005年的1.4倍。山西省煤炭产量达到7.4亿吨,创历史新高,比上年增长20.4%,约占全国总产量的1/4。

  伴随着煤炭资源的勘探和开采,煤矿瓦斯作为伴生资源被大量的发现。煤矿瓦斯按所含甲烷浓度分为四大类:一类是地面抽采煤层气,甲烷浓度大于80%,主要用于民用、汽车燃料、发电等;二类是煤炭开采过程抽排出,甲烷浓度在25%至80%之间的瓦斯,称为高浓度煤矿瓦斯,主要用于民用、化工、发电、燃烧等;三类是煤炭开采过程抽排出,甲烷浓度<25%的,称为低浓度瓦斯,目前小部分用于发电,大部分直接排空;四类是煤矿通风系统中排出的甲烷浓度低于1%的,称为“通风瓦斯”,直接放散。

  2010年山西省煤矿瓦斯抽采达到36.4亿m3(占全国抽采量88亿m3的41.36%),但利用仅15.58亿m3,利用率为42.8%,利用率不到一半;而且进一步的利用已然遇到瓶颈,其中抽排的高浓度瓦斯已经基本利用,而约20亿m3的低浓度瓦斯和近100亿m3的矿井通风瓦斯基本没有利用,直接抽放排入空中,结果不仅增加了碳排放,而且还造成了瓦斯资源的浪费。
  目前,低浓度瓦斯和通风瓦斯有效利用的途径主要有以下三种:
  1、低浓度瓦斯的分离提纯。低浓度瓦斯的提纯技术有变压吸附、膜分离技术以及低温液化技术,提纯后的气体相对于井下抽采的原料气甲烷含量可以达到90%以上,而且氧含量大幅度减少,这样就可以解决低浓度瓦斯气体直接用于民用燃料不能进行长距离输送的问题,扩大了低浓度矿井瓦斯的利用范围,产生规模效益。
  但是,限于目前技术的水平,低浓度瓦斯提纯分离面临设备复杂、投资大、功耗高、市场推广价值低等问题,这一途经的使用率较低。
  2、低浓度瓦斯发电。低浓度瓦斯中甲烷浓度在5.5%~16%时具有爆炸危险,甲烷浓度在7%~8%时最易爆炸,当甲烷浓度在9.5%时爆炸威力最强,其速度可达2 000 m/s~3 000 m/s,同时产生巨大的能量,瓦斯发电技术也正是利用了甲烷的这一特性。
  低浓度瓦斯发电机组与高浓度瓦斯发电机组工作原理基本一致,都是采用瓦斯爆炸做功发电,不同之处是为保证低浓度瓦斯的安全输送,采用了细水雾与瓦斯混合后安全输送技术,输送管路上同时设置湿式水位自控阻火器和金属波纹带瓦斯管道专用阻火器等防火装置。
  安徽淮南谢一矿建设了世界首座低浓度瓦斯发电站,于2005年12月25日开机运营,该技术将瓦斯利用的甲烷浓度范围扩大到6%以上。截至2010年该项技术已在国内较大范围推广,国内已经建立低浓度瓦斯发电项目200多个,年瓦斯利用量达到20亿m3,相当于节省195万吨标准煤,同时减排2500万吨二氧化碳。
  3、通风瓦斯氧化利用技术。通风瓦斯(乏风)指煤矿通常采用大量通风来排放的煤矿瓦斯。煤矿乏风有流量大、瓦斯浓度低、浓度波动大的特点,我国每年通过乏风排入大气的甲烷约为100亿m3~150亿m3,矿井乏风中的甲烷浓度非常低,一般在0.2%-0.75%之间。由于煤矿乏风中甲烷含量极低,如果进行分离提纯,耗能要远远超过获取甲烷的能量,同时该浓度范围的甲烷不能直接燃烧,目前采取的措施是直接排空,造成了巨大的能源浪费和环境污染。如何治理和利用矿井乏风瓦斯,是目前我国在瓦斯治理及利用方面面临的紧迫任务。
  通过乏风瓦斯热逆流氧化装置的应用,可以很好的解决这一难题。乏风瓦斯热逆流氧化装置主要由固定式逆流蜂窝陶瓷氧化床和控制系统两部分构成。矿井乏风中的甲烷发生氧化反应,生成二氧化碳并产生热量,反应产生的热量可以用来制取蒸汽或发电。不仅减少了温室气体的排放,同时也带来一定的经济效益。
  二、山西省深化低浓度瓦斯利用的意义
  充分利用新能源和发展低碳经济是世界大势所趋,符合人类减少对地球资源过度消耗和环保的需求。在2011年3月召开的两会上,温家宝总理在政府工作报告中提出,“十二五”期间单位国内生产总值能耗和二氧化碳排放分别降低16%和17%。
  2010年山西省地区生产总值达9088.1亿元,比上年增长13.9%,达到历史新高,但山西的万元GDP耗能和二氧化硫排放相当于全国平均数的2倍以上。
  山西省在“十一五”期间虽然在节能减排上取得了巨大的成绩,但2010年规模以上六大高耗能行业实现工业增加值385.22亿元,同比增长34.8%,虽然低于全省工业增速4.6个百分点,但占全省工业总量的比重达32.1%。整体产业结构依然偏重,节能减排深度推进空间缩小,节能减排工作形势越发严峻。
  据不完全统计,我国每年在采煤的同时排放的纯瓦斯近200亿m3,其中甲烷浓度低于30%的瓦斯(包括抽排与风排瓦斯)约为150亿m3,与“西气东输”量相当,其热值相当于750万吨标准煤,直接排空产生的温室气体效应约为2亿吨二氧化碳当量。其中,山西省甲烷浓度30%以下瓦斯抽排量约20亿m3,其热值相当于100万吨标准煤,直接排空产生的温室气体效应相当于0.267亿吨二氧化碳当量。导致这一结果的一个重要的原因,就是低浓度瓦斯和通风瓦斯没有得到很好的应用。

