煤矿瓦斯排放与利用(wzf).pptx

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1、煤矿瓦斯排放与利用王兆丰 研究员研究员/博导博导/国家安全生产专家国家安全生产专家6/2/2023 1 煤炭科学研究总院提纲：一.全国煤矿瓦斯涌排现状与预测二.煤矿瓦斯排放的影响三.煤矿中、低浓度瓦斯治理与利用四.煤矿瓦斯减排与利用CDM研究五.主要结论6/2/2023 6/2/2023 2 2煤炭科学研究总院一、全国煤矿分布及瓦斯涌排现状1.煤矿的分布概况 27 个省、直辖市、自治区，1264 个县均有煤矿分布，占行政区划的44.2%；2007 年7 月全国共有各类煤矿12577 处；57 个市县瓦斯灾害比较突出；6/2/2023 6/2/2023 3 3煤炭科学研究总院一、全国煤矿分布及瓦

2、斯涌排现状1.煤矿的分布概况 国有重点煤矿总数681 处、其中纳入45 户重点监控企业的煤矿共414 处；国有地方煤矿总数约2210 处；全国煤矿中高瓦斯矿井4462 处，煤与瓦斯突出矿井911 处；6/2/2023 6/2/2023 4 4煤炭科学研究总院一、全国煤矿分布及瓦斯涌排现状1.煤矿的分布概况 国有重点煤矿多分布在我国中北部地区；低瓦斯矿井主要分布在我国北部；高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井主要分布在我国中东部、中南和西南部地区；6/2/2023 6/2/2023 5 5煤炭科学研究总院一、全国煤矿分布及瓦斯涌排现状国有重点矿煤炭产量和瓦斯等级分布情况国有重点煤矿产量和瓦斯等级分布概况

3、 国有重点煤矿煤炭多产自我国中北部 低瓦斯矿井主要分布在我国北部，而高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井主要分布在我国中东部和中南部 2003年国有重点煤矿瓦斯涌出量62.3亿m3 2005年全国煤矿瓦斯涌出量150亿m36/2/2023 6/2/2023 6 6煤炭科学研究总院一、全国煤矿分布及瓦斯涌排现状2.我国煤矿瓦斯涌排情况 几乎所有矿井均有瓦斯涌出；2002 年初步调查全国煤矿瓦斯涌出量100 亿m3；2003 年国有重点煤矿瓦斯涌出量约62.3m3；2005 年全国煤矿瓦斯涌出量约130-150 亿m3；6/2/2023 6/2/2023 7 7煤炭科学研究总院国有重点煤矿中，高瓦斯、煤与

4、瓦斯突出矿井数量和煤炭产量比例都在50%左右，这使得高瓦斯突出矿井瓦斯涌出量所占比例接近90%。一、全国煤矿分布及瓦斯涌排现状6/2/2023 6/2/2023 8 8煤炭科学研究总院一、全国煤矿分布及瓦斯涌排现状2.我国煤矿瓦斯涌排情况 国有重点煤矿瓦斯涌出情况差异较大；除少数煤矿（如晋城、阳泉）外，多数矿井瓦斯涌出较低；高瓦斯，突出矿井平均瓦斯涌出量20Mm3/a左右；低瓦斯矿井平均瓦斯涌出量2Mm3/a 左右6/2/2023 6/2/2023 9 9煤炭科学研究总院一、全国煤矿分布及瓦斯涌排现状2.我国煤矿瓦斯涌排情况 国有重点煤矿瓦斯涌出量呈逐年增加趋势，这与煤炭产量增加趋势一致；瓦斯

5、涌出量的增幅小于产量的增幅，瓦斯排放系数稳中有降；低瓦斯矿井瓦斯涌出较为稳定，基本上不受煤炭增产的影响；高、突矿井的瓦斯涌出基本上随煤炭产量增加而增加。6/2/2023 6/2/2023 10 10煤炭科学研究总院随着我国煤矿瓦斯抽放技术日臻成熟，我国国有重点煤矿瓦斯抽放量逐年增加。据调研计算结果。2006年全国瓦斯抽放量达到32亿m3，其中国有重点煤矿26亿m3一、全国煤矿分布及瓦斯涌排现状3.国有重点煤矿瓦斯抽放情况6/2/2023 6/2/2023 11 11煤炭科学研究总院一、全国煤矿分布及瓦斯涌排现状3.国有重点煤矿瓦斯抽放情况 认真贯彻“十二字”方针，加大了瓦斯抽放力度，瓦斯抽放装

6、备和工艺的技术进步，使我国国有重点煤矿瓦斯抽放量逐年提高。全国瓦斯抽放量2006 年达32 亿m3，2007 年达43 亿m3；多数抽放矿井瓦斯抽放量仅在6Mm3/a 左右；贯彻“十六字”工作体系后，抽放量将进一步提高6/2/2023 6/2/2023 12 12煤炭科学研究总院一、全国煤矿分布及瓦斯涌排现状 多数抽放矿井瓦斯抽放量仅在多数抽放矿井瓦斯抽放量仅在6Mm6Mm33/a/a左右左右注1：横坐标为年瓦斯抽放量，单位：Mm3/年；纵坐标为矿井个数，单位：个。注2：年瓦斯抽放量小于30Mm3/年的抽放矿井瓦斯抽放量分布直方图。6/2/2023 6/2/2023 13 13煤炭科学研究总院

