無井式煤炭地下氣化技術(shù)大有作為——訪問烏茲別克斯坦安格連煤炭地下氣化站體會

1、2 0 0 7 年第 6期 探礦工程 ( 巖土鉆掘工程 )無井式煤炭地下氣化技術(shù)大有作為 一 訪 問烏 茲別 克 斯坦 安格 連 煤 炭地 下 氣化 站體 會 湯鳳 林 ， 段 隆 臣 ( 中國地 質(zhì)大學(xué)( 武漢 ) 工程學(xué)院， 湖北 武漢 4 3 0 0 7 4 )摘 要 ： 無井式煤炭地下氣化是 一種新 的采煤技術(shù) ， 對 我 國具 有重 要意義 。介紹 了烏茲別克 斯坦安 格連煤 炭地 下 氣化站 的開采技術(shù) 。關(guān)鍵詞 ： 煤炭

2、地下氣化 ； 烏茲別 克斯 坦安格連煤炭地下氣化站 ； 鉆孔 中圖分類號 ： T D 8 2 3 ； P 6 3 4文獻(xiàn)標(biāo) 識碼 ： C文章編號 ： 1 6 7 2 — 7 4 2 8 ( 2 0 0 7 ) 0 6— 0 0 0 1 — 0 51概述 煤炭地下氣化 ， 又稱氣化采煤 ， 是一種直接把煤 在地下進(jìn)行氣化成煤氣 ， 把煤氣送到地上 的一種采 煤方法。無井式煤炭地下氣化 就是不用打礦井 、 坑 道 ， 而是用打鉆的方法 ，

3、通過鉆孔對煤炭進(jìn)行地下氣 化的。無井煤炭地下氣化過程 由下列階段組成 ： 首先 從地表向煤層鉆進(jìn)垂 直( 或傾 斜 ) 鉆孔。在煤 層上 方 ( 地表上) 按照一定網(wǎng)絡(luò)布置并鉆進(jìn) 的鉆孔( 包括 供給壓縮空氣的進(jìn)氣孔和排出生成煤氣 的出氣孔 )形成的空間 ， 稱為地下氣化爐。然后對鉆孔在煤 層 中實(shí)行孔底火力貫通 ， 形成氣 化通道。通 過氣化通 道將煤層點(diǎn)燃 ， 使煤炭經(jīng)過燃燒 ( 氧化作用 ) 發(fā)生氣 化 ， 產(chǎn)生煤氣 ， 并通過

4、出氣孔 將煤氣送往地上 ， 供客 戶使用 。2 0世紀(jì) 5 0年代 ， 蘇聯(lián)在煤炭地下氣化方面做 了大量的工作 ， 取得 了豐富的經(jīng)驗(yàn) ， 建立 了許多煤炭 地下氣化站 ( 如烏茲別克斯坦塔什干附近 的安格連 地下氣化站 、 莫斯科郊外地下氣化站、 圖拉市附近的 沙特地下氣化站 、 庫茲 巴斯 的南阿賓氣化站 、 頓巴斯 的利西 昌氣化 站等) ， 在技術(shù)和工藝方 面處 于世界 領(lǐng)先地位。其它國家如法國 、 瑞典 、 比利時 、 波蘭

5、、 意 大利 、 南非 、 澳大利亞等 國所采用的技術(shù) 和工藝 ， 基 本上也是前蘇聯(lián)所采用的技術(shù)和工藝 。隨著我 國國民經(jīng)濟(jì) 的發(fā)展和人 民生活的提高 ，能源需求大量增加 ， 所需供應(yīng) 日趨緊張 ， 到 2 0 1 0年 石油天然氣進(jìn) 口量要達(dá)到 8 0 ％左右 。中國是世界 上第一產(chǎn)煤大 國， 煤 炭資源豐富 ， 能源 消耗 的 7 0 ％左右來 自煤炭。無井煤炭地下氣化是我國解決未來 能源緊張的一個重要 出路 ， 可以代替部分石油

