煤炭气化开采颠覆传统采煤工艺看点

发布时间:2019-01-18 16:24:44  作者:刘坤伦 张卫志  来源:本站原创  浏览次数:

9月161030分,随着贵州盘江精煤股份有限公司(以下简称“盘江精煤公司”)山脚树煤矿煤层地下气化项目总指挥王作棠“点火”一声令下,12个井下炉膛点火器相继启动,紧接着,12个井下炉膛热电偶和7个火焰窥镜摄像机,把点火煤堆逐渐升温、冒烟、着火、蔓延和造气的数据和视频传到地面测控室,全室沸腾了!

这是地下气化史上第一次采集到井下气化炉内多方位火焰工况的影像视频,开启了井下煤层安全点火、蔓延、升温和气化全过程“可测可视可控”技术的新时代!

经过近20小时,917日凌晨548分,地面放散火炬系统点火成功!这表明新型地下导控气化的炉膛升温快、火势旺、产气强的优越性能是首屈一指的。

9月26日,盘江煤电集团董事长张仕和一行来现场考察,面对单井每天20万方的奔腾产气景象,心潮澎湃,仿佛看到了多年探索的煤电和煤化工降本提效、节能减排的梦想,今天终于呈现曙光了!

10月25日,贵州省科技厅厅长廖飞一行来现场考察,面对“采煤变采气”的清洁高效厂区,深有感触地说,我们科技重大专项就是要培育和孵化像这样的在方法论上有颠覆、控制论上有突破的新技术研发和试验,旨在创新驱动产业升级、行业变革!

这是我国云贵川西南矿区的首个年生产能力6000万方的煤炭地下导控气化开采产业化示范工程,是贵州省科技重大专项项目,是由盘江精煤公司承担建设、中国矿业大学和煤炭资源与安全开采国家重点实验室做技术支撑的“产学研用”基地。

这一科技创新的标志性事件,再次引发业内广泛关注。

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气化工程点火现场 摄影/王朝阳 

拖长江之变

11月14日,在贵州省盘州市(原盘县)盘关镇群山怀抱间,拖长江波光粼粼,清水逶迤流淌。

山峦重叠、沟谷纵横的盘关镇是一个煤炭经济大镇。

拖长江由群山狭缝中奔腾而下,从南至北迂回绕镇而过,一路远去流向珠江。

拖长江被盘州市人称为“母亲河”。

盘关镇老一辈人都记得,曾经的拖长江流域环境秀美,民风纯朴,素有“小江南”之美誉。

“拖长江畔好地方,山清水秀赛两广,上顿吃的白米饭,下顿喝的鲜鱼汤。”是当年流传在当地的一首民谣。

上世纪60年代,拖长江流域蕴藏着储量丰富的煤炭资源被发现,“三线建设”为盘州带来了前所未有的发展机遇。

然而,大量的煤炭开采对拖长江流域的环境造成了严重污染,“母亲河”变成了黑色的“泥煤河”。

据统计,最多时拖长江沿线共有煤矿130余家、洗煤厂50余家、砂石厂300余家。

2012年10月,针对拖长江水体恶化的状况,盘州市开始对拖长江污染进行整治。在高悬的“达摩克利斯剑”之下,80%的企业都有了环保设施。

“要增加企业的违法成本,让企业不敢排、排不起”是盘州市政府几年来治理拖长江的决心和态度。

据了解,经过7年的整治,拖长江水质有了较大改变,绝迹多年的鱼虾又开始在拖长江繁衍生息。

“未来,拖长江会更加绿水青山、富饶美丽。”王作棠说这句话时,脸上充满自信。

王作棠的自信,来自他领衔的科研团队在山脚树煤矿煤层地下气化项目技术攻关取得的重大突破。

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地下气化项目一角 摄影/刘坤伦

采煤变采气

对于今年8月满60岁的王作棠来说,山脚树煤矿煤层地下气化项目点火成功,是他最好的生日礼物。

作为中国矿业大学教授,博士生导师,几十年来,王作棠主要从事矿山岩层控制和地下气化开采理论与技术的科学研究和教学工作。他先后主持承担了国家教育部、科技部、国家能源局等省部级重点研究项目4项,研究成果获得多项省部级科技进步奖,获国家专利4项。