7、一、全国煤矿分布及瓦斯涌排现状 多数抽放矿井的瓦斯抽放率在30%左右注：横坐标是瓦斯抽放率（%），纵坐标是矿井数量（个）6/2/2023 6/2/2023 14 14煤炭科学研究总院一、全国煤矿分布及瓦斯涌排现状 多数矿井瓦斯抽放浓度在25%左右注：*按国家煤矿安全规程，瓦斯浓度25%才能进行抽放，否则必须放空，但为防止瓦斯积聚，允许使用移动抽放泵对25%以下煤矿瓦斯进行临时抽放注：横坐标是瓦斯抽放浓度（%），纵坐标是矿井数量（个）6/2/2023 6/2/2023 15 15煤炭科学研究总院一、全国煤矿分布及瓦斯涌排现状4.国有重点煤矿瓦斯风排情况据调研计算，2003年国有重点煤矿瓦斯风排量

8、47亿m3，其中低瓦斯矿井所占比例为15%，而高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井所占比例达85%6/2/2023 6/2/2023 16 16煤炭科学研究总院一、全国煤矿分布及瓦斯涌排现状4.国有重点煤矿瓦斯风排情况 各矿风排瓦斯情况差异较大，寺河矿高达1 亿m3以上，多数矿较小；高瓦斯突出矿井风排瓦斯量平均在14Mm3/a左右；低瓦斯矿井风排瓦斯量平均在2Mm3/a 左右；多数矿井风排瓦斯浓度在0.2%左右；6/2/2023 6/2/2023 17 17煤炭科学研究总院一、全国煤矿分布及瓦斯涌排现状4.国有重点煤矿瓦斯风排情况 低瓦斯矿井涌出的瓦斯主要依靠风井排放;高瓦斯突出矿井的瓦斯1/3 通过

9、抽放系统抽排，2/3 通过风流排放;瓦斯风排仍然是煤矿瓦斯的主要排放方式.6/2/2023 6/2/2023 18 18煤炭科学研究总院一、全国煤矿分布及瓦斯涌排现状5.地方煤矿瓦斯涌排情况 与国有重点煤矿相比，地方煤矿中高瓦斯、突出矿井所占比重小，多数为低瓦斯矿井；山西地方煤矿中，低瓦斯矿井约占90%6/2/2023 6/2/2023 19 19煤炭科学研究总院一、全国煤矿分布及瓦斯涌排现状5.地方煤矿瓦斯涌排情况 地方煤矿瓦斯涌出与高瓦斯突出矿井数量有很大相关性晋城市高瓦斯矿井116个，占山西地方矿高瓦斯矿井的34.8%.其中，相对瓦斯涌出量大于20m3/t的矿井有48个；山西省5个有煤与

10、瓦斯突出的地方矿均在晋城，其瓦斯排放系数高达45m3/t；晋城市地方矿加权平均后的瓦斯排放系数在25%左右；6/2/2023 6/2/2023 20 20煤炭科学研究总院一、全国煤矿分布及瓦斯涌排现状5.地方煤矿瓦斯涌排情况 乡镇煤矿瓦斯排放系数低，而国有地方和国有重点煤矿相当乡镇矿开采深度浅，煤层瓦斯含量低，使得瓦斯排放系数低；2003年晋城市瓦斯排放系数小于3m3/t的乡镇矿占全市乡镇矿总数的40%；国有地方矿瓦斯排放系数较高，晋城市瓦斯排放系数大于20m3/t的矿井占全市的70%；国有地方矿的瓦斯排放系数接近国有重点煤矿，即10m3/t。6/2/2023 6/2/2023 21 21煤炭

11、科学研究总院一、全国煤矿分布及瓦斯涌排现状6.全国煤矿瓦斯涌排量估计瓦斯涌出量 瓦斯涌出量（亿 亿m m3 3）瓦斯抽放 瓦斯抽放 瓦斯 瓦斯 风 风 排 排抽放量（抽放量（亿 亿m m3 3）占瓦斯涌出的比例（占瓦斯涌出的比例（%）风 风 排量（排量（亿 亿m m3 3）占瓦斯涌出的比例 占瓦斯涌出的比例（%）国有重点煤 国有重点煤 矿 矿62.26 62.26 15.65 15.65 25 25 46.61 46.61 75 75地方煤 地方煤 矿 矿30 30 50 50 4.80 4.80 1016 1016 2545 2545 8189 8189全国煤 全国煤 矿 矿90 90 11

12、0 110 20.45 20.45 1823 1823 7090 7090 7782 7782全国煤矿瓦斯涌排量估计（2003年）与其它研究机构近年来研究结果的比较每年，数据年代不详 每年，数据年代不详 130 130 中国工程院 中国工程院每年，数据年代不详 每年，数据年代不详 194 194 联合国有关机构 联合国有关机构96 96（2000 2000 年）年）130 130（2004 2004 年）年）煤炭信息研究院 煤炭信息研究院其中，国有重点煤矿 其中，国有重点煤矿62.74 62.74 亿 亿m m3 3，国有，国有地方及乡镇煤矿 地方及乡镇煤矿26.84 26.8489.58 8