6、天然 氣 ， 是減少當(dāng)前大氣污染的重要途徑 ， 而且投資少 、見效快。此外 ， 這也是改變我 國煤礦生產(chǎn)安全事故 不斷發(fā)生現(xiàn)狀的重要措施 ， 可 以大大降低 百萬噸煤 炭生產(chǎn)人 口死亡率。最近 ， 筆者和新 奧集 團(tuán)公司專家一起考察 了烏 茲別克斯坦安格連煤炭地下氣化站 ?，F(xiàn)將有關(guān)情況 及體會總結(jié)如下 ， 供讀者們參考。2烏茲別克斯坦安格連煤炭地下氣化站概況 烏茲別 克斯 坦 安 格 連煤 炭地 下 氣 化 站 建 于 1 9 6 1

7、年 ， 是世界上 目 前最大的煤炭地下氣化站。該 氣化站的主要 目的是把該地 的地下褐煤氣化成為動 力煤氣 ， 供給安格連熱力發(fā)電站發(fā)電使用。這個氣 化站開采的是安格連煤 田中， 按照技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證 和 礦 山地質(zhì)條件來說都不適于用露天開采和地下開采 的那部分采煤區(qū)。這個氣化站 4 5年來一直正常生 產(chǎn) ， 非常難能可貴 ， 是獨(dú)聯(lián)體國家中最有代表性的煤 炭地下氣化站之 一。多年的氣化采煤經(jīng)驗(yàn)表明 ， 利 用地下氣化采煤 的方法保證了獲得

8、工業(yè)規(guī)模 的動力 煤氣 ， 穩(wěn)定地 連續(xù) 供給 當(dāng)?shù)赜脩?( 安格連熱 電站和 新安格連熱電站 ， 因?yàn)闉跗潉e克斯坦天然氣 比較多 ，所以主要用來發(fā) 電) 使用 ， 為 當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì) 的發(fā)展做 出了非常重要的貢獻(xiàn) 。收稿 日期 ： 2 0 0 7— 0 5—2 2作者簡介 ： 湯鳳林( 1 9 3 3 一) ， 男( 漢族) ， 遼寧 義縣人 ， 中國地質(zhì)大學(xué) ( 武漢 ) 教授 、 博士生導(dǎo)師 ， 探 礦工程專業(yè) ， 從 事鉆探工程方 面

9、的教學(xué)和科 研工作 ， 湖北省武漢市魯磨路 3 8 8號， ( 0 2 7 ) 6 7 8 8 4 2 0 7 ， f l t a n g @c u g ． e d u ． c n ； 段 隆臣( 1 9 6 7 一) ， 男 ( 漢族 ) ， 江西南昌人 ， 中國地質(zhì)大學(xué) ( 武 漢 ) 工程 學(xué)院勘察與基礎(chǔ) 工程 系主任 ， 教授 、 博士生導(dǎo) 師 ， 探礦 工程專 業(yè) ， 從 事鉆探 工程 和金剛石 制品方 面的 教學(xué)和 科研工作

10、 ， ( 0 2 7 ) 8 7 5 1 7 0 4 1 ， d u a n —l o n g c h e n @ 1 6 3 ． c o m。維普資訊 http://www.cqvip.com 2 0 0 7年第 6 期 探礦工程 ( 巖土鉆掘工程 )3表 l安格連地下氣 化站煤氣 的組成 煤氣成分 體積比／ ％煤氣成分 體積 比／ ％C0，2 O ～2 2H，2 2 ． 0 ～2 2． 4C04 ． O～6 ． OCHd2 ．

11、 2～4 ． 00， 0 ． 30 ． 5CH 0． 2 ～0 ． 3H， S0 ． 5～0． 6N25 0． 6 ～4 4 ． 45 氣化通道內(nèi)的煤炭氣化過程 通道 內(nèi)氣化過程發(fā)生在氣相、 固相和固、 氣相界 的表面上。氣相主要是指壓人 的壓縮空氣 ( 進(jìn)氣) 、水蒸氣和煤氣 。固相是指煤層 、 頂?shù)装搴蜌饣?時形 成的灰渣。巖石、 灰渣 、 煤層與氣體接觸的表面都是 固相和氣相的界面。通道 中各相位置見圖 3 。圖3 氣化通道中相

