貴州煤層氣抽采及綜合利用模式分析

王忠奎 羅澤衛

(1.貴州大學職業技術學院,貴州 550003;2.貴陽長坤礦山設備有限公司,貴州 550003)

貴州素以“西南煤海”著稱,煤炭資源豐富,在煤層中蘊藏有大量可供開發利用的煤層氣。據勘探,全省埋深2000m以淺的煤層氣資源量達3.2萬億m3,總量少于山西,居全國第二。全省煤層氣的分布,基本與煤礦的分布一致,相對集中于西部,以六盤水煤田最豐富,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70年代,貴州省已經開始煤層氣的初步開發利用,貴州六枝、水城、盤縣、畢節等地區建立了煤層氣抽采利用系統,進行煤層氣抽采。隨著地質勘查與開發試驗研究的深入進行,貴州煤層氣大規模商業性地面開發也逐步展開。近幾年,煤層氣開發利用在一些大型煤炭企業邁出了實質性步伐,在煤層氣抽采和綜合利用方面進行了大量有益的嘗試,在煤層氣資源集中分布區的林東礦業集團 (畢節黔西境內礦區)、貴州水城礦業集團以及盤江煤電集團公司、永煤集團以及兗礦集團等相繼在貴州境內建起瓦斯民用工程,井下抽采的煤層氣除主要用作民用燃氣外,在煤層氣發電領域也取得了可喜的成果。2009年貴州省就超額完成了國家下達的煤層氣抽采利用目標：抽采指標6.4億m3,實際完成7.6億m3;利用指標0.9億m3,實際完成0.92億m3。2010年,煤層氣抽采量達8.41億m3,煤層氣利用量有1.26億m3,完成了抽采目標任務的118%,利用目標任務的96.9%。到目前為止,全省共建有瓦斯發電站18座,總裝機容量41100KW。其中：500KW的發電機組 71臺,700KW的發電機組8臺。

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,到抽采瓦斯用于發電,經歷了漫長的發展過程。根據各個時期的特征將煤層氣抽采利用模式歸納為以下三種：

(1)煤層氣民用燃氣模式

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

圖1 煤層氣民用燃氣模式示意圖

在上世紀70、80年代,貴州六枝礦務局六枝煤礦、地宗煤礦,水城礦務局汪家寨煤礦、拉羅煤礦、盤江礦務局的火燒鋪煤礦等就建起了瓦斯民用系統,這不僅解決了煤礦安全問題,同時解決了礦區居民的燃料問題。但這種模式利用比較單一,加之輸送技術受限,不能實現遠距離輸送,只能就近解決礦區民用燃料問題,根本不能將煤層氣輸送到礦區外的鄉村、城鎮以解決居民的燃料問題,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,給大氣造成了嚴重的污染,所以這種模式的發展受到了制約。

(2)煤層氣發電模式

這種模式的特征：一礦一廠或一礦數廠,即每個煤礦建一套煤層氣抽采系統和一座瓦斯發電廠或一套以上煤層氣抽采系統和數座瓦斯發電廠如圖2所示。

近幾年,特別是國家出臺一系列煤層氣發電優惠政策以來,煤礦區煤層氣發電模式在貴州得到迅速推廣,貴州的幾個大的工礦集團相繼建起了瓦斯發電廠,如林東礦業集團的紅林煤礦、龍鳳煤礦,六枝工礦集團的比德煤礦、水城礦業集團的大灣煤礦、盤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電廠。到目前為止,全省共建有煤層氣發電站18座,總裝機容量41100KW。其中：500KW的發電機組71臺,700KW的發電機組8臺。

圖2 煤礦區煤層氣發電模式示意圖

煤礦區煤層氣發電的優勢如下：

①靈活。一礦一廠或一礦數廠不受地形地貌限制。

②電力可在本單位消化,也可就地上網實現遠距離輸送,能源輸送成本低。目前貴州煤層氣電廠的發電量除滿足自身的用電外,有的就地上網,向外地提供電力,取得了較好的經濟效益。

③建廠投入少,經濟效益顯著。例如某煤礦投資3800萬元建一座總裝機容量為7500KW瓦斯發電廠,按當地電價計算,年售電收入可達2000萬元以上,年利潤就有900萬元。

④煤層氣發電技術成熟,特別是低濃度煤層氣發電機組的出現,增強了煤層氣發電的適應性,國內有數家煤層氣發電機組生產廠家和銷售商家。目前有勝利油田勝利動力機械集團有限公司、濟南柴油機廠等。

但是,煤層氣發電也存在一些障礙,其中包括：

①國家政策法規不夠完善,缺乏較強的執行力度及統一協調,導致煤層氣電廠的發電量不能真正上網供電,沒有發揮煤層氣電廠的優勢和作用,造成了巨大的能源浪費,電廠的投資難收回。據調查,全省絕大部分瓦斯發電廠的發電量基本上是自用,多余的電量不能通過電網向外地供電,這導致很多電廠在電量富裕時停止機組發電,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,煤層氣發電的電壓不穩,這一方面需要進一步技術攻關。

(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試驗獲得成功,實現了煤層氣的遠距離輸送。貴州也有幾家煤礦進行了地面鉆采試驗,如水城礦業集團鬃嶺礦業有限公司及兗州礦業集團五輪山煤礦早在2007年就進行了這項工作,但預抽采的效果不好,煤層氣難抽出,煤層氣產量衰減快,不能滿足利用要求。這種模式在貴州推廣受到很大的制約,主要基于以下幾個方面：

表1 煤層氣抽采利用三種模式對比

①貴州大部分煤層透氣性系數小于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。現在開采的煤炭埋藏較深,鉆空長度大,特別是在底下打水平鉆孔難度更大。

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

④配套液化設備購置和安裝費昂貴,一般規模都在2000萬元以上。另外,煤層液化后必須有專門設備運輸或建專門管線輸送,輸送成本高,經濟效益不好。

2.2 貴州煤層氣抽采利用模式對比分析

貴州煤層氣抽采利用模式在不同的時期發揮了重要作用,現從技術可行性、經濟性等方面進行對比分析,如表1所示。

3 結論

(1)煤層氣發電模式技術成熟,在貴州的林東、六枝、水城、盤江等集團公司進行試驗并獲得了成功,已建18座瓦斯電廠,現具備在省內推廣的技術條件。

(2)煤層氣發電模式對保護環境具有重要意義,并且符合國家產業政策,具有在省內推廣的國家扶持優惠政策優勢。

(3)煤氣發電模式具有顯著的經濟效益,但還存在國家政策法規不夠完善,缺乏統一協調,使煤層氣電廠的發電量不能真正上網供電等一系列問題。為充分發揮貴州煤層氣資源優勢,改變以煤為主的能源結構,當前需探討、解決好以下幾個方面的問題：

(1)進一步落實煤層氣發電優惠政策,處理好煤炭企業的利益問題,鼓勵煤礦瓦斯發電。

(2)行業主管部門應加大協調力度,協調好煤、電企業關系,為煤層氣電廠電力上網創造條件。

[1] 俞啟香.礦井災害防治理論與技術 [M].徐州：中國礦業大學出版社,2008.

[2] 貴州省轎子山煤礦瓦斯發電項目可行性研究報告[R].貴陽：貴州省煤礦設計院.

[3] 中國煤炭工業勞動保護科學技術學會.瓦斯災害防治技術 [M].北京：煤炭工業出版社,2007.