澳大利亚煤层气发电项目

澳大利亚煤层气发电项目【摘要】煤层气气就地发电技技术是煤层气气开发利用的的一项新兴技技术，该技术术对煤矿的安安全高效生产产、环境保护护、煤层气能能源有效利用用有着重要的的现实意义，澳澳大利亚在此此领域居世界界领先地位。本本文就澳大利利亚两个正在在实施的煤层层气就地发电电项目，着重重从投资厂商商来源、煤层层气利用发展展史、煤层气气抽放系统、煤煤层气燃料特特征、发电厂厂的配置、煤煤层气就地发发电的经济效益及环环境效益等方方面进行了详详细的阐述，以以期为中国煤层气就就地发电事业业提供一些有有益的参考。１引言在澳大利亚东南南部新南威尔尔士州的两项项重点试验项项目表明，在在利用煤层气气就地发电方方面，澳大利利亚居世界领领先水平。这这两个项目不不仅取得了经经济上的成功功，而且在煤煤矿安全生产产及环境保护护方面也取得得了重大的效效益。煤层气作为一种种工业废物和对对煤矿安全生生产具有潜在在威胁的有害害气体，在澳澳大利亚一项项能源项目中中，将被转化化成电能，该该项目涉及澳澳大利亚四家家大公司，即即澳大利亚能能源开发有限限公司(EDL)，资金平等等租借交换开开发公司(LLDCC)、勘探电力力公司(即现在的能能源总公司)和BHP公司。其中中，EDL公司和LLDC公司将利用BHP公司煤矿分分公司所提供供的、来自阿阿平煤矿和陶陶尔煤矿的煤煤层气来发电电，并供给能能源总公司，能能源总公司再再将这些电输输送给其用户户。1995年5月月，澳大利亚亚开始建造两两座发电厂，每每座电厂有一一组1MW燃气发动机机，陶尔矿设设计安装40台，阿平矿矿设计安装54台，如果全全部建成，电电厂总输出功功率持达94MW，这些电将将被售予能源源总公司，该该公司宣称，这这些电能满足足60000户家庭的能能源需求。这个项目最显著著的效益是减减少了温室气气体--甲烷向大气气中的排放。在在此以前，大大量的甲烷通通过瓦斯抽放放系统和矿井井通风系统排排放到大气中中，现在，这这四家公司已已经联合开发发了一种新技技术，该技术术不仅能收集集抽放的甲烷烷，而且也能能收集一部分分通风气体中中的甲烷，这这在世界上尚尚属首次。井井下抽放煤层层气中甲烷含含量一般为50%左右，而通通风气体中的的甲烷含量大大多在05～１０％左右。这两座发电厂的的建成、投入入运行意味着着BHP公司所属煤煤矿分公司的的甲烷排放量量减少了50%以上，这相相当于澳大利利亚温室气体体排放量每年年减少300万ｔ的二气气化碳排放。自1994年22月和1995年5月，阿平矿矿和陶尔矿的的两座示范电电厂先后投入入运行，每座座电厂有两台台燃气发动机机，其中，阿阿平发电厂利利用一部分矿矿井通风气体体。从这几套套发电机组获获得的生产经经验加强了对对更大规模燃燃气内燃机发发电厂的投入入。该项目为当地居居民带来的其其它利益包括括：(1)增加就业业机会；(2)提高了地地方电力供应应的可靠性；；(3)为地方商商业带来了经经济效益；(4)阿平矿新新电厂设备将将取代现存14MW燃气轮机发发电机组，从从而降低噪声声水平。