12、位示意圖注 ： A B C D E和 M N K 是 相位界面 氣化通道長度 內(nèi)煤層 表面上 的溫度分區(qū)情況，主要取決于氣相的成分和溫度 ， 見圖 4 。O A是通道 的首端 ， 此段煤層表面溫度大致等于煤層的 自然溫 度。A B是煤層干燥 區(qū)， 可 以形成煤層點(diǎn)火 區(qū)， 但其 溫度僅僅可以保證煤炭處于干燥過程。B B段 ， 溫度 由升到 ， 是燃燒準(zhǔn)備區(qū)。在 A E長度內(nèi)， 煤層表 面上的溫度 由煤層 自然溫度 急劇上升到 。B E長

13、度段 占有重要位置 ， 是放熱 ( 氧化 ) 反應(yīng) 區(qū)。E I 4是吸熱 ( 還原) 反應(yīng) 區(qū)。I 4 M 段是熱分解( 干餾 ) 區(qū) ，_ll — — — — — 一氣化通道長度 圖 4 溫度變化特性與煤層表面分區(qū)關(guān)系示意圖o A 一 進(jìn)氣 區(qū)； A 卜 進(jìn) 氣 干燥 區(qū)； B B —燃 燒 準(zhǔn)備 區(qū)； B一 放 熱反應(yīng)區(qū) ； E H 一吸熱反應(yīng) 區(qū)； H M 一熱分解 區(qū)；H 一煤氣 干 燥 區(qū)； H Ⅱ 一煤氣 區(qū)由于周圍環(huán)境和熱

14、分解過程 的消耗 ， 溫度由降到 。 M H為煤氣干燥 區(qū)。日點(diǎn) 以后 ， 氣化通道長度 上的煤層表面溫度保持在略高于煤層 自然溫度的水 平 上?？梢园褮饣ǖ?中的熱量變化情況分為 5 個階 段 ， 見 圖 5 。氣 化 迪 道 的 I + 作 時 I 川圖 5 氣化通道 內(nèi)氣體燃燒熱量 Q與工作時間的關(guān)系第一個 階段 O Z是通道點(diǎn)火和燃燒工作面形 成時間。在這一段時 間內(nèi)， 氣體燃燒產(chǎn)生 的熱量在 暫短時間內(nèi)達(dá)到最大值( O A

15、) 。在第二個階段 zz， 煤層表面長度上有 3個 過程 ： 放熱過程 、 吸熱過程 和低溫干餾過程 ， 氣體燃 燒產(chǎn)生的熱量維持在一定 的水平上 ( A B ) 。氣 體產(chǎn) 生熱量的小幅下降是 由于壓縮空氣中的氧氣和燃燒 工作 面的反應(yīng)強(qiáng)度平均值有些下降所引起的。第 三階段 zz Ⅲ ， 由于高熱量揮 發(fā)物進(jìn)入氣體 的數(shù)量減少 ， 所 以氣體燃燒熱量降低了( B C ) 。第 四階段 z Ⅲ z Ⅳ 還原區(qū)被置換 ， 氣體燃燒熱量 急

16、劇下降 ， 主要是由于在煤層表面范圍內(nèi)， 不能發(fā)生 二氧化碳的還原反應(yīng)和水蒸氣的分解反應(yīng) 了( C D ) 。第五階段 zz， 通道 內(nèi)僅有氧化區(qū) ， 得 不到高 燃燒熱量的氣體 。而且， 隨著煤層氣化的進(jìn)行 ， 氣體 中的 自由氧氣越來越多。圖 6上給 出了煤氣成分 與氣化 通道長度 的關(guān) 系。從圖 6可見， 氣化通道 長度 以不超過 3 0m為 宜 ＼鈿 窨 撿 圖6 煤氣成分與氣化通道長度的關(guān)系曲線 維普資訊 http://w