貴州煤層氣抽采及綜合利用模式分析

王忠奎 羅澤衛(wèi)

(1.貴州大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,貴州 550003;2.貴陽(yáng)長(zhǎng)坤礦山設(shè)備有限公司,貴州 550003)

貴州素以“西南煤海”著稱,煤炭資源豐富,在煤層中蘊(yùn)藏有大量可供開(kāi)發(fā)利用的煤層氣。據(jù)勘探,全省埋深2000m以淺的煤層氣資源量達(dá)3.2萬(wàn)億m3,總量少于山西,居全國(guó)第二。全省煤層氣的分布,基本與煤礦的分布一致,相對(duì)集中于西部,以六盤(pán)水煤田最豐富,其次為織納煤田與黔北煤田。

1 貴州省煤礦氣抽采及利用情況

早在上世紀(jì)70年代,貴州省已經(jīng)開(kāi)始煤層氣的初步開(kāi)發(fā)利用,貴州六枝、水城、盤(pán)縣、畢節(jié)等地區(qū)建立了煤層氣抽采利用系統(tǒng),進(jìn)行煤層氣抽采。隨著地質(zhì)勘查與開(kāi)發(fā)試驗(yàn)研究的深入進(jìn)行,貴州煤層氣大規(guī)模商業(yè)性地面開(kāi)發(fā)也逐步展開(kāi)。近幾年,煤層氣開(kāi)發(fā)利用在一些大型煤炭企業(yè)邁出了實(shí)質(zhì)性步伐,在煤層氣抽采和綜合利用方面進(jìn)行了大量有益的嘗試,在煤層氣資源集中分布區(qū)的林東礦業(yè)集團(tuán) (畢節(jié)黔西境內(nèi)礦區(qū))、貴州水城礦業(yè)集團(tuán)以及盤(pán)江煤電集團(tuán)公司、永煤集團(tuán)以及兗礦集團(tuán)等相繼在貴州境內(nèi)建起瓦斯民用工程,井下抽采的煤層氣除主要用作民用燃?xì)馔?在煤層氣發(fā)電領(lǐng)域也取得了可喜的成果。2009年貴州省就超額完成了國(guó)家下達(dá)的煤層氣抽采利用目標(biāo)：抽采指標(biāo)6.4億m3,實(shí)際完成7.6億m3;利用指標(biāo)0.9億m3,實(shí)際完成0.92億m3。2010年,煤層氣抽采量達(dá)8.41億m3,煤層氣利用量有1.26億m3,完成了抽采目標(biāo)任務(wù)的118%,利用目標(biāo)任務(wù)的96.9%。到目前為止,全省共建有瓦斯發(fā)電站18座,總裝機(jī)容量41100KW。其中：500KW的發(fā)電機(jī)組 71臺(tái),700KW的發(fā)電機(jī)組8臺(tái)。

2 貴州煤層氣抽采利用模式分析

2.1 煤層氣抽采利用模式

貴州煤層氣抽采利用較早,從早期瓦斯抽采(放)直接排空,到抽采瓦斯用于發(fā)電,經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程。根據(jù)各個(gè)時(shí)期的特征將煤層氣抽采利用模式歸納為以下三種：

(1)煤層氣民用燃?xì)饽Ｊ?/p>

這種模式的特征：一礦一系統(tǒng),即每個(gè)礦井建立一套抽采 (放)系統(tǒng)和民用系統(tǒng),如圖1所示。

圖1 煤層氣民用燃?xì)饽Ｊ绞疽鈭D

在上世紀(jì)70、80年代,貴州六枝礦務(wù)局六枝煤礦、地宗煤礦,水城礦務(wù)局汪家寨煤礦、拉羅煤礦、盤(pán)江礦務(wù)局的火燒鋪煤礦等就建起了瓦斯民用系統(tǒng),這不僅解決了煤礦安全問(wèn)題,同時(shí)解決了礦區(qū)居民的燃料問(wèn)題。但這種模式利用比較單一,加之輸送技術(shù)受限,不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離輸送,只能就近解決礦區(qū)民用燃料問(wèn)題,根本不能將煤層氣輸送到礦區(qū)外的鄉(xiāng)村、城鎮(zhèn)以解決居民的燃料問(wèn)題,所以這種模式利用率極低,還不到10%,這樣,每年有大量煤層氣被迫排放到大氣中,給大氣造成了嚴(yán)重的污染,所以這種模式的發(fā)展受到了制約。