此前,王作棠曾在德国、日本、澳大利亚做访问学者和博士后,潜心研究欧美煤炭地下气化新工艺、地下气化甲烷化和二氧化碳地质储埋基础理论与新工艺。

从2000年起,他先后参加新汶矿业集团孙村煤矿地下气化项目,主持承担了“重庆中梁山滞留煤地下导控气化工业性试验工程”“淮北双龙矿业公司天然煤焦地下导控气化开采试验工程”“甘肃华亭煤业集团难采煤地下导控气化发电试验工程”“徐州矿务集团和晋城煤业集团高硫煤地下导控气化甲烷化研究”、教育部“十一五”“211”“矿井滞留煤地下导控气化多联产实验室建设重点项目”等基础理论和技术开发项目10多项。

2010年11月,王作棠历时三年多,主持完成的甘肃华亭煤业集团有限公司“难采煤有井式综合导控法地下气化及低碳发电工业性试验研究”重大项目通过甘肃省科技厅成果鉴定。业界专家认为,该项目在地下煤层燃烧高效稳定态蔓延导引控制技术达到国际领先水平。

事实上,自从德国科学家威廉·西蒙提出煤炭气化这一概念后,煤炭气化历经了100多年的实践和探索。

我国从1980年开始,探索出了煤炭气化从试验阶段到产业化应用阶段的突破性技术。

在王作棠看来,煤炭气化是集建井、采煤、气化为一体的多学科工艺技术的结合,是对传统采煤工艺的颠覆性变革。也就是说,煤炭地下气化把采煤变成像开采石油和天然气一样,既可以地面安全作业、又可以井上下清洁生产。

“地下无人,地上无煤。”王作棠说,煤炭气化将变物理采煤为化学开采,实现煤炭的清洁高效利用。

“我们的成功突破,主要是矿山岩层控制和地下气化开采理论与技术的高度融合。”王作棠认为,这两个关键技术缺一不可。

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山脚树矿全景图 摄影/张日星 

攻克五大难题

山脚树煤炭气化项目,主要是对原矿井采区内未采到的煤炭进行气化。

“盘江精煤公司高度重视这个项目建设,成立专门指挥部组织立项、新设备研制与现场施工,获得了贵州省重大科技专项支持。” 王作棠说,4年建设中,气化项目建设者们克服地质条件复杂、人员不足等困难,在盘江精煤公司、山脚树矿的大力支持指导下,现场施工人员发挥“挑山工”精神,为顺利实现气化工程的点火打下较好基础。

王作棠介绍,过去4年,他带领的科研团队攻关克难,先后攻克了地下气化炉的新型结构和导向钻孔建炉新工艺、火焰工作面的定向推进燃烧导控新工艺及其组合装置、井上下多目标追踪远程集中监控系统及装置、防火隔离密闭结构、充填气化开采新工艺及新材料等5大项重大关键技术难题, 突破了煤层地下气采产业化的诸多产业化技术瓶颈,形成了一套适应西南矿区类似地质条件的产业化技术体系,为实现我国煤层地下气采产业化提供了技术支撑。

对这个项目的意义,王作棠总结出4点。

首先,从本质上解决了煤炭开采的安全问题,煤炭气化完全实现地面和岩巷作业。

其次,从源头上改变传统采煤对环境和生态的影响。

第三个意义是低成本高效益。王作棠说,一旦煤炭气化达到规模化,低成本十分明显,而高效益主要体现在煤炭价格和气化后的效益上。“气化后的经济效益至少高出采煤的两倍。”

“第四个意义是对资源的挖潜。”王作棠说,煤炭气化适用于高产高效综采的补充,变不可采为可采。他认为,越是高产高效的矿井,留下的边角块段越多。煤炭气化就是要把那些煤矿深部的资源“吃干榨尽”。

王作棠介绍说,“火焰工作面的定向推进燃烧导控新工艺及其组合装置”就是指到哪里就烧到哪里,地下2000米到3000米深部的煤炭都毫无保留地气化。

王作棠表示,随着煤炭气化项目的成功,将把煤炭的物理开采变为化学开采,把煤层气压裂开采变为热力共采,把煤炭发电、煤化工、煤制气变为一步到位的煤变气,从而推动煤炭绿色发展。

据介绍,山脚树矿煤炭气化项目计划投资8066万元,将建立贵州省首个年产6000万立方米的煤层地下气化产业示范基地。项目的实施,将从根本上解决贵州省及整个西南地区具有煤与瓦斯突出煤层资源开采的安全问题,实现煤炭资源的高效清洁开采和煤气产品的高效清洁利用,有效减少地质灾害、改善矿区生态环境,推动煤炭资源开采技术革命及煤炭产业转型升级。

山脚树矿煤炭气化项目点火成功两个多月以来,其注气系统、汽化炉系统、排气系统、密闭系统、测控系统等运行稳定。