13、9.58 国家发改委能源研究所（国家发改委能源研究所（2000 2000 年）年）备注 备注 瓦斯排放量（亿 瓦斯排放量（亿m m3 3）研究单位和个人 研究单位和个人6/2/2023 6/2/2023 22 22煤炭科学研究总院一、全国煤矿分布及瓦斯涌排现状2002年全国煤矿瓦斯涌出量估计 2010年全国煤矿瓦斯涌出量估计2010 2010 年全国煤矿瓦斯涌出较 年全国煤矿瓦斯涌出较2002 2002 年密集的省份主要集中在山西、淮南、淮北、贵州、东北一带，都是国家传统的 年密集的省份主要集中在山西、淮南、淮北、贵州、东北一带，都是国家传统的产煤区和高瓦斯涌出区。值得注意的是，除西南外，我国

14、西部大部分煤矿都是低瓦斯矿井，虽然未来煤炭产量增 产煤区和高瓦斯涌出区。值得注意的是，除西南外，我国西部大部分煤矿都是低瓦斯矿井，虽然未来煤炭产量增幅较为明显，但瓦斯涌出量同比增加很少，因此，未来瓦斯涌排治理及利用仍须以山西、淮南、淮北、贵州、东 幅较为明显，但瓦斯涌出量同比增加很少，因此，未来瓦斯涌排治理及利用仍须以山西、淮南、淮北、贵州、东北为重点。北为重点。6/2/2023 6/2/2023 23 23煤炭科学研究总院二、煤矿瓦斯排放的影响1.我国煤层瓦斯资源与特征国土资源部2006年公布为36.811012m3，与我国天然气相当，居世界产煤国前列。3333228148141119111

15、936.836.867667617113171136/2/2023 6/2/2023 24 24煤炭科学研究总院二、煤矿瓦斯排放的影响总量 东部 西部 中部100%100%100%31.46 31.4631.46万亿 万亿万亿m mm3 3310.8%10.8%3.393.39万亿万亿mm3325.4%25.4%7.997.99万亿万亿mm3363.8%63.8%20.0820.08万亿万亿mm336/2/2023 6/2/2023 25 25煤炭科学研究总院二、煤矿瓦斯排放的影响煤层瓦斯资源多为少生（气）中储（气）型和多生低储型，合计约占我国煤层瓦斯资源量的70%，仅有30%的煤层瓦斯有可能

16、通过地面垂直钻井技术开采。煤层瓦斯资源约70%分布在地下1000m 以深，仅有30%分布在1000m 以浅，从经济上进一步限制了地面钻井开采煤层瓦斯气能力。6/2/2023 6/2/2023 26 26煤炭科学研究总院二、煤矿瓦斯排放的影响2.煤层瓦斯抽排分类煤炭生产阶段资源枯竭，矿井废弃采前预抽或仅产气煤炭正常开采%CH41 30 40 80 90 95CBM 地面钻井煤层瓦斯气CMMd,u 可利用的矿井抽放瓦斯CMMd,e 未利用放空的矿井抽放瓦斯VAM 矿井风排瓦斯AMM 废弃矿井瓦斯6/2/2023 6/2/2023 27 27煤炭科学研究总院二、煤矿瓦斯排放的影响3.煤矿瓦斯事故造成

17、的危害 24 起死亡百人以上的特别重大事故中，瓦斯事故17 起，事故起数占70.8%，死亡人数占61.4%；1 次死亡3 人以上的重特大事故中，瓦斯事故占55%；1 次死亡10 人以上的特大事故中，瓦斯事故占80%；2007 年煤矿重特大事故中瓦斯事故起数占78.6%，死亡人数占80.3%。6/2/2023 6/2/2023 28 28煤炭科学研究总院二、煤矿瓦斯排放的影响4.煤矿瓦斯对全球气候变化的影响较大（来源：刘德顺，CDM 项目体制、方法学与实施框架，清洁发展机制(CDM)培训讲义，中国CDM 能力建设项目，2005 年6 月）6/2/2023 6/2/2023 29 29煤炭科学研究

18、总院二、煤矿瓦斯排放的影响WORLDWORLD：20002000中国：中国：19941994（来源：PAMELA M.FRANKLIN 等，METHANE TO MARKETS PARTNERSHIP:OPPORTUNITIES FOR COAL MINE METHANE PROJECT DEVELOPMENT，2004 第四届国际煤层气论坛）（来源：中华人民共和国气候变化初始国家信息通报，中国计划出版社，2004 年，北京）6/2/2023 6/2/2023 30 30煤炭科学研究总院二、煤矿瓦斯排放的影响5.煤矿瓦斯排放造成的资源浪费严重清洁能源资源浪费 清洁能源资源匮乏 每年有近 每年有

19、近100 100 亿 亿m m3 3的煤矿瓦斯 的煤矿瓦斯未能有效利用而直接排放。未能有效利用而直接排放。甲烷是高热值清洁能源 甲烷是高热值清洁能源Q QCH4 CH4=3536MJ/m=3536MJ/m3 3，燃烧尾气，燃烧尾气中烟尘、二氧化硫含量极低。中烟尘、二氧化硫含量极低。以煤为主的能源结构，天然气 以煤为主的能源结构，天然气等清洁能源所占比例很小；等清洁能源所占比例很小；约合 约合12.6Mtce/a(12.6Mtce/a(煤当量 煤当量)的能 的能源；源；若按燃煤，每年有大量的燃煤 若按燃煤，每年有大量的燃煤污染物排入大气，污染了环境 污染物排入大气，污染了环境6/2/2023 6