2投资厂商BHP公司所属属煤矿分公司司总部位于悉悉尼南75ｋm的伍伦贡(Ｗｏｌｌｏｏｎｇｏｎｇｇ)，该分公司司经营四座井井工矿井，雇雇用1550名工人。这这四座澳大利利亚煤炭储量量最好的矿，利利用现代化长壁采采煤技术，每每年生产炼焦焦洗精煤600多万ｔ和动动力煤100万ｔ。埃卢拉煤矿开采采3号煤层--旺加威利(Ｗｏｎｇａａｗｉｌｌｉｉ)煤层，而科科尔代澳科斯斯煤矿、陶尔尔煤矿和阿平平煤矿全部开开采1号煤层--布里煤层(Bｕｌｌｉ)。布里煤层层和旺加威利利煤层都属于于伊勒瓦拉(ｌLLａｗａｒｒｒａ)含煤岩系，开开采深度在地地表以下140～５５０ｍｍ之间，煤层层厚度由布里里层的22ｍ到旺加威威利层的35ｍ不等。所所产炼焦煤主主要用于肯布布拉港(ＰｏｒｂKｅｍｂｌａ)、纽卡斯尔(Ｎｅｗｃaｓｔｌｅ)和怀阿拉(Ｗｈｙａｌｌｌａ)地区BHP公司钢铁分分公司的炼钢钢厂，多余煤煤炭出口到日日本、中国、台湾、土尔其、南美洲和英国。EDL公司是一家集开发、拥有、经营发电厂和电力输送项目于一体的综合性能源公司。在电力行业方面，该公司基础雄存，经营业务广泛，并有若干项目正在开发。在垃圾场沼气抽放及利用方面，该公司居澳大利亚领先地位。同时，在电力项目的设计、建设、经营、投资方面，总的综合能力也处于领先位置。1996年1月月，位于南澳澳大利亚州(SｏｕｔｈＡｕｓｔｒｒａｌｉａ)、维多利亚亚州(Ｖｉｃｔｏｏｒｉａ)、新南威尔尔士州(ＮｅｗSｏｕｔｈＷａｌｅｓｓ)及澳大利亚亚北部地区的的所有隶属于于EDL公司的电厂厂总发电能力力超过100MW。这些电厂厂分别以天然然气、垃圾厂厂沼气、溜出出液和煤层气气为燃料，同同时，该公司司还有一些其其它开发工程程，预计在以以后的三年中中，该公司的的发电装机容容量将超过220MW。LLDC公司是是由澳大利亚亚平等租借交交换公司(LLC)全部拥有的的附属公司。LLC公司是一家家集财产、金金融服务行业业为一体的综综合性集团公公司，该公司司的办事处遍遍布全国各地地，并在新西西兰、东南亚亚、美国和英英国等地也设设有办事处。LLDC公司主要从从事基础设施施工程，该公公司在世界电电力生产的环环境保护领域域扮演着重要要角色，目前前，该公司通通过参与开发发和占有两种种形式涉足6座发电厂，总总装机容量约约175MW，其中包括4座水力发电电厂。3阿平矿阿平矿建于19962年，是BHP公司煤矿分分公司经营的的一座最老矿矿井。该矿井井北与阿平镇镇紧邻，距伍伍论贡37ｋｍ。阿平平矿开采布里里煤层，开采采深度达550ｍ。所产煤煤炭主要是高高质量炼焦煤煤，供肯布拉拉港、纽卡斯斯尔和怀阿拉拉等地炼钢所所用。1969年阿平平矿引进长壁壁采煤技术。目前，阿平矿典型的长壁采区工作面长度为200ｍ，采区长度大约为2ｋｍ。该矿采用一对通风立井、两条倾斜平硐或巷道的开拓方式。立井井筒深540ｍ，开拓斜巷长近18ｋｍ。大断面副井(25ｍ×３５ｍ)采用高度自动化提升机，借助矿车运人运料。这种提升机利用矿车发射的无线电信号进行自动控制。小断面主井(23ｍ×２６ｍ)采用胶带输送机将本矿生产的全部煤炭运到地面。在早期，高瓦斯斯涌出严重地地影响了阿平矿矿的煤炭生产产，为了解决决这一问题，阿平矿矿于1981年开始施实实瓦斯抽放。