煤炭氣化發(fā)電

2008年中國的煤化工產(chǎn)業(yè)繼續(xù)有序發(fā)展，煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策逐步完善，煤基甲醇和煤基二甲醚的試點(diǎn)應(yīng)用取得可喜進(jìn)展，產(chǎn)能得到進(jìn)一步釋放，新型煤化工產(chǎn)品逐漸走向市場，并被市場接受。隨著金融危機(jī)影響的加劇，中國煤化工產(chǎn)業(yè)面臨成本壓力，行業(yè)發(fā)展趨緩。由于國家政策總體上仍支持煤化工發(fā)展，節(jié)能減排已是大勢(shì)所趨，故中國煤化工產(chǎn)業(yè)雖短期受困但前景仍十分可觀。

新型煤化工以生產(chǎn)潔凈能源和可替代石油化工的產(chǎn)品為主，如柴油、汽油、航空煤油、液化石油氣、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料（甲醇、二甲醚）等，它與能源、化工技術(shù)結(jié)合，可形成煤炭——能源化工一體化的新興產(chǎn)業(yè)。煤炭能源化工產(chǎn)業(yè)將在中國能源的可持續(xù)利用中扮演重要的角色，是今后20年的重要發(fā)展方向，這對(duì)于中國減輕燃煤造成的環(huán)境污染、降低中國對(duì)進(jìn)口石油的依賴均有著重大意義。可以說，煤化工行業(yè)在中國面臨著新的市場需求和發(fā)展機(jī)遇。

名稱: 煤炭氣化發(fā)電

主題詞或關(guān)鍵詞: 能源科學(xué)

美國的煤炭氣化技術(shù)有移動(dòng)床氣化裝置、流體床氣化裝置、夾帶氣化裝置三大類。煤炭的綜合氣化裝置具有第二代氣化技術(shù)的特點(diǎn)，能保證發(fā)電廠機(jī)組發(fā)電能力達(dá)到100兆瓦～300兆瓦，可與現(xiàn)有的商業(yè)性發(fā)電廠競爭。配備現(xiàn)有燃?xì)廨啓C(jī)的綜合氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)與常規(guī)煤蒸汽發(fā)電廠相比，前者效率更高，熱耗更小，投資費(fèi)用更少。美電力研究所和電力工業(yè)部門因此在加州巴斯托附近建造一座100兆瓦的煤炭氣化發(fā)電廠。這種方式將成為世界各國極為有利的選擇方式。

煤炭地下氣化缺點(diǎn)

1 很難控制氣化過程中在地下產(chǎn)生的種種反應(yīng)，合成氣成分波動(dòng)過大。

2 受煤層和地質(zhì)影響大，容易造成井井之間相互漏水、通氣等情況。

3 氣化后出來的氣體成分不穩(wěn)定，有待改善氣化劑種類與含量。

4 地下燃燒、氣化情況不好控制，應(yīng)加大地下氣化過程的監(jiān)控力度。

5 在該技術(shù)方面，大部分研究只注重化學(xué)工藝，很少關(guān)注行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)。

煤炭地下氣化作為清潔能源技術(shù)的主要研究方向和符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的環(huán)境友好綠色技術(shù)，得到了國家領(lǐng)導(dǎo)人和著名科學(xué)家的關(guān)心和支持。

中國礦業(yè)大學(xué) ( 北京校區(qū) ) 煤炭工業(yè)地下氣化工程研究中心，在國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（ 863 計(jì)劃）項(xiàng)目——“煤炭地下氣化穩(wěn)定控制技術(shù)的研究”的支持下，建成了具有世界先進(jìn)水平的煤炭地下氣化過程綜合試驗(yàn)臺(tái)，可完成不同煤種及不同煤層賦存條件下煤炭地下氣化過程發(fā)展規(guī)律及工藝參數(shù)的模型試驗(yàn)研究。

1987 年完成了江蘇省“七五”重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目——徐州馬莊礦煤炭地下氣化現(xiàn)場試驗(yàn)，獲江蘇省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)； 1994 年完成了國家“八五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目——徐州新河二號(hào)井煤炭地下氣化半工業(yè)試驗(yàn)，首創(chuàng)“長通道、大斷面、兩階段”新工藝，被評(píng)為國家“八五”重大科技成果。

