作者:李慧钰 来源:中国科学报 发布时间:2022/3/11 15:44:02
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3%~9%煤矿瓦斯直燃技术补齐甲烷全浓度利用短板

 

“加强煤炭行业‘双碳’技术研究及甲烷全浓度利用”是今年两会期间,全国人大代表、中国工程院院士、安徽理工大学校长袁亮提出的主要建议,受到了媒体的广泛关注与报道。建议聚焦煤炭行业的“双碳”工作推进,从政策引导、加强技术研究、推动甲烷全浓度利用三个角度提供了解决思路。袁亮多次提到,必须重视甲烷的利用,补齐甲烷全浓度利用短板,减少资源能源浪费。

甲烷浓度3%~9%煤矿瓦斯直燃技术的成功与工业化应用案例,填补了该技术领域的国际空白,补齐了甲烷全浓度利用的技术短板。

据了解,我国每年随煤矿开采的抽排瓦斯利用率仅为41.5%,造成资源的极大浪费,导致了严重的温室效应。针对煤矿瓦斯综合利用率低的现状,北京君发与安徽理工大学合作,由国家工程院院士袁亮挂帅,共同组建了跨学科多专业的专家学者研究团队,通过不懈的实验研究,建立了低浓度瓦斯安全稳定燃烧的理论体系,科学的解决了低浓度瓦斯遇到明火就会发生爆炸的世界性难题,成功研发出“浓度3%~9%煤矿瓦斯安全稳定燃烧技术”,同时在技术的工业化应用方面取得了重大进展,将瓦斯资源利用率提升约36%,并申请发明专利及多项实用新型专利。

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北京君发与安徽理工大学袁亮院士团队合作签约仪式(受访者供图)

2020年8月,中国煤炭工业协会组织,由中国工程院蔡美峰院士任主任委员的十一位业内专家组成的专家委员会对“浓度3%~9%煤矿瓦斯安全稳定燃烧技术”进行了鉴定。鉴定委员会一致认为,该研究成果达到国际领先水平,同意通过鉴定。建议:加大成果推广应用力度。同年,技术申报了安徽省科技成果。该技术的第一套利用低浓度瓦斯供热工业化装置于2018年10月在山西省长治市七一煤矿瓦斯发电站建成并投用,在2019年12月被山西省列为山西省瓦斯综合利用试点示范项目。

“该技术的推广与应用,必将推动山西乃至全国能源革命。”全国人大代表、中国工程院院士、安徽理工大学校长、“浓度3%~9%煤矿瓦斯安全稳定燃烧技术”学术带头人袁亮对于这项技术的应用与研究寄予厚望,“我们的研究目标是,实现瓦斯利用浓度全覆盖,煤矿瓦斯零排放,打造零碳矿井。”他说,团队对瓦斯利用研究的脚步将永不停歇。

2021年12月,国家能源局公布了《2021年度能源领域首台(套)重大技术装备项目名单》,由北京君发科技集团投资、山西君柳新能源科技有限公司承建的君柳低浓度瓦斯直燃发电厂的“煤矿低浓度瓦斯安全稳定燃烧装置”入围,这套装备是全球第一套可利用浓度3%~9%的煤矿瓦斯直燃带动蒸汽轮机发电的技术装备。

山西君柳低浓度瓦斯直燃发电厂项目建成于2021年10月,于2021年12月25日并网发电,装机容量3兆瓦。其利用山西吕梁寨崖底煤矿瓦斯泵站抽采出的5%~8%低浓度瓦斯,通过安全输送系统,进入热能岛安全稳定燃烧产生高温烟气,再经过余热锅炉产生中温中压蒸汽推动汽轮发电机组发电。该装置年可发电量2160万度,折合节约标准煤5698吨,年销毁甲烷1200万立方米,折合减排二氧化碳19.22万吨,热能岛尾部排放烟气氮氧化物小于20毫克。

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山西君柳低浓度瓦斯直燃发电厂设备(受访者供图)

项目顺利并网发电,北京君发科技集团董事长杨君廷表示,“当前瓦斯应用通常按照不同浓度进行梯度利用,高浓度瓦斯通常作为化工原料、燃料使用;抽采的浓度9%~30%的低浓度瓦斯可以通过往复式内燃机发电机组进行利用;而抽采的浓度3%~9%的低浓度瓦斯之前没有成熟的直接利用技术,通常有两种间接利用方法:一是与高浓度瓦斯掺混至浓度大于9%后通过瓦斯发电机组利用;二是采用乏风氧化技术,利用煤矿乏风或空气稀释至浓度1.2%以下进行逆流蓄热氧化。前者由于高浓度瓦斯气资源的限制而造成非常有限的掺混利用,后者综合热效率低,经济效益差,没有得到大范围推广。我们的研究从理论层面做出了创新突破,这套装置可以对这个浓度段的瓦斯直接安全稳定燃烧应用,并且比以往的技术设备具有对气源条件的适应范围宽、瓦斯资源利用率高、综合热效率高、年运行时间长、尾部烟气氮氧化物少、工程造价和运行成本低等优势。”

他还给记者算了一笔效益账,“我国每年在采煤的同时排放的纯瓦斯近370亿立方,其中,浓度≥3%的煤矿瓦斯约占53%,这部分瓦斯如果得到充分的利用,采用热电联供模式:冬季供热,其余季节发电,按照供热量折合天燃气价值计算,年可节省天燃气成本约312亿元;年发电量270亿kw·h,产值121亿元,合计每年创造经济价值433亿元。按照联合国大气污染排放标准(CH4的温室气体效应是CO2的21~28倍)折算,因新技术提高了低浓度瓦斯的利用率,每年可以减少温室气体排放约3.3亿吨(折合CO2量),随着不远将来甲烷减排纳入碳交易市场,这一项的收入也将计入经济效益当中。”

 

 
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