PDF《华亭煤空气、富氧及纯氧地下气化特性研究》

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1 - 中国科技论文在线 华亭煤空气、富氧及纯氧地下气化特性研究 # 黄温钢1,2 ,王作棠1,2 ,段天宏1,2 ,辛林1,2** 基金项目:教育部科学技术研究重点项目(02019);

中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点试验室资 助项目 作者简介:黄温钢(1986-),男,中国矿业大学硕士在读,主要研究方向:煤炭地下气化 通信联系人:王作棠(1958-),男,中国矿业大学教授,博士生导师,主要研究方向: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. E-mail: [email protected] (1. 中国矿业大学矿业工程学院,江苏 徐州 221116;

2. 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点试验室,江苏 徐州 221008)

5 摘要:对比研究了气化剂中氧浓度分别为 21%、32%、42%和100%条件下的主要产气指标. 结果表明,随着气化剂中氧浓度的上升,煤气有效组分和煤气热值呈上升趋势;

氧气消耗随 之增加,空气消耗相应降低,煤耗量增加,水蒸汽消耗量增加,而水蒸汽分解率下降;

煤气 产率呈下降趋势,而气化效率呈上升趋势;

煤气产量和气化剂体积比由 1.31 降至 1.16. 关键词:采矿工程;

华亭煤;

氧浓度;

煤炭地下气化;

产气指标

10 中图分类号:TD844;

TQ546.2 Characteristics of Underground Gasification with Air, Rich Oxygen or Pure Oxygen of Huating Coal Huang Wengang1,2 , Wang Zuotang1,2 , Duan Tianhong1,2 , Xin Lin1,2

15 (1. School of Mines, China University of Mining and Technology, JiangSu XuZhou 221116;

2. State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety, China University of Mining and Technology, JiangSu XuZhou 221008) Abstract: This paper described a contract study on the chief gasification indexes of field test used steam and various levels of oxygen enrichment air of 21%, 32%, 42% and 100%. Results show that,

20 with the increasing of O2 content in gasifying agents, the gas caloricity, available composition, O2 consumption, steam consumption and coal consumption rise, and the air consumption and steam decomposition efficiency decrease. Meanwhile, the gas productivity drops down and the gasification efficiency trends upwards. The volume ratio of gas production and gasifying agent reduces from 1.31 to 1.16 as the O2 concentration in dry air grows from 21% to 100%.

25 Key words: Mining engineering;

Huating coal;

O2 concentration;

underground coal gasification (UCG);

gasification indexes

0 引言 煤炭气化是煤炭洁净利用的关键技术之一, 传统的煤炭气化是将井下采出的煤送入地面

30 气化炉中进行气化,该技术成本高、产气量小且技术复杂.而煤炭地下气化集采煤和气化于 一体,具有适应性广(从褐煤、烟煤到无烟煤),经济性好等特点.资料表明,煤炭地下气 化与地面气化相比,生产合成气下降 43%,生产天燃气代用品下降 10%~18%,发电下降 27%[1] ,基建投资降低了 53%~66%,且产气成本更低[2] . 煤炭地下气化的产气效果直接影响着其经济效益, 而产气效果理想与否又取决于多方面

35 因素,不仅与煤层赋存条件、煤质有关,还受气化工艺的影响.因此,本文基于华亭煤炭地 下气化项目现场试验的基础上, 对华亭煤的空气蒸汽、 富氧蒸汽以及纯氧蒸汽等气化试验的 主要产气指标进行了分析研究, 以期进一步优化气化工艺参数并为工业化合理选择气化工艺 提供科学依据. http://www.paper.edu.cn -