獲“礦井長通道、大斷面煤炭地下氣化工藝”，“兩階段煤炭地下氣化工藝”，“推進(jìn)供風(fēng)式煤炭地下氣化爐”三項(xiàng)國家專利。

1996 完成了河北省重點(diǎn)科技項(xiàng)目—— “唐山劉莊煤礦煤炭地下氣化工業(yè)性試驗(yàn)” ； 2000 年 9 月完成了“新汶孫村煤礦煤炭地下氣化技術(shù)研究與應(yīng)用”項(xiàng)目，并進(jìn)行了民用及內(nèi)燃機(jī)發(fā)電，獲山東省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)和煤炭工業(yè)十大科技成果獎(jiǎng)。

2005年，中國礦業(yè)大學(xué)在重慶中梁山北礦進(jìn)行的煤炭地下氣化試驗(yàn)首次實(shí)現(xiàn)了在高瓦斯礦井進(jìn)行地下多煤層聯(lián)合氣化，所產(chǎn)煤氣作為當(dāng)?shù)貞艟用窈驼羝仩t燃?xì)猓@一試驗(yàn)的成功對(duì)今后煤炭開采過程的碳排放量控制具有重要意義。

2007年1月，新奧集團(tuán)投資2億多元組建烏蘭察布新奧氣化采煤技術(shù)有限公司,開展“無井式煤炭地下氣化試驗(yàn)項(xiàng)目”研究，得到了內(nèi)蒙古科技廳、烏蘭察布市科技局的大力支持。同年10月首個(gè)無井式氣化爐點(diǎn)火成功，并產(chǎn)出合格燃?xì)鈱?shí)現(xiàn)了鍋爐及發(fā)電穩(wěn)定生產(chǎn)應(yīng)用,累計(jì)發(fā)電超過470萬度。2013年首個(gè)工業(yè)性氣化爐建成投入試生產(chǎn),單爐產(chǎn)能達(dá)50萬方/天以上。2014年8月移動(dòng)單元?dú)饣夹g(shù)開發(fā)成功，實(shí)現(xiàn)富氧連續(xù)氣化穩(wěn)定產(chǎn)出LNG合成原料氣，連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行超過3個(gè)月并通過化工生產(chǎn)長周期穩(wěn)定運(yùn)行評(píng)估，單工作面煤炭氣化回采率達(dá)87.7%。取得了一批創(chuàng)新性研究成果，申報(bào)了232項(xiàng)專利。

2010年5月至11月，中國礦業(yè)大學(xué)王作棠教授煤炭地下氣化團(tuán)隊(duì)與華亭煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司合作開發(fā)了“難采煤有井式綜合導(dǎo)控法地下氣化及低碳發(fā)電工業(yè)性試驗(yàn)項(xiàng)目”。項(xiàng)目于當(dāng)年11月通過甘肅省科技廳的鑒定，鑒定委員會(huì)專家一致認(rèn)為，該項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)突出，在地下煤層燃燒高效穩(wěn)態(tài)蔓延導(dǎo)引控制技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，同意通過科技成果鑒定。項(xiàng)目主要技術(shù)點(diǎn)采用新型的窄條帶虛底爐與多爐協(xié)同作業(yè)、地面導(dǎo)控注氣與充填減沉固污、高氫燃?xì)獍l(fā)電等多項(xiàng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)集群，克服了常規(guī)地下氣化存在煤氣燃值低、穩(wěn)定性弱、規(guī)模小、測控難等問題，所產(chǎn)煤氣發(fā)熱量大于9.0MJ/Nm3，可用于生產(chǎn)煤基天然氣和低碳燃?xì)獍l(fā)電，實(shí)現(xiàn)了燃燒過程可導(dǎo)可控、產(chǎn)氣優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定、生產(chǎn)過程安全清潔、污染物近零排放。項(xiàng)目立足資源枯竭礦井中由于地質(zhì)條件復(fù)雜和回采工藝限制而滯留的難采煤資源開發(fā)利用的重大技術(shù)難題進(jìn)行研究攻關(guān)和工業(yè)性試驗(yàn)，為延長礦區(qū)服務(wù)年限，提高煤炭資源回收率，推動(dòng)煤炭企業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了有力的技術(shù)支撐，為華亭礦區(qū)大規(guī)模物理開采過程中遺留的近6億噸邊角、零散煤炭資源的氣化開采提供了實(shí)踐依據(jù)。