瓦瓦斯抽放包括括布里煤层的的采前予抽放放和现采长壁壁采区下伏煤煤层--巴尔戈尼(Bａｌｇｏｗｗｎｉｅ)和旺加威利利煤层的采后后抽放。结果果，在开采前前，长壁采区区布里煤层中中和采准盘区区中的瓦斯浓浓度由抽放前前的18ｍ３／ｔ降到到抽放后的平平均3ｍ３／ｔ。这这种效果是通通过在煤层中中打瓦斯抽放放钻孔并把抽抽放的瓦斯经经由管道输送送到地面甲烷烷抽放站的7台真空泵而而获得的。在长壁采区布里里煤层的采掘掘过程中，下下伏邻近的巴巴尔戈尼和旺旺加威利煤层层受到采动影影响，裂隙形形成，使得瓦瓦斯产生流动动，以巴尔戈戈尼层和旺加加威利层涌入入到长壁开采采工作面。为为了解决这一一问题，向这这些下伏煤层层打入向下倾倾斜的穿层钻钻孔，截获由由于受采动影影响而释放的的甲烷，阿平平矿利用这种种方法阻止甲烷烷涌入布里煤煤层。这些钻钻孔为现采区区下伏煤层提提供了有效的的采后瓦斯抽抽放。井下输送系统将将采落煤输送送到容量350t的井底煤仓仓，这些煤经经破碎后，由由胶带输送机机运到容量3000t的地面煤仓仓。阿平矿年年产煤炭200万ｔ以上，通通过公路，用用卡车将这些些煤运到奥布布赖恩斯德里里夫特(Ｏ′Bｒｉｅｎ′ｓＰｒｉｉｌｔ)，再通过公公司专用铁路路，将煤炭输输送到肯布拉拉港的炼钢厂厂。4陶尔煤矿陶尔矿位于伍伦伦贡西南40ｋｍ，在效效区威尔顿和和道格拉斯帕帕克(ＤｏｕｇｌｌａｓＰａａｒｋ)之间。该矿矿开采始于1978年11月，开采布布里煤层。陶陶尔井田是高高质量、低灰灰分炼焦煤的的重要储地，所所产炼焦煤主主要用于炼钢钢。1979年初，陶陶尔煤矿在井井底深部区遇遇到大断层带带，结果，煤煤矿采取包工工形式以掘通通岩石层，在在1979年6～10月间，煤矿矿生产被迫停停止。1982年后期，主主要受当时经经济衰退的影影响，陶尔矿矿被迫减产减减员，直到80年代中期，陶陶尔矿因为拥拥有巨大储量量的高质量炼炼焦煤，被公公司改造成长长壁采煤生产产大矿。由于于布里矿和卡卡里莫尔矿的的关闭，自1985年底，这两两个矿的职工工开始向陶尔尔矿调动。陶尔矿经营逐步步好转，并最最终于1988年3月开始长壁壁采煤，所用用长壁采煤设设备是从BHP公司约翰达达令(ＪｏｈｎＤａｒｌｉｉｎｇ)矿转运来的的，由多台韦韦斯特法利亚亚(Ｗｅｓｔｆｆａｌｉａ)型双柱支架架和一台埃克克夫(Ｅｉｃｈｏｏｆｆ)型滚筒采煤煤机组成，在在这套设备能能应用于陶尔矿矿之前，该矿矿进行了大范范围的改造。最最终，这套设设备被成功地地应用于陶尔尔矿长为100ｍ的第1～５长壁采采区回采工作作面中，第6采区开始于1992年1月，由于从从凯米拉(Ｋｅｍｉrａ)煤矿转运来来了梅科(Mｅｃｏ)型四柱垛式式掩护支架和和一台安德森森(Ａｎｄｅｒｒｓｏｎ)型滚筒采煤煤机，本采区区工作面长度度延长到150ｍ。陶尔煤矿是是一座高瓦斯斯涌出矿井。有有效的甲烷抽抽放对于该矿矿连续安全生生产非常必要要，陶尔矿甲甲烷抽放站有有8台真空泵，它它们与井下抽抽放管道及抽抽放钻孔网连连成一体。在在陶尔矿，无无论是长壁开开采还是采准准盘区开采都都从该矿大范范围甲烷抽放放中得到好处处。