(2)煤層氣發(fā)電模式

這種模式的特征：一礦一廠或一礦數(shù)廠,即每個(gè)煤礦建一套煤層氣抽采系統(tǒng)和一座瓦斯發(fā)電廠或一套以上煤層氣抽采系統(tǒng)和數(shù)座瓦斯發(fā)電廠如圖2所示。

近幾年,特別是國(guó)家出臺(tái)一系列煤層氣發(fā)電優(yōu)惠政策以來(lái),煤礦區(qū)煤層氣發(fā)電模式在貴州得到迅速推廣,貴州的幾個(gè)大的工礦集團(tuán)相繼建起了瓦斯發(fā)電廠,如林東礦業(yè)集團(tuán)的紅林煤礦、龍鳳煤礦,六枝工礦集團(tuán)的比德煤礦、水城礦業(yè)集團(tuán)的大灣煤礦、盤(pán)江煤電的響水煤礦以及貴州安順轎子山煤礦都建起了這樣的煤層氣發(fā)電廠。到目前為止,全省共建有煤層氣發(fā)電站18座,總裝機(jī)容量41100KW。其中：500KW的發(fā)電機(jī)組71臺(tái),700KW的發(fā)電機(jī)組8臺(tái)。

圖2 煤礦區(qū)煤層氣發(fā)電模式示意圖

煤礦區(qū)煤層氣發(fā)電的優(yōu)勢(shì)如下：

①靈活。一礦一廠或一礦數(shù)廠不受地形地貌限制。

②電力可在本單位消化,也可就地上網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離輸送,能源輸送成本低。目前貴州煤層氣電廠的發(fā)電量除滿足自身的用電外,有的就地上網(wǎng),向外地提供電力,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

③建廠投入少,經(jīng)濟(jì)效益顯著。例如某煤礦投資3800萬(wàn)元建一座總裝機(jī)容量為7500KW瓦斯發(fā)電廠,按當(dāng)?shù)仉妰r(jià)計(jì)算,年售電收入可達(dá)2000萬(wàn)元以上,年利潤(rùn)就有900萬(wàn)元。

④煤層氣發(fā)電技術(shù)成熟,特別是低濃度煤層氣發(fā)電機(jī)組的出現(xiàn),增強(qiáng)了煤層氣發(fā)電的適應(yīng)性,國(guó)內(nèi)有數(shù)家煤層氣發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)廠家和銷售商家。目前有勝利油田勝利動(dòng)力機(jī)械集團(tuán)有限公司、濟(jì)南柴油機(jī)廠等。

但是,煤層氣發(fā)電也存在一些障礙,其中包括：

①國(guó)家政策法規(guī)不夠完善,缺乏較強(qiáng)的執(zhí)行力度及統(tǒng)一協(xié)調(diào),導(dǎo)致煤層氣電廠的發(fā)電量不能真正上網(wǎng)供電,沒(méi)有發(fā)揮煤層氣電廠的優(yōu)勢(shì)和作用,造成了巨大的能源浪費(fèi),電廠的投資難收回。據(jù)調(diào)查,全省絕大部分瓦斯發(fā)電廠的發(fā)電量基本上是自用,多余的電量不能通過(guò)電網(wǎng)向外地供電,這導(dǎo)致很多電廠在電量富裕時(shí)停止機(jī)組發(fā)電,被迫將抽采的煤層氣排空。