煤炭地下氣化發(fā)展建議

1，我國的地下氣化技術(shù)處于工業(yè)試驗(yàn)轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)示范的階段。 因此國家和有關(guān)部門應(yīng)給予大力支持，制定相應(yīng)的政策，提供一定的措施和資金，推動(dòng)這方 面的研究工作。并應(yīng)組織協(xié)調(diào)，做好攻關(guān)工作，以期在較短的時(shí)間內(nèi)，使地下氣化技術(shù)真正 用于生產(chǎn)和應(yīng)用。

2，煤炭地下氣化的目的在于應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化。當(dāng)前為了尋找煤炭的新出路，加強(qiáng)煤炭 綜合利用的研究，很多企業(yè)都看好煤炭地下氣化技術(shù)，但應(yīng)在開展項(xiàng)目之前要落實(shí)用戶。

3，提高熱值和生產(chǎn)適合于用戶的氣體組分是氣化技術(shù)的關(guān)鍵。地下氣化生產(chǎn)的 空氣煤氣熱值偏低，因此使應(yīng)用范圍受到限制。為了提高煤氣熱值和穩(wěn)定氣體組分，試驗(yàn)中采用生產(chǎn)半水煤氣、水煤氣和富氧煤氣等工藝，部分企業(yè)已經(jīng)取得突破進(jìn)展。

4，對(duì)地下氣化爐燃燒和運(yùn)行進(jìn)行有效的控制，是煤炭地下氣化穩(wěn)定產(chǎn)氣和得到相對(duì) 穩(wěn)定 的氣體組分的保證手段?？刂葡到y(tǒng)仍然比較簡單，研究單位應(yīng)進(jìn)一步開展攻關(guān)，為地下 氣化爐建立起1套行之有效的測控系統(tǒng)，并應(yīng)重點(diǎn)放在燃燒位置和燃燒速度的控制技術(shù)上， 其中可靠的傳感元器件是很重要的。

5，地下氣化爐和地面設(shè)施的安全技術(shù)是搞好地下氣化的保障。要采取充分和必要的 措施，防止泄漏。還應(yīng)做好防爆和防火工作，并制定嚴(yán)格的規(guī)程，確保安全產(chǎn)氣。

6，開展燃燒后地下氣化爐體結(jié)構(gòu)變化及地面沉降狀況的研究，適時(shí)解剖1～2臺(tái)氣 化 爐，了解燃燒后爐體內(nèi)的狀況和地面的塌陷規(guī)律，這對(duì)于提高對(duì)煤炭地下氣化技術(shù)認(rèn)識(shí)，修 改爐型設(shè)計(jì)和改進(jìn)運(yùn)行規(guī)律的控制將起到很大作用。

7，建立煤炭地下氣化試驗(yàn)研究基地，選擇1～2個(gè)有代表性的煤種(煙煤、無煙煤等) ，煤層(厚度、傾角等)和用戶(民用燃料、發(fā)電、化工原料)作為試驗(yàn)基地，開展多項(xiàng)技術(shù)攻 關(guān)與研究，在成功的基礎(chǔ)上進(jìn)行推廣應(yīng)用。（中國煤炭市場網(wǎng)發(fā)表于2002年4月29日）

氣化過程是煤炭的一個(gè)熱化學(xué)加工過程。它是以煤或煤焦為原料，以氧氣（空氣、富氧或工業(yè)純氧）、水蒸氣作為氣化劑，在高溫高壓下通過化學(xué)反應(yīng)將煤或煤焦中的可燃部分轉(zhuǎn)化為可燃性氣體的工藝過程。氣化時(shí)所得的可燃?xì)怏w成為煤氣，對(duì)于做化工原料用的煤氣一般稱為合成氣（合成氣除了以煤炭為原料外，還可以采用天然氣、重質(zhì)石油組分等為原料），進(jìn)行氣化的設(shè)備稱為煤氣發(fā)生爐或氣化爐。