  山西省深化低浓度瓦斯和通风瓦斯利用的意义有:

  1、通过瓦斯利用实现减排有大空间。由于瓦斯排放量较大,通过瓦斯利用可实现减排总量较大,一个100万吨煤矿企业(平均情况计算)的低浓度瓦斯和通风瓦斯全部利用实现减排相当于20万辆小轿车,山西省现有排空瓦斯资源利用后,实现的减排超过省内全部汽车的碳排放总量。

  2、为未来煤炭产业发展做好基础储备。随着低浓度瓦斯利用和通风瓦斯氧化技术成熟,未来一定时期煤矿开采过程中的瓦斯和目前工业生产中的污水一样不允许直排,必须处理,如果提前发展瓦斯利用产业,可防备将来国家强制执行瓦斯排放标准时对经济发展影响。

  3、提升煤矿安全生产。抽排瓦斯和风排瓦斯没有利用时,仅为了安全生产,由于本身没有经济效益促进,部分煤矿实际运行时为节约成本,存有侥幸心理,为安全生产带来隐患,将瓦斯利用后,本身有经济效益,抽排(风排)越多效益越好,煤矿积极性大增,同时促进了安全生产。

  总之,利用我国现已掌握的核心技术,实现山西省煤矿瓦斯的充分利用不仅技术上可行,而且具有较强的经济效益和社会效益。
  三、山西省低浓度瓦斯利用存在的问题

  尽管山西省低浓度瓦斯利用已经在个别煤矿开始起步,但绝大多数煤矿企业由于认识和重视程度不够,目前还完全没有对低浓度瓦斯进行利用,需要省委和省政府给予指导和推动。

  分析山西省煤矿企业对低浓度瓦斯利用发展较慢的原因,主要有以下几个方面:

  1、煤矿本身采煤效益较好,忽视低浓度瓦斯的经济价值。由于中国经济的快速发展对煤炭的需求旺盛,山西省煤炭企业主要精力投入煤炭生产,煤炭生产本身效益较好,年利润较高,对低浓度瓦斯利用的经济效益不重视。

  2、煤矿重点关注安全,忽略环保价值。由于中央和省里近几年来一直比较重视煤炭安全生产,山西省煤炭企业的主要关注点在于如何杜绝和减少煤炭安全事故。为此,瓦斯的抽排力度大,以最大限度地减少瓦斯爆炸事故,很少关注低浓度瓦斯的利用及对环境污染问题。

  3、以前低浓度瓦斯利用没有国家标准,担心法律责任。原《煤矿安全规程》中规定“利用瓦斯时,瓦斯浓度不得低于30%”,事实上对低浓度瓦斯的利用采取了不鼓励的政策,而且即使煤炭企业想低浓度瓦斯,也无利用的行业标准可循,而一旦对其利用发生事故,则要承担法律责任等,这些都对煤炭企业利用低浓度瓦斯构成了法律障碍。

  4、更重视地面抽采煤层气,忽视低浓度瓦斯的利用。地面抽采煤层气浓度较高,可以直接进入管网或给汽车加气等利用,效益更好,政府和企业较为重视,但采煤过程抽采的瓦斯是被动采出的,单从经济效益方面不如地面抽采,但是刚性排放的,利用后综合效益大于地面抽采煤层气。
  四、山西省低浓度瓦斯利用的对策及建议

