3％～9％煤礦瓦斯直燃技術

“加強煤炭行業‘雙碳’技術研究及甲烷全濃度利用”是今年兩會期間，全國人大代表、中國工程院院士、安徽理工大學校長袁亮提出的主要建議，受到了媒體的廣泛關注與報道。建議聚焦煤炭行業的“雙碳”工作推進，從政策引導、加強技術研究、推動甲烷全濃度利用三個角度提供了解決思路。袁亮多次提到，必須重視甲烷的利用，補齊甲烷全濃度利用短板，減少資源能源浪費。

甲烷濃度3%～9%煤礦瓦斯直燃技術的成功與工業化應用案例，填補了該技術領域的國際空白，補齊了甲烷全濃度利用的技術短板。

據了解，我國每年隨煤礦開采的抽排瓦斯利用率僅為41.5%，造成資源的極大浪費，導致了嚴重的溫室效應。針對煤礦瓦斯綜合利用率低的現狀，北京君發與安徽理工大學合作，由國家工程院院士袁亮掛帥，共同組建了跨學科多專業的專家學者研究團隊，通過不懈的實驗研究，建立了低濃度瓦斯安全穩定燃燒的理論體系，科學的解決了低濃度瓦斯遇到明火就會發生爆炸的世界性難題，成功研發出“濃度3%～9%煤礦瓦斯安全穩定燃燒技術”，同時在技術的工業化應用方面取得了重大進展，將瓦斯資源利用率提升約36%，并申請發明ZL及多項實用新型ZL。

北京君發與安徽理工大學袁亮院士團隊合作簽約儀式（受訪者供圖）

2020年8月，中國煤炭工業協會組織，由中國工程院蔡美峰院士任主任委員的十一位業內專家組成的專家委員會對“濃度3%～9%煤礦瓦斯安全穩定燃燒技術”進行了鑒定。鑒定委員會一致認為，該研究成果達到國際領先水平，同意通過鑒定。建議：加大成果推廣應用力度。同年，技術申報了安徽省科技成果。該技術的第一套利用低濃度瓦斯供熱工業化裝置于2018年10月在山西省長治市七一煤礦瓦斯發電站建成并投用，在2019年12月被山西省列為山西省瓦斯綜合利用試點示范項目。

“該技術的推廣與應用，必將推動山西乃至全國能源革命。”全國人大代表、中國工程院院士、安徽理工大學校長、“濃度3%～9%煤礦瓦斯安全穩定燃燒技術”學術帶頭人袁亮對于這項技術的應用與研究寄予厚望，“我們的研究目標是，實現瓦斯利用濃度全覆蓋，煤礦瓦斯零排放，打造零碳礦井。”他說，團隊對瓦斯利用研究的腳步將永不停歇。

2021年12月，國家能源局公布了《2021年度能源領域首臺（套）重大技術裝備項目名單》，由北京君發科技集團投資、山西君柳新能源科技有限公司承建的君柳低濃度瓦斯直燃發電廠的“煤礦低濃度瓦斯安全穩定燃燒裝置”入圍，這套裝備是全球第一套可利用濃度3%～9%的煤礦瓦斯直燃帶動蒸汽輪機發電的技術裝備。

山西君柳低濃度瓦斯直燃發電廠項目建成于2021年10月，于2021年12月25日并網發電，裝機容量3兆瓦。其利用山西呂梁寨崖底煤礦瓦斯泵站抽采出的5%～8%低濃度瓦斯，通過安全輸送系統，進入熱能島安全穩定燃燒產生高溫煙氣，再經過余熱鍋爐產生中溫中壓蒸汽推動汽輪發電機組發電。該裝置年可發電量2160萬度，折合節約標準煤5698噸，年銷毀甲烷1200萬立方米，折合減排二氧化碳19.22萬噸，熱能島尾部排放煙氣氮氧化物小于20毫克。

山西君柳低濃度瓦斯直燃發電廠設備（受訪者供圖）

項目順利并網發電，北京君發科技集團董事長楊君廷表示，“當前瓦斯應用通常按照不同濃度進行梯度利用，高濃度瓦斯通常作為化工原料、燃料使用；抽采的濃度9%～30%的低濃度瓦斯可以通過往復式內燃機發電機組進行利用；而抽采的濃度3%～9%的低濃度瓦斯之前沒有成熟的直接利用技術，通常有兩種間接利用方法：一是與高濃度瓦斯摻混至濃度大于9%后通過瓦斯發電機組利用；二是采用乏風氧化技術，利用煤礦乏風或空氣稀釋至濃度1.2%以下進行逆流蓄熱氧化。前者由于高濃度瓦斯氣資源的限制而造成非常有限的摻混利用，后者綜合熱效率低，經濟效益差，沒有得到大范圍推廣。我們的研究從理論層面做出了創新突破，這套裝置可以對這個濃度段的瓦斯直接安全穩定燃燒應用，并且比以往的技術設備具有對氣源條件的適應范圍寬、瓦斯資源利用率高、綜合熱效率高、年運行時間長、尾部煙氣氮氧化物少、工程造價和運行成本低等優勢。”

他還給記者算了一筆效益賬，“我國每年在采煤的同時排放的純瓦斯近370億立方，其中，濃度≥3%的煤礦瓦斯約占53%，這部分瓦斯如果得到充分的利用，采用熱電聯供模式：冬季供熱，其余季節發電，按照供熱量折合天燃氣價值計算，年可節省天燃氣成本約312億元；年發電量270億kw·h，產值121億元，合計每年創造經濟價值433億元。按照聯合國大氣污染排放標準（CH4的溫室氣體效應是CO2的21～28倍）折算，因新技術提高了低濃度瓦斯的利用率，每年可以減少溫室氣體排放約3.3億噸（折合CO2量），隨著不遠將來甲烷減排納入碳交易市場，這一項的收入也將計入經濟效益當中。”