②受抽采煤層氣濃度的變化的影響,煤層氣發(fā)電的電壓不穩(wěn),這一方面需要進(jìn)一步技術(shù)攻關(guān)。

(3)地面鉆采-液化濃縮提純模式

地面鉆采-液化模式在北方一些地區(qū)試驗(yàn)獲得成功,實(shí)現(xiàn)了煤層氣的遠(yuǎn)距離輸送。貴州也有幾家煤礦進(jìn)行了地面鉆采試驗(yàn),如水城礦業(yè)集團(tuán)鬃嶺礦業(yè)有限公司及兗州礦業(yè)集團(tuán)五輪山煤礦早在2007年就進(jìn)行了這項(xiàng)工作,但預(yù)抽采的效果不好,煤層氣難抽出,煤層氣產(chǎn)量衰減快,不能滿足利用要求。這種模式在貴州推廣受到很大的制約,主要基于以下幾個(gè)方面：

表1 煤層氣抽采利用三種模式對(duì)比

①貴州大部分煤層透氣性系數(shù)小于0.1m2.(MPa2.d)-1透氣性差,屬較難抽采煤層,瓦斯不卸壓抽采效果差。

②地面鉆孔難度大,鉆空成本高?，F(xiàn)在開(kāi)采的煤炭埋藏較深,鉆空長(zhǎng)度大,特別是在底下打水平鉆孔難度更大。

③受山區(qū)地形地貌限制,大型鉆孔設(shè)備頻繁搬遷困難。貴州地形地貌復(fù)雜,山巒起伏,懸崖峭壁,同一礦區(qū)海拔高度變化較大,有的在500米以上。而且煤礦一般都在偏遠(yuǎn)深山,交通十分不便,鉆孔設(shè)備難以頻繁搬遷和鉆孔。

④配套液化設(shè)備購(gòu)置和安裝費(fèi)昂貴,一般規(guī)模都在2000萬(wàn)元以上。另外,煤層液化后必須有專門(mén)設(shè)備運(yùn)輸或建專門(mén)管線輸送,輸送成本高,經(jīng)濟(jì)效益不好。

2.2 貴州煤層氣抽采利用模式對(duì)比分析

貴州煤層氣抽采利用模式在不同的時(shí)期發(fā)揮了重要作用,現(xiàn)從技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行對(duì)比分析,如表1所示。

3 結(jié)論

(1)煤層氣發(fā)電模式技術(shù)成熟,在貴州的林東、六枝、水城、盤(pán)江等集團(tuán)公司進(jìn)行試驗(yàn)并獲得了成功,已建18座瓦斯電廠,現(xiàn)具備在省內(nèi)推廣的技術(shù)條件。

(2)煤層氣發(fā)電模式對(duì)保護(hù)環(huán)境具有重要意義,并且符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策,具有在省內(nèi)推廣的國(guó)家扶持優(yōu)惠政策優(yōu)勢(shì)。

(3)煤氣發(fā)電模式具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益,但還存在國(guó)家政策法規(guī)不夠完善,缺乏統(tǒng)一協(xié)調(diào),使煤層氣電廠的發(fā)電量不能真正上網(wǎng)供電等一系列問(wèn)題。為充分發(fā)揮貴州煤層氣資源優(yōu)勢(shì),改變以煤為主的能源結(jié)構(gòu),當(dāng)前需探討、解決好以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：

(1)進(jìn)一步落實(shí)煤層氣發(fā)電優(yōu)惠政策,處理好煤炭企業(yè)的利益問(wèn)題,鼓勵(lì)煤礦瓦斯發(fā)電。

(2)行業(yè)主管部門(mén)應(yīng)加大協(xié)調(diào)力度,協(xié)調(diào)好煤、電企業(yè)關(guān)系,為煤層氣電廠電力上網(wǎng)創(chuàng)造條件。

[1] 俞啟香.礦井災(zāi)害防治理論與技術(shù) [M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2008.

[2] 貴州省轎子山煤礦瓦斯發(fā)電項(xiàng)目可行性研究報(bào)告[R].貴陽(yáng)：貴州省煤礦設(shè)計(jì)院.

[3] 中國(guó)煤炭工業(yè)勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì).瓦斯災(zāi)害防治技術(shù) [M].北京：煤炭工業(yè)出版社,2007.