3%～9%煤礦瓦斯直燃技術(shù)補(bǔ)齊甲烷全濃度利用短板

“加強(qiáng)煤炭行業(yè)‘雙碳’技術(shù)研究，推動(dòng)甲烷全濃度利用。”在國(guó)家“雙碳”目標(biāo)背景下，兩會(huì)期間，全國(guó)人大代表、安徽理工大學(xué)校長(zhǎng)袁亮院士提出這樣的建議，被媒體廣泛關(guān)注與報(bào)道。袁亮建議聚焦煤炭行業(yè)的“雙碳”工作推進(jìn)，從政策引導(dǎo)、加強(qiáng)技術(shù)研究、推動(dòng)甲烷全濃度利用三個(gè)角度提供了解決思路。他多次提到，必須重視甲烷的利用，補(bǔ)齊甲烷全濃度利用短板，減少資源能源浪費(fèi)。

甲烷濃度3%～9%煤礦瓦斯直燃技術(shù)的成功與工業(yè)化應(yīng)用案例，填補(bǔ)了該技術(shù)領(lǐng)域的國(guó)際空白，補(bǔ)齊了甲烷全濃度利用的技術(shù)短板。

據(jù)了解，我國(guó)每年隨煤礦開采的抽排瓦斯利用率僅為41.5%，造成資源的極大浪費(fèi)，導(dǎo)致了嚴(yán)重的溫室效應(yīng)。針對(duì)煤礦瓦斯綜合利用率低的現(xiàn)狀，北京君發(fā)與安徽理工大學(xué)合作，由袁亮掛帥，共同組建了跨學(xué)科多專業(yè)的專家學(xué)者研究團(tuán)隊(duì)，通過不懈的實(shí)驗(yàn)研究，建立了低濃度瓦斯安全穩(wěn)定燃燒的理論體系，科學(xué)地解決了低濃度瓦斯遇到明火就會(huì)發(fā)生爆炸的世界性難題，成功研發(fā)出“濃度3%～9%煤礦瓦斯安全穩(wěn)定燃燒技術(shù)”，同時(shí)在技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用方面取得了重大進(jìn)展，將瓦斯資源利用率提升約36%，并申請(qǐng)發(fā)明專利及多項(xiàng)實(shí)用新型專利。

2020年8月，在中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)組織下，由中國(guó)工程院蔡美峰院士任主任委員的十一位業(yè)內(nèi)專家組成專家委員會(huì)，對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了鑒定。鑒定委員會(huì)一致認(rèn)為，該研究成果達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，同意通過鑒定，并建議加大成果推廣應(yīng)用力度。同年，該技術(shù)申報(bào)了安徽省科技成果。第一套利用該技術(shù)的低濃度瓦斯供熱工業(yè)化裝置于2018年10月在山西省長(zhǎng)治市七一煤礦瓦斯發(fā)電站建成并投用，在2019年12月被山西省列為山西省瓦斯綜合利用試點(diǎn)示范項(xiàng)目。

“該技術(shù)的推廣與應(yīng)用，必將推動(dòng)山西乃至全國(guó)能源革命。”袁亮對(duì)這項(xiàng)技術(shù)寄予厚望，“我們的研究目標(biāo)是，實(shí)現(xiàn)瓦斯利用濃度全覆蓋，煤礦瓦斯零排放，打造零碳礦井。”

2021年12月，國(guó)家能源局公布了《2021年度能源領(lǐng)域首臺(tái)(套)重大技術(shù)裝備項(xiàng)目名單》，山西君柳低濃度瓦斯直燃發(fā)電廠的“煤礦低濃度瓦斯安全穩(wěn)定燃燒裝置”入圍，這套裝備是全球第一套可利用濃度3%～9%的煤礦瓦斯直燃帶動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電的技術(shù)裝備。

山西君柳低濃度瓦斯直燃發(fā)電廠于2021年12月25日并網(wǎng)發(fā)電，裝機(jī)容量3兆瓦。它利用山西呂梁寨崖底煤礦瓦斯泵站抽采出的5%～8%低濃度瓦斯，通過安全輸送系統(tǒng)，進(jìn)入熱能島安全穩(wěn)定燃燒產(chǎn)生高溫?zé)煔?，再?jīng)過余熱鍋爐產(chǎn)生中溫中壓蒸汽推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。該裝置年可發(fā)電量2160萬(wàn)度，折合節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤5698噸，年銷毀甲烷1200萬(wàn)立方米，折合減排二氧化碳19.22萬(wàn)噸，熱能島尾部排放煙氣氮氧化物小于20毫克。

項(xiàng)目順利并網(wǎng)發(fā)電，北京君發(fā)科技集團(tuán)董事長(zhǎng)楊君廷表示，“我們的研究從理論層面做出了創(chuàng)新突破，這套裝置可以對(duì)這個(gè)濃度段的瓦斯進(jìn)行直接安全穩(wěn)定燃燒應(yīng)用，并且比以往的技術(shù)設(shè)備具有對(duì)氣源條件的適應(yīng)范圍寬、瓦斯資源利用率高、綜合熱效率高、年運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、尾部煙氣氮氧化物少、工程造價(jià)和運(yùn)行成本低等優(yōu)勢(shì)。”

他還給記者算了一筆效益賬。“我國(guó)每年在采煤的同時(shí)排放的純瓦斯近370億立方，其中，濃度≥3%的煤礦瓦斯約占53%，這部分瓦斯如果得到充分的利用，采用熱電聯(lián)供模式：冬季供熱，其余季節(jié)發(fā)電，按照供熱量折合天燃?xì)鈨r(jià)值計(jì)算，年可節(jié)省天燃?xì)獬杀炯s312億元;年發(fā)電量270億kw·h，產(chǎn)值121億元，合計(jì)每年創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值433億元。按照聯(lián)合國(guó)大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)(CH4的溫室氣體效應(yīng)是CO2的21～28倍)折算，每年可以減少溫室氣體排放約3.3億噸(折合CO2量)。隨著不遠(yuǎn)的將來甲烷減排納入碳交易市場(chǎng)，這一項(xiàng)的收入也將計(jì)入經(jīng)濟(jì)效益當(dāng)中。”