20、/2/2023 31 31煤炭科学研究总院二、煤矿瓦斯排放的影响6.煤矿瓦斯排放的公众化常识水平不高 对瓦斯事故频繁发生的原因知之甚少；不了解煤矿瓦斯是一种导致气候变暖的温室气体；对煤矿瓦斯利用技术及减排机制不太了解；缺少煤矿瓦斯排放与利用的信息。6/2/2023 6/2/2023 32 32煤炭科学研究总院三、煤矿中低浓度瓦斯治理与利用技术6/2/2023 6/2/2023 33 33煤炭科学研究总院三、煤矿中低浓度瓦斯治理与利用技术6/2/2023 6/2/2023 34 34煤炭科学研究总院 2003 2003 年我国重点煤矿抽放瓦斯利用量达到 年我国重点煤矿抽放瓦斯利用量达到6.2 6

21、.2 亿 亿m m3 3，利，利用率近 用率近40%40%；2006 2006 年我国重点煤矿抽放瓦斯利用量达到 年我国重点煤矿抽放瓦斯利用量达到6 6 亿 亿m m3 3，利用，利用率近 率近23.5%23.5%；2007 2007 年我国重点煤矿抽放瓦斯利用量达到 年我国重点煤矿抽放瓦斯利用量达到14.5 14.5 亿 亿m m3 3，利用率近 利用率近33%33%；抽放瓦斯利用矿井数占抽放矿井数的 抽放瓦斯利用矿井数占抽放矿井数的1/3 1/3；我国重点煤矿瓦斯利用规模的利用率差别很大，抽放瓦 我国重点煤矿瓦斯利用规模的利用率差别很大，抽放瓦斯利用水平不均衡；斯利用水平不均衡；贯彻国务院

22、瓦斯治理 贯彻国务院瓦斯治理“十二字 十二字”方针后，抽放矿井数、方针后，抽放矿井数、抽放量、利用率逐年提高。抽放量、利用率逐年提高。三、煤矿中低浓度瓦斯治理与利用技术6/2/2023 6/2/2023 35 35煤炭科学研究总院三、煤矿中低浓度瓦斯治理与利用技术1.我国煤矿瓦斯利用的主要技术途径 民用，作为燃气供居民使用（压缩瓦斯和管道瓦斯）；发电：内燃机组和燃气轮机机组；工业燃料：钢铁厂、汽车用燃料；工业原料：炭黑。6/2/2023 6/2/2023 36 36煤炭科学研究总院三、煤矿中低浓度瓦斯治理与利用技术2.国内外正在研究的煤矿中浓度瓦斯利用技术 抽放瓦斯净化富集技术吸附/解吸法技术

23、渗透分离法技术低温液化分离法技术6/2/2023 6/2/2023 37 37煤炭科学研究总院三、煤矿中低浓度瓦斯治理与利用技术2.国内外正在研究的煤矿中浓度瓦斯利用技术 抽放瓦斯发电（供热）技术往复式燃气发动机（内燃机）发电技术燃气轮机发电技术燃气锅炉蒸气轮机发电技术联合循环多联供技术6/2/2023 6/2/2023 38 38煤炭科学研究总院三、煤矿中低浓度瓦斯治理与利用技术2.国内外正在研究的煤矿中浓度瓦斯利用技术 化工原料技术高浓度抽放瓦斯或经净化富集后的高品位甲烷气作为化工原料气（合成气）生产甲醇、甲醛等高附加值产品制炭黑6/2/2023 6/2/2023 39 39煤炭科学研究总

24、院三、煤矿中低浓度瓦斯治理与利用技术2.国内外正在研究的煤矿中浓度瓦斯利用技术 汽车燃料技术 火炬燃烧技术对达不到瓦斯利用要求浓度，而浓度不是太低的抽放瓦斯，可以用火炬燃烧技术将甲烷氧化燃烧成CO2，以减排温室气体。6/2/2023 6/2/2023 40 40煤炭科学研究总院三、煤矿中低浓度瓦斯治理与利用技术3.低浓度风排瓦斯利用技术 富集技术液化床浓缩器技术 可将甲烷浓度由0.10.9%富集到20%配气技术 通过高浓度的甲烷气或高热值的丙烷气与低浓度瓦斯配制成可以利用的产品6/2/2023 6/2/2023 41 41煤炭科学研究总院三、煤矿中低浓度瓦斯治理与利用技术配气技术浓缩器技术技术