5甲烷利用回回顾阿平矿和陶陶尔矿实践表表明，甲烷抽抽放必然导致致不同特性的的燃料气体产产生，一般情情况是，这些些特性的变化化与气体成分分和流量有关关。考虑到甲甲烷可作为一一种能源或化化学资源的可可能性，BHP公司对这种种气体的可能能用途进行了了试验，根据据瓦斯所处位位置和组成特特征，BHP公司断定瓦瓦斯气体最经经济可行的用用法是将之转转化成电能，售售给地方输电电机构。1986年4月，在阿平平矿，BHP公司安装了了一台额定功功率为14MW的单循环燃燃气轮机发电电机组及与之之相配套的气气体压缩机、防防回火器、气气体过流器等等辅助装置，这这套发电机组组利用从矿井井中收集的部部分甲烷生产产电能，售给给勘探电力公公司(即现在的能能源总公司)。不幸的是，该该电站经历了了许多重要故故障，并最终终被永久地放放弃，所有的的故障均不是是由燃料质量量引起的，这这套燃气轮机机发电机组用用溜出油作为为备用起动运运转燃料，以以避免在矿井井甲烷燃料暂暂时短缺时机机器停止运转转。6甲烷抽放系系统最初，实施施煤层气抽放放是为了提高高煤矿生产安安全，保障阿阿平矿和陶尔尔矿这两个高高瓦斯矿井能能持续生产。现现在，虽然提提高煤矿生产产安全仍是煤煤层气抽放的的一个重要因因素，但甲烷烷作为一种能能源来利用所所获得的环境境效益却变得得越来越重要要。阿平矿和和陶尔矿分别别于1981年和1989年开始甲烷烷抽放工作。在阿平矿和和陶尔矿，甲甲烷抽放站的的核心设备是是一组水环式式真空泵(阿平矿安装7台、陶尔矿矿安装9台)，其最大实实用抽放能力力分别为6ｍ３／ｓ和75ｍ３／ｓ，在在需要时，通通过开动指定定数目的真空空泵，抽放能能力可以满足足不同的抽放放要求，随着着运转真空泵泵的增加，抽抽放能力不断断增加。在每座矿井井，四通八达达的甲烷抽放放管道网把井井下甲烷抽放放点和地面抽抽放站联接在在一起。在开开采前，通过过将抽气钻孔孔打到采准工工作区前部煤煤层中，对所所有要采煤层层的甲烷进行行预抽放，同同时，在现采采长壁工作面面附近，通过过利用不同排排布的穿层钻钻孔，对下部部煤层实施采采后抽放。两两矿还对已封封闭的采空区区残余甲烷进进行抽放。由于受后退退式长壁采煤煤工作面的影影响，地层松松驰，结果穿穿层钻孔从下下伏煤层中抽抽排出大量的的甲烷。从长长壁工作面附附近穿层钻孔孔获得的甲烷烷产量明显地地受采煤工作作面推进速度度的影响。7燃料气体的的特征来自甲烷抽抽放站的气体体燃料的流速速和纯度受开开采生产的影影响。尤其是是在连续长壁壁采区之间，回回采顺序的变变化对这些气气体参数影响响显著。从甲甲烷排放站输输出的可燃气气体含有来自自于水环式真真空泵密封水水和煤层中的的水分，可燃燃气体的温度度一般高出周周围大气温度度15℃，从泵站输输出的气体压压力大约是10ｋＰａ。从从矿井中抽出出的气体含有有粉尘颗粒，其其中大部分在在密封水系统统中被收集清清除。可燃气体组组分变化非常常大。一般是是，甲烷浓度度为50～８５％，CO２浓度为0～５％，非非甲烷烃类浓浓度不超过1%，其中空气气含量可达50%。