超低濃度瓦斯(礦井乏氣)合同能源管理發(fā)電項目

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上超低濃度瓦斯（礦井乏氣）合同能源管理發(fā)電項目一、項目背景中國埋深在米以內(nèi)的煤層中含煤層氣資源量達萬億立方米，是世界上第三大煤層氣儲量國，煤層氣開發(fā)前景非?？捎^。然而，年全國井下開發(fā)煤層氣約億立方米，國有高瓦斯突出礦井平均煤層氣的開發(fā)率僅為左右。 2006年以來，國家出臺了一系列加快煤層氣抽采利用的政策和意見，充分體現(xiàn)了國家對煤礦瓦斯綜合利用的高度重視及指導方向。從世界范圍看，煤礦瓦斯利用主要集中在民用、發(fā)電、工業(yè)燃料及化工原料等方面。煤礦瓦斯利用最合理的方式就是發(fā)電，而瓦斯發(fā)電是利用目前成熟的內(nèi)燃機技術(shù)，僅對內(nèi)燃機的進氣系統(tǒng)和燃料供給系統(tǒng)加以改造，技術(shù)較為可靠。投資少

2、，見效快，一般35年內(nèi)可收回全部投資。在發(fā)電基礎(chǔ)上實現(xiàn)“冷、熱、電”三聯(lián)供，改善煤礦職工和當?shù)鼐用裆a(chǎn)、生活條件，節(jié)能減排，保持可持續(xù)發(fā)展、實現(xiàn)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、安全環(huán)保生產(chǎn)。煤礦通風排出的煤礦瓦斯，CH4含量一般低于1%，稱之為風排瓦斯（俗稱“乏風”）。全世界因煤礦開采每年排入大氣中的甲烷總量為2500萬噸，隨著煤炭產(chǎn)量的增加，預計到2010年甲烷排放量將增至2800萬噸，其中70%來自甲烷濃度低于1%的風排瓦斯中。這部分煤礦瓦斯由于CH4濃度太低，利用技術(shù)難度較大。目前，世界上幾乎所有煤礦的風排瓦斯都未進行回收處理，直接排放到大氣中。將甲烷直接排放到大氣中，一方面造成了有限的不可再生資源的嚴重

3、浪費，僅每年從煤礦風排瓦斯中釋放的瓦斯其低位發(fā)熱量相當于3370萬噸標準煤的低位發(fā)熱量；另一方面造成了大氣污染，加劇了溫室效應，單位質(zhì)量的CH4對大氣溫室效應影響GWP(GlobalWarm-ingPotential)是CO2的21倍。因此，合理回收利用乏風中瓦斯具有節(jié)能和環(huán)保雙重意義。二、低濃度瓦斯利用技術(shù)與CDM項目開發(fā)清潔發(fā)展機制，簡稱CDM(Clean Development Mechanism)，是京都議定書中引入的三個靈活履約機制之一。2005年2月16日京都議定書正式生效后，根據(jù)“共同但有區(qū)別的責任”原則，京都議定書只給工業(yè)化國家制定了減排任務，但沒有對發(fā)展中國家作這個要求。發(fā)達

4、國家通過在發(fā)展中國家實施具有溫室氣體減排效果的項目，把項目所產(chǎn)生的溫室氣體減少的排放量作為履行京都議定書所規(guī)定的一部分義務。一個年交易值高達150億美元左右的國際溫室氣體貿(mào)易市場已經(jīng)啟動。2004年12月，晉城煤業(yè)集團12萬千瓦煤層氣電廠項目所產(chǎn)生的經(jīng)核證的溫室氣體減排量被世行托管的碳化基金(PCF)收購，價值達1900萬美元。這是我國執(zhí)行京都議定書第一個環(huán)保減排購買協(xié)議指標項目。積極參與CDM項目的運作，也將給本項目帶來非?？捎^的收益。中國政府已確定三個清潔發(fā)展機制優(yōu)先領(lǐng)域，其中之一是鼓勵在煤礦瓦斯項目中應用環(huán)境機制，以減少中國煤礦甲烷排放。從技術(shù)成熟度、適用性、產(chǎn)品需求以及經(jīng)濟性考慮，低濃

5、度瓦斯發(fā)電技術(shù)將是未來的主流發(fā)展趨勢，國家已經(jīng)從政策激勵、制定標準等方面予以支持。將低濃度瓦斯利用技術(shù)與CDM項目開發(fā)相結(jié)合，以提高低濃度瓦斯利用的經(jīng)濟性。對實施“減排”工作有重大的現(xiàn)實意義，三、項目概述煤礦瓦斯（甲烷含量為50-95%）是優(yōu)質(zhì)潔凈的氣體能源，但同時也是煤礦生產(chǎn)中最大的安全隱患。煤礦通常采用大量通風來排放煤礦瓦斯（稱為礦井乏風，Ventilation Air Methane，簡稱VAM），乏氣，是煤礦礦井通風排放氣體，安全要求甲烷濃度含量低于1%的巷道通風排放氣體，通常作為廢氣排放入大氣，中國每年因采煤向大氣排放的甲烷氣體達100億立方米，居世界第一，約占世界采煤排放甲烷總量的