25、流程：矿井风排瓦斯从吸附器底端进入，向上逆流通过液化床，吸附介质吸附甲烷增重720后，落入吸附器底部被存储器收集，再通过吸附介质传输系统送至解吸器，而后通过提高温度将浓缩的甲烷解吸出来成为高浓度产品气，解吸后的吸附介质通过传输系统重新回到吸附器继续使用。技术应用：多用于化工等行业VOC 处理。类似研究：能将甲烷浓度0.1 0.9%的原料气富集到甲烷浓度20%的产品气，如果来流甲烷浓度更高，产品气中甲烷浓度可增加至30%或更高。工程适用性：模拟风排瓦斯进行测试，无工程应用技术特点：配气技术相对较为简单，即通过高浓度的甲烷气或高热值的丙烷气与低浓度瓦斯混合，配成可以利用的产品气，如国外已有将抽放瓦

26、斯注入风排瓦斯以提高风排瓦斯中甲烷浓度的案例。工程适用性：国外为稳定瓦斯气，多有采用6/2/2023 6/2/2023 42 42煤炭科学研究总院三、煤矿中低浓度瓦斯治理与利用技术3.低浓度风排瓦斯利用技术 氧化燃烧技术流转反应器技术 也称为逆流反应器、流向变换反应器技术，能实现风排瓦斯在1000以上，或在催化剂作用下较低温度的自氧化稳定燃烧，多余热可回收利用或发电。6/2/2023 6/2/2023 43 43煤炭科学研究总院三、煤矿中低浓度瓦斯治理与利用技术风排瓦斯V2V1V1V2Heat Exchanger固体层固体层废气、废热 下风流上风流甲烷完全氧化利用固定床中固体层与气体层再生热热

27、交换原理，实现风排瓦斯周期性自热氧化反应。技术原理保持1000 以上燃烧温度使用催化剂降低甲烷氧化反应活化能，实现在相对较低温度下的自稳定氧化燃烧。技术分类6/2/2023 6/2/2023 44 44煤炭科学研究总院时间1994 年2001-2002 年 2005 年 甲烷减排试验示范阶段，热能未回收地点：英国煤炭公司 地点：英国煤炭公司应用：风排瓦斯（混量）应用：风排瓦斯（混量）8000 m 8000 m3 3/h/h，甲烷浓度，甲烷浓度0.30.6%0.30.6%。甲烷减排与小规模热能生产示范阶段地点：澳大利亚 地点：澳大利亚BHP BHP 公司 公司APPIN APPIN 煤矿 煤矿应

28、用：风排瓦斯（混量）应用：风排瓦斯（混量）6000 m 6000 m3 3/h/h，有，有90%90%的 的热回收生产热水 热回收生产热水 大规模甲烷减排与能源生产示范阶段地点：澳大利亚 地点：澳大利亚BHP Billiton BHP Billiton 公司 公司WestCLIFF WestCLIFF 煤矿 煤矿应用：风排瓦斯（混量）规模达到 应用：风排瓦斯（混量）规模达到250,000 m 250,000 m3 3/h/h（相当（相当于矿井风排瓦斯总量的 于矿井风排瓦斯总量的1/5 1/5），可产生），可产生6MW 6MW 电 电能 能热流转反应器技术（TFRR）研究与示范6/2/2023

29、6/2/2023 45 45煤炭科学研究总院 加拿大CANMET 中试试验装置基本技术条件 基本技术条件：自动点火温度：自动点火温度350 350 800 800，最低甲烷工作浓度，最低甲烷工作浓度0.1%0.1%，甲烷浓度可变，适用于甲烷的减排，但如果回收热量用，甲烷浓度可变，适用于甲烷的减排，但如果回收热量用于发电则需要补充额外燃料以提高甲烷浓度。于发电则需要补充额外燃料以提高甲烷浓度。热回收效率 热回收效率：对于浓度：对于浓度0.31.0%0.31.0%的风排瓦斯，热回收效率在 的风排瓦斯，热回收效率在5095%5095%，当浓度，当浓度0.5%0.5%时，热量回收效率 时，热量回收效率

30、75%75%技术应用：技术应用：2003 2003 年，年，Lefebvre Frres Lte Lefebvre Frres Lte 公司在蒙特利尔安 公司在蒙特利尔安装 装CH CH4 4MIN MIN 装备，处理 装备，处理1800m 1800m3 3/h/h 的矿井乏风。的矿井乏风。北京化工大学试验室装置基本技术条件 基本技术条件：在实验台规模（催化剂装填量：在实验台规模（催化剂装填量1 1 升）升）开展了 开展了0.51%0.51%模拟风排瓦斯减排，当浓度 模拟风排瓦斯减排，当浓度1%1%时，气 时，气体混合物温度能达到 体混合物温度能达到750 750。在不同的反应条件下，。在不同

31、的反应条件下，甲烷催化氧化燃烧的转化率均超过 甲烷催化氧化燃烧的转化率均超过98%98%，能在较宽的，能在较宽的操作条件下实现低浓度甲烷自热氧化燃烧，循环周期 操作条件下实现低浓度甲烷自热氧化燃烧，循环周期最长超过 最长超过50 50 分钟。分钟。技术应用：技术应用：正准备与煤化工分院共同开展技术推广及 正准备与煤化工分院共同开展技术推广及示范。示范。催化流转反应器技术（CFRR）研究与示范6/2/2023 6/2/2023 46 46煤炭科学研究总院流转反应器技术特点特征 特征 热流转反应器 热流转反应器 催化流转反应器 催化流转反应器工作原理 工作原理 流转 流转 流转 流转催化剂 催化剂