煤炭氣化包含一系列物理、化學(xué)變化。一般包括干燥、燃燒、熱解和氣化四個(gè)階段。干燥屬于物理變化，隨著溫度的升高，煤中的水分受熱蒸發(fā)。其他屬于化學(xué)變化，燃燒也可以認(rèn)為是氣化的一部分。煤在氣化爐中干燥以后，隨著溫度的進(jìn)一步升高，煤分子發(fā)生熱分解反應(yīng)，生成大量揮發(fā)性物質(zhì)（包括干餾煤氣、焦油和熱解水等），同時(shí)煤粘結(jié)成半焦。煤熱解后形成的半焦在更高的溫度下與通入氣化爐的氣化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成以一氧化碳、氫氣、甲烷及二氧化碳、氮?dú)?、硫化氫、水等為主要成分的氣態(tài)產(chǎn)物，即粗煤氣。氣化反應(yīng)包括很多的化學(xué)反應(yīng)，主要是碳、水、氧、氫、一氧化碳、二氧化碳相互間的反應(yīng)，其中碳與氧的反應(yīng)又稱燃燒反應(yīng)，提供氣化過程的熱量。

綜合利用前景廣闊

根據(jù)煤氣成分和應(yīng)用條件，地下氣化煤氣可用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、提取純H2，以及用作化工原料氣、工業(yè)燃料氣、城市民用煤氣等。

煤氣化是煤炭轉(zhuǎn)化的重要形式之一，它在各類生產(chǎn)過程中起著承前啟后的作用。煤制化工合成原料氣在煤化工中有著重要的地位。國內(nèi)外正在把煤化工發(fā)展成為以煤炭氣化為基礎(chǔ)的c1化學(xué)工業(yè)，使煤化工由能源型轉(zhuǎn)向化工型。煤氣化制得的合成氣(CO H2)作為化學(xué)工業(yè)的基本原料，在與石油化工的競爭中不斷發(fā)展和提高。但煤化工要與石油化工和以天然氣為原料的化工合成相競爭，必須有能耗低、投資小的氣化技術(shù)為基礎(chǔ)。而煤炭地下氣化技術(shù)正是具有這樣的特點(diǎn)，通過煤炭地下氣化生產(chǎn)合成氣，可以充分發(fā)揮煤炭地下氣化的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為煤化工的發(fā)展提供新的擴(kuò)展空間。

環(huán)境效益

煤炭地下氣化燃燒后的灰渣留在地下，采用充填技術(shù)，大大減少了地表下沉，無固體物質(zhì)排放，因此煤炭地下氣化減少了地面環(huán)境的破壞，這是其他潔凈煤技術(shù)無法比擬的。地下氣化煤氣可以集中凈化，脫除焦油、硫和粉塵等其他有害物質(zhì)，甚至可降CO經(jīng)地面變換后，采用分離技術(shù)將CO2分離出來儲(chǔ)存或作其他用途，從而得到潔凈煤氣，因此，地下氣化技術(shù)有利于解決大氣污染問題。

煤炭資源的利用率

煤炭是我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，但受傳統(tǒng)井工開采技術(shù)水平的限制，隨著開采強(qiáng)度的逐漸增大，大量的礦井報(bào)廢或行將報(bào)廢。據(jù)統(tǒng)計(jì)1953——1989年有報(bào)廢礦井297處，1990年——2020年還有244處將報(bào)廢，遺棄資源儲(chǔ)量已有300億噸以上。利用煤炭地下氣化技術(shù)，可使我國遺棄煤炭資源50%左右得到利用。煤炭地下氣化技術(shù)還可以用于開采井工難以開采或開采經(jīng)濟(jì)性、安全性較差的薄煤層、深部煤層、“三下”壓煤和高硫、高灰、高瓦斯煤層。因此，地下氣化大大提高了煤炭資源的利用率。