6、1/3。在中國煤礦排放的甲烷中，礦井乏風占91，是甲烷的最大工業(yè)排放源。因此, 治理和利用礦井乏風甲烷，是我國面臨的緊迫任務。目前國內(nèi)還未發(fā)現(xiàn)與煤礦乏風瓦斯氧化有關(guān)的專利。1、乏氣回收發(fā)電裝置技術(shù)發(fā)展過程我公司引進的逆流程反應器礦井乏風瓦斯發(fā)電技術(shù)，是美國經(jīng)過14年的設計和研發(fā)，設計制造并已經(jīng)成功試驗完成了全球獨一無二大型煤礦乏氣發(fā)電系統(tǒng)。第一臺示范項目于1994年在英國安裝運行，進行了有效的瓦斯減排并取得良好經(jīng)濟效益。2001年由澳大利亞溫室效應辦公室支持，在澳大利亞煤礦建設了一座礦井乏風瓦斯發(fā)電站，處理了煤礦m3/h的濃度為0.9的通風瓦斯（乏風），回收的能量用于驅(qū)動一臺6MW的發(fā)電機運轉(zhuǎn)

7、，到目前已經(jīng)進行了多年的安全無事故的成功項目測試，并獲得2005年ACARP最優(yōu)秀溫室氣體項目獎。2007年，在美國環(huán)境署（EPA）和美國能源部（DOE）的支持下，在美國煤礦建設了一座礦井乏風瓦斯發(fā)電站。2、技術(shù)簡介A、工作原理反應器兩端是石英砂或陶瓷顆粒構(gòu)成的熱交換介質(zhì)層,熱交換介質(zhì)層中心裝有電熱元件,反應器周圍有較好的絕熱層. 通過氧化劑使礦井乏氣達到低溫氧化發(fā)熱效果。先用電將陶瓷床中心部分加熱到1000攝氏度，然后礦井乏風通過陶瓷床。當?shù)V井乏風通過陶瓷床中部的高溫區(qū)時甲烷迅速氧化，通過熱交換，氧化能量被傳遞到陶瓷床材料周圍。熱交換的效率很高，在一個平衡系統(tǒng)中，入口處和出口處氣體的溫差只有

8、大約40攝氏度。在氣體和熱交換介質(zhì)固體床之間發(fā)生生熱交換時，礦井乏風以一個方向流入和通過反應器，氣體溫度不斷提高，直至甲烷氧化。然后，氧化的熱產(chǎn)品隨著繼續(xù)向床的另一邊移動而逐漸降熱，直至氣體流動自動發(fā)生反轉(zhuǎn)。在甲烷自動點火溫度（1000攝氏度）工作時，催化反應器能大量降低自動點火溫度。采用熱交換技術(shù)的這兩種反應器均產(chǎn)生熱量，可用來滿足當?shù)氐牟膳枰?，或用來發(fā)電。氧化過程只在陶瓷床內(nèi)部發(fā)生，沒有火焰，溫度的水平分布非常均勻。因為溫度變化不大，不產(chǎn)生瞬間高溫，所以不會產(chǎn)生氮氧化物。工作原理礦井乏氣無甲烷通風乏氣 完全氧化向下流動向上流動熱量發(fā)生裝置蒸汽蒸汽水過熱蒸汽經(jīng)驗結(jié)果: 超過0.2%濃度甲烷

9、氣體乏氣即能被轉(zhuǎn)換* 0.4% 濃度甲烷乏氣, 50% 被轉(zhuǎn)換為0.2% 甲烷濃度含量氣體* 1.0% 濃度甲烷乏氣, 80%含量被轉(zhuǎn)換B、工作過程氣體(排風瓦斯/乏氣)與固體(熱交換介質(zhì))在反應區(qū)進行熱交換，氣體受熱達到瓦斯燃燒所需溫度，發(fā)生氧化反應(燃燒)，放出熱量。一個循環(huán)包括兩次風流轉(zhuǎn)向，所以，每一次轉(zhuǎn)向稱為半循環(huán)。在第一個半循環(huán)中，閥1打開，閥2關(guān)閉，風流從反應器底部流向頂部。經(jīng)過一段時間(主要由反應生成的熱量確定)，閥2打開，閥1關(guān)閉，風流從頂部流向底部，完成另一半循環(huán)（圖二）。開始運行時，電熱元件對熱交換介質(zhì)進行預熱，使之達到反應所需溫度(約1000)。在第一個半循環(huán)中，回風流以