2 - 中国科技论文在线

1 试验条件

40 1.1 地质条件 煤炭地下气化试验区域内地质结构简单,无褶曲和断层.煤层埋深为 40~400 m,区域 内含煤

8 层,自上而下分别为煤

5、煤4-

4、煤4-

3、煤4-

2、煤4-

1、煤

3、煤2和煤 1,平 均含煤厚度 19.95 m,煤炭总储量 2.45 Mt,煤层平均倾角 28°.气化区域内,煤4-

1、煤4-

2、 煤4-

3、煤4-4 局部已被开采,完整性较差,而煤

3 和煤 5(0.5 m)较薄,上述煤层均不利

45 于地下气化开采.因此,选择煤

1 和煤

2 进行气化试验,其平均厚度分别为 8.8 m 和4.4 m, 中间夹有一层厚度为 0.5 m 的泥岩,

2 层煤可进行联合气化开采. 煤2的顶板主要为细砂岩、 砂质泥岩,煤1的底板为中~细砂岩.煤1和煤

2 均无与含水层直接联系. 1.2 煤质分析 资料表明[3] ,一般适宜于作为气化原料的煤种有:不粘煤、弱粘煤、无烟煤、长焰煤、

50 褐煤、 贫煤和部分气煤. 根据华亭煤的煤质化验分析资料和分类方案, 煤质具有低灰、 低硫、 高活性、高挥发性的特点,为不粘煤.因此,华亭煤适合进行地下气化,其工业及元素分析 结果见表 1. 表1煤质工业分析及元素分析结果(空气干燥基) Tab.

1 Proximate and ultimate analysis of coal sample (on air dry basis)

55 1.3 煤炭地下气化系统 本项目采用有井式煤炭地下气化,试验区域为华亭煤业集团原安口煤矿工业广场煤柱, 气化系统包括井下系统和地面系统两部分.地下气化工作面(即气化炉)倾向布置,其标高 为+1

147 m~+1

178 m,工作面长(倾斜方向)62 m,宽22 m.气化炉封闭前,在各气化平 巷内堆放一些木剁和干煤块, 并在木柴和煤块堆下预先布置点火装置, 点火装置由电操纵点

60 燃上方的木剁和干煤块从而引燃煤层. 为了防止煤气泄漏, 气化工作面和行人巷道间砌有一 层具有隔气、隔热、隔爆功能的密闭墙,以确保行人巷道中行人和设备的安全.此外,沿着 气化炉布置有一些温度传感器,配合其它各种仪器设备,能够对气化过程中工作面温度、压力、煤气流量及组分等进行实时监测,以便于控制气化炉的燃烧状态和产气效果. 井下气化炉通过注、 排气钻孔与地面各生产系统连接. 地面气化站的生产系统主要由六

65 部分构成,即注气系统、排气系统、净化系统、测控系统、制氧系统及发电系统.鼓风机、 蒸汽锅炉房和制氧机根据气化工艺制取相应的空气、 水蒸汽和纯氧, 各种气体混合后通过注 气钻孔进入地下气化炉, 气化剂经过气化炉的氧化区、 还原区和干燥干馏区后产生带有大量 杂质的高温煤气,粗煤气由排气钻孔排出,经过管道进入净化系统,煤气经过冷却和净化后 被引致发电系统发电,或经由放散塔燃烧排空.煤炭地下气化系统如图

1 所示.

70 工业分析/% 元素分析/% 煤质Mad Aad Vad Cad Had Oad Nad St,ad 高位发热 量/MJ・kg-1 灰熔点/℃ 容重 /kg・m-3 不粘煤 8.5 6.6 33.7 66.74 3.82 13.16 0.63 0.54 23.8

1 197 1.40 http://www.paper.edu.cn -

3 - 中国科技论文在线 图1华亭煤炭地下气化系统示意图 ①―空气管路;

②―富氧管路;

③―蒸汽管路;

④―注浆管路;

⑤―净化水管;

⑥―污水管路;

⑦―煤气管路;

⑧―供水管路;

⑨―CO2 回填管路 Fig.

1 UCG system used in Huating Coal Mine

75 ①―Air (injection);

②―Enriched oxygen (injection);

③―Steam (injection);

④―Filling;

⑤―Purified water;

⑥―Waste water;

⑦―Coal gas;

⑧―Water;

⑨―CO2 sequestration

2 试验过程及结果 为了研究华亭煤在不同氧浓度条件下的地下气化特性,华亭煤炭地下气化项目于

2010 年5月至

2010 年11 月期间进行了气化剂氧体积分数(干空气中)分别为 21%、32%、42%

80 和100%的地下气化试验,试验过程中均注入了适量的水蒸汽.各试验均在同........