32、 无 无 有 有自动点火温度 自动点火温度 1000 1000 350800 350800 循环周期 循环周期 较短 较短 较长 较长最低甲烷浓度 最低甲烷浓度 0.2%0.2%0.1%0.1%减排适用性 减排适用性 适于减排 适于减排 适于减排 适于减排回收热量用于发电的可能 回收热量用于发电的可能性 性需额外补充甲烷，提高供 需额外补充甲烷，提高供气浓度，并保持浓度稳定 气浓度，并保持浓度稳定需额外补充甲烷，提高 需额外补充甲烷，提高供气浓度并保持浓度稳 供气浓度并保持浓度稳定 定甲烷浓度可变性 甲烷浓度可变性 可变 可变 可变 可变6/2/2023 6/2/2023 47 47煤炭科学研

33、究总院三、煤矿中低浓度瓦斯治理与利用技术3.低浓度风排瓦斯利用技术 微型贫烧燃气涡轮机技术间壁回热式涡轮机和接触反应贫烧涡轮机。前者利用燃烧产生的热量将含有甲烷的矿井乏风预热至自燃点（7001000之间）燃烧，用来发动涡轮机。要求瓦斯浓度大于1.6%，因此在乏风中需额外补充甲烷，澳大利亚已开发出1%浓度的接触式燃气轮机，它能够在低浓度下运行。6/2/2023 6/2/2023 48 48煤炭科学研究总院三、煤矿中低浓度瓦斯治理与利用技术3.低浓度风排瓦斯利用技术 辅助燃烧技术风排瓦斯中有一定量的可燃成分，可以取代周围空气用于内燃机、燃气轮机作为助燃剂使用，从而节约部分燃料，减少甲烷排放量。可节

34、约主燃料810%，减少瓦斯排放量20%80%。6/2/2023 6/2/2023 49 49煤炭科学研究总院三、煤矿中低浓度瓦斯治理与利用技术3.低浓度风排瓦斯利用技术 常规粉煤发电站助燃风排瓦斯在粉煤发电站锅炉内燃烧，可替代全部或部分环境空气。其基本技术条件是燃烧度应在140016506/2/2023 6/2/2023 50 50煤炭科学研究总院三、煤矿中低浓度瓦斯治理与利用技术3.3.低浓度风排瓦斯利用技术低浓度风排瓦斯利用技术 常规粉煤发电站助燃废煤/尾煤/风排瓦斯在旋转炉内混合燃烧基本技术条件：燃烧温度1200 1550 废煤/尾煤/风排瓦斯在流化床内混合燃烧基本技术条件：燃烧温度85

35、0950 内燃发动机助燃基本技术条件：燃烧温度1800 2000 常规燃气轮机助燃基本技术条件：燃烧温度1400 1650 6/2/2023 6/2/2023 51 51煤炭科学研究总院三、煤矿中低浓度瓦斯治理与利用技术3.全尺度浓度煤矿瓦斯减排与利用技术综合体系 将煤矿瓦斯净化富集技术、低浓度瓦斯利用技术及中浓度瓦斯利用技术耦合在一起就构成了全尺度浓度煤矿瓦斯减排 与利用技术综合体系，可根据煤矿瓦斯排放实际情况，进行技术方案的选择，生产天然气、电力、热、冷、化工品及车用燃料等6/2/2023 6/2/2023 52 52煤炭科学研究总院三、煤矿中低浓度瓦斯治理与利用技术6/2/2023 6/

36、2/2023 53 53煤炭科学研究总院四、煤矿瓦斯减排与利用CDM 研究1.清洁发展机制 过去1 万年中地球的气温是比较稳定的，工业革命以来，人类能源消费不断增加，导致温室气体在地球表面大气层中不断积累，加剧了地球大气的温室效应 联合国于1990 年建立了气候变化框架公约政府间谈判委员会，1992 年通过了联合国气候变化框架公约，1997 年通过了京都议定书 确保其CO2、CH4 等六种受控的温室气体排放总量，在20082012 的承诺期内比1990 年至少减少5.2%6/2/2023 6/2/2023 54 54煤炭科学研究总院四、煤矿瓦斯减排与利用CDM 研究1.清洁发展机制 为了使发达

37、国家能够完成减排义务，京都议定书建立了三种辅助机制，即“联合履约机制”“清洁发展机制”“排放贸易”。发达国家可以通过这三种机制在本国以外取得减排的低消额。这三种机制中，只有清洁发展机制（CDM）是发达国家缔约方与发展中国家缔约方之间的合作机制。6/2/2023 6/2/2023 55 55煤炭科学研究总院四、煤矿瓦斯减排与利用CDM 研究1.1.清洁发展机制清洁发展机制 CDM 是一种国际合作机制；对发达国家而言，CDM 提供了一种灵活的履约机制 对发展中国家，通过CDM 项目可以获得部分资金缓助和先进技术；世界银行研究表明，中国可以提供世界CDM 所需项目的一半以上，约含1 亿2 亿吨CO2