10、常溫通過反應器，由于熱交換介質(zhì)層中心溫度達到引燃瓦斯所需溫度，發(fā)生氧化反應。 熱流轉(zhuǎn)換反應器簡圖甲烷氣體氧化 觸媒反應過程（圖二）接觸反應堆示意圖 (雙層觸媒)熱交換閥門 2閥門 1閥門1閥門 2空氣、甲烷熱交換介質(zhì)熱交換介質(zhì)催化劑催化劑空氣、二氧化碳水、熱量*燃燒房閥門#2 打開C. 構(gòu)成乏氣安全氧化發(fā)生器由一個鋼制容器組成，內(nèi)部是陶瓷床，加熱元件位于陶瓷床中央。由于采用的是箱式標準化設計，所以很容易擴容、搬遷到其他風井重新安裝也很容易，可以根據(jù)礦井的生產(chǎn)需要而移動。如果甲烷濃度低到0.1，仍然可以運轉(zhuǎn)而不需要補充額外的能量。如果甲烷濃度高于0.1，就可以從系統(tǒng)中回收熱量并產(chǎn)生諸如熱水、過熱

11、蒸氣等，然后利用蒸氣來推動汽輪機發(fā)電。該系統(tǒng)氧化甲烷的效率高達98，最終將甲烷轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。無明火:交換器內(nèi)完全氧化. 氧化發(fā)生: 陶瓷內(nèi)膽加熱器發(fā)熱效率:低濃度持續(xù)自燃 (0.1%甲烷氣體濃度). 無明火發(fā)生器20oC / 70 F1000oC / 1830 F60oC / 140 F1994甲烷氣體消除裝置英國煤礦成功試驗裝置:8000 m3/h of 礦井乏風，甲烷濃度0.3 0.6 % .甲烷消除后排放濃度 0.1 % .第一代煤礦乏氣環(huán)保裝置示范工程- 1994年 BHP 澳大利亞 2001 - 2002能源轉(zhuǎn)換事例6000 m3/h 礦井乏氣提供 90%乏氣轉(zhuǎn)換熱水. 生產(chǎn)能

12、力維持12個月不間斷供應.第二代礦井乏氣燃燒能源轉(zhuǎn)換器 2001 - 2002第二代煤礦礦井乏氣燃燒能源轉(zhuǎn)換裝置示范工程 - 小規(guī)模能源燃燒能源轉(zhuǎn)換裝置2005，04,05，試驗成功項目最成功的澳大利亞減少溫室氣體排放能源轉(zhuǎn)換項目250 000 m3/h (150 000 標準立方英尺/每分鐘) 礦井通風乏氣發(fā)電量 6 MW （6兆瓦） BHP 澳大利亞 2005大型乏氣發(fā)電裝置規(guī)劃圖第三代乏氣發(fā)電設備的礦井安裝示范工程 - 世界首例乏氣發(fā)電設備裝置第三代：大型 乏氣發(fā)電設備3.項目建設規(guī)劃及投資預算 每MW裝機容量的投資與采用的輪機的容量有關(guān)，每臺機組的容量越高，則每MW投資越低。較高的資本

13、成本或瓦斯抽放成本會降低收益，產(chǎn)能越高，減排價格越高，礦井乏風的濃度越高，效益就約好。以采集排風量50-100萬立方/小時的礦井，抽取25萬立方/小時乏風，乏風甲烷含量0.7-1.0%，發(fā)電標準裝機6000KM為例：A. 設備使用占地5000平方米B. 設備采購、工程建設等預計總投入人民幣8000萬元C. 建設周期1年完成即可投入使用D. 發(fā)電6000瓦每小時，自用耗電1000瓦每小時，并網(wǎng)送電5000瓦每小時E. 預計全年送電：5000瓦X8000小時（每年）4000萬度F. 減少甲烷排放相當于二氧化碳排放當量24萬噸/每年四、合同能源管理模式EMCO是一種基于合同能源管理和新運行機制的節(jié)能

14、服務公司，中文譯為“合同能源管理控制專業(yè)化節(jié)能服務公司”。EMCO與愿意進行節(jié)能改造的客戶簽訂節(jié)能服務合同，向客戶提供能源效率審計、節(jié)能項目設計、原材料和設備采購、施工、監(jiān)測、培訓、運行管理等一條龍服務，并通過與客戶分享項目實施后產(chǎn)生的節(jié)能效益獲得滾動發(fā)展。合同能源管理的新型經(jīng)營模式，在我國礦井乏氣發(fā)電、能源再生利用、減排等方面將發(fā)揮重大作用。本項目以上述三、3的基本設計方案為例，1.項目初始投入資金8000萬元人民幣2.發(fā)電效益：5000瓦 x 8000小時/年 x 電價0.5元/度2000萬元/年3.國際碳匯貿(mào)易收入：CDM 24萬噸 x USD10/每噸240萬美元/年不計算CDM指標收益，僅投資收益率達20%，預計5年回收投入成本。五、市場前景目前我國礦井乏氣排放占甲