中国煤矿瓦斯的利用技术

1、煤矿瓦斯用于发电
中高浓度瓦斯发电
发电机组类别 技术成熟度 投资 热效率 元/kw %
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。
蒸汽轮机组
成熟 5500-6500 15-25
燃气轮组
成熟 5500 30-40
内燃机组
成熟 5000-5500 32-43
利用浓度
特点 适应性
CH4%
中国煤矿瓦斯利用的发展
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1521 Mm3 ，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100 Mm3。 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%。
财政部办公 室 财政部/税务 总局 国土资源部 财政部/海关 税务总局
国土资发【2007】96 号 财关税【2006】13号
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（8562～9527 kcal）/N m3，（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）。 • 1000 N m3甲烷相当于1.14t标准煤。 • 1m3纯瓦斯可发电约3.5 kwh，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１／８００
政策和管理力度不断加强
文件编号、时间
2009.04 发改办【2006】1044 号 国办发【2006】47号 财建【2007】114号 发改能源【2007】 721号 财办建【2008】34号 财税【2007】16号
发文部委
国家能源局 国家发改委 国务院办公 厅 财政部 国家发改委
政策
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 煤层气（煤矿瓦斯）开发利用“十一 五”规划 关于加快煤层气（煤矿瓦斯）抽采利 用的若干意见 关于煤层气（瓦斯）开发利用补贴的 实施意见 关于利用煤层气（煤矿瓦斯）发电工 作实施意见的通知 关于组织申报煤层气（瓦斯）开发利 用财政补贴资金的通知 关于加快煤层气抽采有关税收政策问 题的通知 关于加强煤炭和煤层气资源综合勘查 开采管理的通知 关于煤层气勘探开发项目进口物资免 征进口税收的规定
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；
500 400
1360 1260
1800 1700
1416 1300
1000 980
缸径
热效率 储气柜
mm
%
190
32 500 不需要 >6
பைடு நூலகம்
170
41 525 需要 >25
170
42 464 需要 >25
145
42 400 需要 >25
152
43 400 需要 >25
排气管温度 oC 瓦斯浓度 %CH4
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。
瓦斯用于发电
• 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。
•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 kw 转速 r/min 1000 1000 1000 总质量 t 12.5 25.0 32.0 瓦斯 能耗率 MJ/kw.h 10 10 10
•500GF 500 •1200GF 1200 •2000GF 2000
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CH4>30%，
天然气（煤层气）电厂可达56% 2）燃料： CH4>40% 工业燃料、民用燃料 、液化和浓缩富集； 细水雾输送低浓度发电技术
2、低浓度甲烷：爆炸利用式CH4=5~15%
3、矿井回风甲烷：混燃发电和热逆流转换反应技术
25529 Im3/h
0.213m3/kW.h 1.787亿m3 8.4亿kW.h
12
发电厂热效率
80%
1、煤矿瓦斯用于发电
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
年份 发电装机容量/万kw 2005 9 2006 15 2007 60 2008 92 2009 120 2010 150
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CH4>40%。 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；
卡特彼勒内燃机CAT3520 美国卡特彼勒公司+上海电气集团l 4 X (15 X I.SMW+3MW)=120MW
4
5 6 7
发电站总投资
年运行时间 利用瓦斯浓度 年用水量
87521万元
7000h 含CH4 30%~50% 45万m3
8
9 10 11
小时消耗瓦斯量
单位kW.h消耗瓦斯量 年利用瓦斯量 年发电量
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；
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
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。
核心精神
2010年抽采量1亿m3矿区数18个； 2015年36个 首次将煤层气列入规划 宏观指导勘探开发利用享受优惠政策 发电中央补贴0.2元/m3（纯），地方 适当补贴 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 用于民用、锅炉燃料、汽车、化工、 非发电企业 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% 采煤采气一体化，解决矿权问题 发电中央补贴0.2元/m3（纯），地方 适当补贴
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！
国家发改革委07-5-11日发布《关于利用煤层
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）。
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
1 2 3
分析项目
发电机组型号 发电机组厂商 发电站装机容量
分析结果
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 1000~1500 r/min;
功率
500~700 Kw
济柴产品
•
瓦斯发电 机组
500kw瓦斯发电机组
1200kw瓦斯发电机组
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
中国煤矿瓦斯利用技术
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
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
>30
运行可靠、系统庞 大、复杂 联合循环发电
>40
单机功率大、 占地面积小 大型瓦斯发电
>6
系统简单、运行灵活、 瓦斯浓度利用范围宽广 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 机型
项目
额定功率 kw 实际功率 kw
中国胜动 500GF 道依茨 TG620V16K 卡特彼勒 3520C 颜巴赫 TGC420 瓦克夏 APG1000
1、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
板式热交换机 供 热
储气罐
燃机水冷系统
集中 供热站 输 电
瓦斯预处理 污水处理系统 化学水处理
燃气 内燃机组
10kv 发动机和 开关柜
配电 装置
余热汽锅炉 烟气排放
汽轮机发电机组
排放
循环冷却水系统