38、当量吨CO2的温室气体；20022005 年，有77.348 亿人民币投入中国四个CDM 项目。6/2/2023 6/2/2023 56 56煤炭科学研究总院四、煤矿瓦斯减排与利用CDM 研究2.煤矿瓦斯减排与利用CDM 项目发展概况 CDM 对治理和利用煤矿风排瓦斯的意义 带来难得的发展机遇 引入先进的科学技术 增加融资机会 搭建广阔的国际合作平台6/2/2023 6/2/2023 57 57煤炭科学研究总院南山 南山 项 项 目 目 潘三 潘三 项 项 目 目 潘一 潘一&谢桥项 谢桥项 目 目 阜新 阜新 项 项 目 目 寺河 寺河 项 项 目 目地理位置 地理位置 黑 黑 龙 龙 江

39、江 鹤岗 鹤岗 南山 南山 矿 矿 安徽淮南潘三 安徽淮南潘三 矿 矿 安徽淮南潘一、安徽淮南潘一、谢桥矿 谢桥矿 辽 辽 宁阜新 宁阜新 山西晋城寺河 山西晋城寺河 矿 矿瓦斯利用 瓦斯利用 对 对 象 象 矿 矿 井抽放瓦斯 井抽放瓦斯 矿 矿 井抽放瓦斯 井抽放瓦斯矿 矿 井抽放瓦斯、井抽放瓦斯、地面 地面 钻 钻 井开采煤 井开采煤 层 层 气 气矿 矿 井抽放瓦斯、井抽放瓦斯、地面 地面 钻 钻 井开采煤 井开采煤 层 层 气 气矿 矿 井抽放瓦斯 井抽放瓦斯瓦斯利用方向 瓦斯利用方向发电 发电（出售（出售 给 给 当地 当地 电 电 力公司）力公司）民用 民用/热电联产 热电联产（

40、自用）（自用）/燃 燃 烧 烧热电 热电 冷 冷 联产 联产（自用）（自用）/锅 锅 炉 炉煤改瓦斯 煤改瓦斯民用（含工 民用（含工 业 业）/并网 并网 发 发电 电/燃 燃 烧 烧并网 并网 发电 发电瓦斯利用 瓦斯利用 规 规 模 模 2MW 2MW 8000 8000 户 户 居民民用 居民民用 4.8MW 4.8MW 热电联产 热电联产 15.6MWe 15.6MWe 11.8MWt 11.8MWt（含（含 锅 锅 炉）炉）4.8MWc 4.8MWc 12MW 12MW 民用与工 民用与工 业 业 用燃料 用燃料 120MW 120MW 电 电 站 站项 项 目技 目技 术 术 路

41、路 线 线 中 中 浓 浓 度瓦斯内燃机 度瓦斯内燃机 发电 发电技 技 术 术 抽放技 抽放技 术 术 升 升 级 级 中 中 浓 浓 度瓦斯内燃机 度瓦斯内燃机 热电 热电联产 联产 技 技 术 术 火炬燃 火炬燃 烧 烧 技 技 术 术 抽放技 抽放技 术 术 升 升 级 级（钻 钻 孔、管 孔、管线 线 等）等）中高 中高 浓 浓 度瓦斯配气技 度瓦斯配气技 术 术 中 中 浓 浓 度瓦斯内燃机 度瓦斯内燃机 热电联 热电联产 产 技 技 术 术 锅 锅 炉煤改瓦斯技 炉煤改瓦斯技 术 术 抽放技 抽放技 术 术 升 升 级 级 地面 地面 钻 钻 井采气技 井采气技 术 术 火炬燃

42、火炬燃 烧 烧 技 技 术 术 抽放技 抽放技 术 术 升 升 级 级（钻 钻 孔、孔、管 管 线 线 密封、密封、压 压 力控制等）力控制等）中 中 浓 浓 度瓦斯内燃机 度瓦斯内燃机 发 发电 电 技 技 术 术年平均减排 年平均减排CO CO2 2e e 量 量 6.24 6.24 万 万t t 17.8 17.8 万 万t t 41 41 万 万t t 65.8 65.8 万 万t t 197 197 万 万t t减排 减排CO CO2 2e e 信用期 信用期 10 10 年 年 10 10 年 年 10 10 年 年 7 7 年 年 10 10 年 年项 项 目 目 实 实 施 施

43、 阶 阶 段 段 已完成 已完成 项 项 目 目 设计报 设计报 告 告（PDD PDD）我国政府尚未受理 我国政府尚未受理 EB EB 尚未登 尚未登 记 记 与 与 验证 验证 已完成 已完成 项 项 目 目 设计报 设计报 告 告（PDD PDD）我国政府尚未受理 我国政府尚未受理 EB EB 尚未登 尚未登 记 记 与 与 验证 验证 已完成 已完成 项 项 目 目 设计报 设计报 告 告（PDD PDD）我国政府已 我国政府已 经 经 出具 出具 不反 不反对 对 意 意 见 见 函 函 EB EB 尚未登 尚未登 记 记 与 与 验证 验证 已完成 已完成 项 项 目 目 设计报