煤层气成成分的变化以以及甲烷收集集和抽放参数数的改变都会会引起可燃气气体的组分变变化。一般情况下下，甲烷含量量的变化率很很低，这是因因为在井工矿矿井抽放甲烷烷地段内，与与之相连的抽抽放孔很多(300～４００个)。但有些情情况能加大甲甲烷含量的变变化速率，它它们包括：(1)甲烷抽放真真空条件的改改变，包括改改变工作真空空泵的数目。当当真空泵起动动或关闭时，抽抽气压力改变变，引起甲烷烷含量的变化化，它能使甲甲烷含量在10分钟内增加加或降低5～１５％。(2)井下钻孔计计划正在继续续进行，虽然然此时新钻孔孔的联结(联结到抽放放网上)只能引起甲甲烷含量的微微小变化，但但管道分布区区内大块段钻钻孔的联结或或隔离，却能能造成甲烷含含量的显著变变化。虽然大大面积内钻孔孔的联结或隔隔离对可燃气气体组分的影影响可以通过过有序的引入入而减少到最最小程度，但但一般仍能在在极短时间内内造成甲烷含含量变化20%。也存在这种种可能，即可可燃气体的供供给可能在一一较短时间内内完全中止，例例如，由于供供电中断。在在这种情况下下，甲烷排放放管道受到高高纯度甲烷的的迅速加压，这这时，必须在在地面将这些些甲烷通过紧紧急排放管道道排放到大气气中。8发电厂煤层气发电电厂使用的是是多台卡特皮皮勒(Ｃａｔｏｒｒｐｉｌｌａａ)G35116型火花点燃燃往复式燃气气发动机。每每台发动机直直接驱动一台台额定功率为为1000ｋＷ的单体体发电机，有有两条气流分分别被引入到到组件封壳内内，并以发动动机负荷确定定的速度、成成比例地输送送给发动机。两两股气流在发发动机的燃料料进气总管内内混合，为卡卡特皮勒G3516型火花点燃燃往复式燃气气发动机提供供燃料，而发发动机本身又又驱动一台电电压为415V、额定功率率为1MW的发电机。每每一套发动机机／发电机机机组均被安装装于根据组件件本身设计的的单个隔音封封壳内，这为为发电机机组组的移位装配配、改换位置置的轻便性，和和分段，扩容容的适应性提提供了方便。作为两个独独立的发电厂厂地，阿平矿矿和陶尔矿的的设备功能组组件都有自己己本身的发电电组件、变压压器、变电所所和同步配台台站。阿平矿矿安装54套发动机／／发电机机组组，而陶尔矿矿安装40套。阿平矿和陶陶尔矿的甲烷烷抽放站分别别为各矿的煤煤层气发电厂厂提供了主要要的燃料来源源。同时，阿阿平矿利用一一部分矿井回回风空气中的的低浓度甲烷烷作为本矿发发电机燃料的的补充，所有有这些供给交交电机组的空空气都由阿平平矿矿井回风风提供，回风风中一般含有有05～１０%的甲烷，这这种低浓度甲甲烷的利用为为该矿发电厂厂电力输出额额提供了大约约80ＭＷ的电能能。对于煤矿矿来说，这是是第一次把利利用矿井回风风发电这种想想法应用于实实践。不幸的的是，这种方方法在陶尔矿矿却不适用，因因为矿井回风风在陶尔矿不不能长期供发发电厂使用。除了利用矿矿井提供的甲甲烷外，这两两个发电厂也也准备购买天天然气发电。AGL公司供给的的天然气可以以用作一种替替代能源，以以补充矿井甲甲烷抽放量的的不足。通过过改变两个发发电厂之间的的、地下输送送连接管道中中的矿井甲烷烷流向，阿平平矿和陶尔矿矿两地的矿井井甲烷供给和和需求之