  目前已经有部分煤矿企业开始进行低浓度瓦斯利用,并产生了一定的社会效益和经济效益,如山西阳泉南煤集团于2010年建设了5MW(10×500kW)瓦斯发电站,年利用瓦斯纯量820万立方米,发电2400万千瓦时,承担了南庄矿井50%以上的用电负荷,并对发电过程中产生的余热进行了充分利用,公司的年瓦斯利用率达到了38%。

  南煤集团另一10MW(20×500kW)低浓度瓦斯发电项目正在建设,项目总投资约5000万元,计划利用南庄公司、大阳泉公司两个矿井抽排的瓦斯为燃料进行发电,并对发电过程中产生的95℃热水供矿区采暖。该项目建成投运后,20台低浓度瓦斯发电机组年设计运行时间7200小时,发电总量4820万千瓦时,消耗瓦斯1600万立方米,可节约标准煤1580吨。

  南煤的成功经验证明,山西省低浓度瓦斯利用势在必行,但要形成产业化推广,还必须有省政府在政策、资金上的扶持。

  1、充分利用国家安监总局29号令精神发布的契机,促进低浓度瓦斯的发电利用

  2010年1月21日,国家安全生产监管总局局长骆琳签署国家安全生产监管总局第29号令,颁布了《关于修改<煤矿安全规程>部分条款的决定》,其中根据总局已发布的低浓度瓦斯安全利用的相关标准,将原《规程》中关于“利用瓦斯时,瓦斯浓度不得低于30%”的规定修改为:“抽采的瓦斯浓度低子30%时,不得作为燃气直接燃烧;用于内燃机发电或作其他用途时,瓦斯的利用、输送必须按有关标准的规定,并制定安全技术措施。”这一修改取消了对低浓度瓦斯用于内燃机发电及低浓度瓦斯浓缩后再利用的限制,为低浓度瓦斯的利用提供了法律保障。

  2010年3月,国家安全生产监督管理总局又颁布了煤矿用非金属瓦斯输送管材安全技术条件、瓦斯管道输送自动阻爆装置技术条件、煤矿低浓度瓦斯管道输送安全保障系统设计规范、煤矿低浓度瓦斯与细水雾混合安全输送装备技术规范等10项低浓度瓦斯输送和利用安全生产行业标准(自2010年7月l日起施行),为低浓度瓦斯的安全利用提供了完备的技术解决方案和标准规范。

  2、贯彻执行国家关于促进瓦斯利用的政策,调动煤炭企业充分利用低浓度瓦斯的积极性。

  国家鼓励开发利用煤层气资源,出台若干优惠政策,包括:

  (1)《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》

  (2)《关于煤层气勘探开发项目进口物资免征进口税收的规定》

  (3)《关于加快煤层气抽采有关税收政策问题的通知》

  (4)《关于利用煤层气(煤矿瓦斯)发电工作的实施意见》

  (5)《关于加强煤炭和煤层气资源综合勘查开采管理的通知》

  (6)《财政部关于煤层气(瓦斯)开发利用补贴的实施意见》

  (7)《关于修改“中华人民共和国对外合作开采陆上石油资源条例”的决定》

  3、积极出台地方政策,引导全省低浓度瓦斯的合理、有序利用。

  (1)制订统一、明确的规划和管理。要坚持资源和市场相统一、地面开采与井下抽采相结合、先抽气后采煤和综合利用的原则,对全省区域的煤层气产业发展做出统一规划,包括开发规划、综合利用规划等。

  (2)加大资金投入力度,制定适宜的经济扶持政策。针对节能减排项目投资收益低的特点,尤其是乏风氧化项目前期投入成本巨大,可以出台项目补贴政策。根据评定的节能量直接补贴项目建设资金,从而缓解企业资金压力,提高企业节能减排的主动性。

  (3)积极培育煤层气CDM项目。煤层气开发是实施CDM项目的重要领域,目前晋城煤业集团与山西省能源产业集团公司在利用清洁发展机制上有所进展。应进一步充分利用清洁发展机制,使山西省煤层气企业获得正常商业渠道无法获得的技术和国外资本,从而在一定程度上消解煤层气产业发展的障碍,加快发展速度,提高发展水平。

  (4)在项目立项审批和电站用地批复等方面给予支持。编制低浓度瓦斯利用项目立项审批专门的流程,不宜参考大型火力发电的审批模式,缩短批复时间,同时对于瓦斯利用项目用地给予专项支持,有别于普通的工业性用地,促进变废为宝、化害为利的产业发展。



来源:中国化工报      编 辑:西江月
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