44、设计报 告 告（PDD PDD）我国政府尚未受理 我国政府尚未受理 EB EB 尚未登 尚未登 记 记 与 与 验证 验证 已完成 已完成 项 项 目 目 设计报 设计报 告 告（PDD PDD）我国政府尚未受理 我国政府尚未受理 EB EB 尚未登 尚未登 记 记 与 与 验证 验证国 国 际 际 合作方 合作方 日本 日本 英国 英国 英国 英国 ADB ADB WB WB（PCF PCF）我国已向EB（CDM执行理事会）提出申请的五个煤矿瓦斯减排与利用CDM项目概况u u 温室气体减排技术以中浓度瓦斯为对象，类型有民用及工业用燃料、瓦斯发电以及火炬燃烧，采用了多种先进技术，如升级已有的抽

45、放技术，包括瓦斯钻孔 温室气体减排技术以中浓度瓦斯为对象，类型有民用及工业用燃料、瓦斯发电以及火炬燃烧，采用了多种先进技术，如升级已有的抽放技术，包括瓦斯钻孔精确定位、长距离钻孔、使用高密度管增强管道密封性以及优化抽放管道布局等，或是采用地面钻井开采煤层气与抽放瓦斯混合配气技术来提升瓦斯中甲烷 精确定位、长距离钻孔、使用高密度管增强管道密封性以及优化抽放管道布局等，或是采用地面钻井开采煤层气与抽放瓦斯混合配气技术来提升瓦斯中甲烷浓度。浓度。u u 若无 若无CERs CERs 收益 收益(经核证的减排量 经核证的减排量)，这些项目均不可行，其中尤以其项目投资高、收益率低、投资回收期长、产品气成

46、本高最为突出，这使得煤矿生产企业，这些项目均不可行，其中尤以其项目投资高、收益率低、投资回收期长、产品气成本高最为突出，这使得煤矿生产企业更多地选择煤矿瓦斯直接放空方式而不是主动减排或利用。更多地选择煤矿瓦斯直接放空方式而不是主动减排或利用。u u 尽管都处于项目准备阶段，但吸引了大量碳信用购买家，如世行、亚洲开发银行等 尽管都处于项目准备阶段，但吸引了大量碳信用购买家，如世行、亚洲开发银行等四、煤矿瓦斯减排与利用CDM 研究6/2/2023 6/2/2023 58 58煤炭科学研究总院四、煤矿瓦斯减排与利用CDM 研究这些项目的共性特点：温室气体减排技术以中浓度瓦斯为对象；若无CO2 减排量

47、效益，这些项目均不可行；大多处于项目准备阶段。6/2/2023 6/2/2023 59 59煤炭科学研究总院四、煤矿瓦斯减排与利用CDM 研究3.CDM3.CDM方法学的核心问题之一方法学的核心问题之一额外性准则额外性准则CDM项目额外性要求资金额外性准则分析 环境额外性准则分析技术额外性分析标准：是否为发达国家官方发展援助基金（ODA）？关键：关键是要判断东道国能否在没有减排收益的前提下实现自我减排？要求：所应用的技术应是尚未在东道国商业化的先进技术，以此促进东道国技术进步以及可持续发展6/2/2023 6/2/2023 60 60煤炭科学研究总院五、主要结论 全国煤矿瓦斯涌出量在90130

48、 亿m3，风排瓦斯为主，预计2010 年可能达到190 亿m3；国有重点煤矿低瓦斯矿井风排规模约2Mm3/a，高瓦斯突出矿井约1415Mm3/a，风排瓦斯浓度0.2%左右；国有重点煤矿抽放规模6Mm3/a 左右，抽放瓦斯浓度25%左右，近两年抽放量增长迅速，07 年已达44 亿m3。我国煤矿瓦斯利用能力低，发展不均衡，抽放瓦斯利用率30%左右，风排瓦斯尚未利用。主要途径是民用、发电、化工生产和车用燃料。6/2/2023 6/2/2023 61 61煤炭科学研究总院五、主要结论 国内外对低浓度瓦斯减排与利用技术多有研究，可用于 国内外对低浓度瓦斯减排与利用技术多有研究，可用于辅助燃烧或直接作为主

49、要燃料燃烧，但从技术成熟度、辅助燃烧或直接作为主要燃料燃烧，但从技术成熟度、适用性以及经济性考虑，低浓度瓦斯发电技术是未来主 适用性以及经济性考虑，低浓度瓦斯发电技术是未来主要发展趋势。要发展趋势。目前条件下低浓度瓦斯发电不具备经济性，目前条件下低浓度瓦斯发电不具备经济性，CO CO2 2交易可 交易可有效提高其经济性，因此，将低浓度瓦斯利用技术与 有效提高其经济性，因此，将低浓度瓦斯利用技术与CDM CDM 项目相结合有利于该方面技术的开发与推广。项目相结合有利于该方面技术的开发与推广。内燃机瓦斯发电技术能适应瓦斯浓度与稳定性变化，适 内燃机瓦斯发电技术能适应瓦斯浓度与稳定性变化，适合在煤矿

50、应用与推广。合在煤矿应用与推广。瓦斯富集技术有利于提高瓦斯浓度和稳定性，不仅可拓 瓦斯富集技术有利于提高瓦斯浓度和稳定性，不仅可拓宽煤矿瓦斯利用领域，还能提高利用效率。宽煤矿瓦斯利用领域，还能提高利用效率。6/2/2023 6/2/2023 62 62煤炭科学研究总院谢谢6/2/2023 6/2/2023 63 63煤炭科学研究总院谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBST