一、项目简介

山东鲁西发电有限公司煤炭地下气化技术研究是山东科技大学与山东鲁西发电有限公司技术合作开发项目，我校科研经费额1390.58万元。山东鲁西发电有限公司煤炭地下气化项目是山东省发改委核准批复的2×600MW级发电项目配套工程，投产期建设两套日产煤气30万立方米地下气化炉，为600MW级锅炉提供最高10%比例掺烧煤气。

该工程属于煤炭地下气化绿色开采和能源综合高效利用典型工程，是国内外首例煤炭地下气化大型锅炉煤气掺烧发电产业示范项目，2021年被列为山东能源集团重大科研项目。

该工程利用里彦煤矿煤炭资源进行地下气化，采用山东科技大学自主研发的矿井式定向钻井控制注气点后退气化工艺。地面配置气化剂制备单元、气化剂配比单元、地下气化炉产气单元、煤气管线输送单元、煤气净化单元、地面火炬放散单元以及电气与测控单元，整体工程安全、节能、环保，预期达到国内领先水平。

项目技术支撑单位山东科技大学煤炭地下气化方向经过多年的发展，已经建立一支以“山东省泰山学者特聘教授团队”“山东省高等学校优秀青年创新团队”为引领的国内国际合作研究队伍。自主研发的矿井式定向钻井控制注气点后退气化工艺主要核心技术包括：井下分布式定向钻井建炉技术、原位煤层高能点火技术、分布式移动注/排气导引控制技术、气化剂配比与高氢煤气组分调控技术、窄条带跳采与充填岩层控制技术、燃空区污质运移与控制技术、燃空区污质抽提与充填固结技术、燃空区二氧化碳封存与碳监测技术、自动化智能化过程监控技术。相应的技术成果已通过了中国煤炭工业协会、中国有色金属工业协会组织的科技成果鉴定，分别达到了国际先进和国际领先水平。

二、进展情况

项目工程主要分为地面和井下两部分。截至2023年2月19日，地面部分已完成气化剂制备单元、气化剂配比单元、煤气管线输送单元、煤气净化单元、地面火炬放散单元、厂区道路以及控制室配电室等工程的土建施工工作，地面主体设备及管道已到场安装。井下部分已完成地下气化炉巷道工程、地面钻孔工程的施工，目前正在开展地下气化炉钻孔工程的施工。

地面厂区施工图（摄于2023年2月19日）       程卫民院长到现场指导工作

三、解决的技术问题

本技术合作开发项目主要解决的问题：（1）解决现有煤炭地下气化炉单炉产气量低，难以规模化生产的问题。现阶段国内煤炭地下气化项目单炉产气量日产煤气5万~20万立方米，难以达到一定的规模性，投入产出不高，通过本项目的研发和工程应用，将地下气化炉单炉产气量提高到30万立方米水平。（2）解决地下气化炉顶板稳定性控制问题。里彦煤矿3煤地质赋存复杂、冲积层厚、基岩薄，大范围地下气化开采易出现顶板大面积垮落，对地下气化炉运行是不利的，通过本项目研发，针对性提出窄条带炉炉型结构，控制垮落带高度，防止顶板大面积垮落，实现气化炉安全稳定运行。（3）解决地下气化炉可靠性点火问题。国内外地下气化项目受煤层赋存条件、地质、水文地质条件影响，导致在地下气化炉点火过程中存在点火困难、点火速度慢以及点火失败等问题，本项目提出高能、快速点火技术和装备，解决地下气化炉可靠性点火问题。（4）解决地下气化炉燃烧控制和注气控制技术和装备难题。煤炭地下气化稳定运行的关键之一是实现可控的燃烧气化，防止可能出现的燃烧范围扩大、无序蔓延燃烧等情况。现阶段由于缺乏有效的耐高温、高可靠性燃烧控制装置，导致缺乏对地下气化炉内的注气和燃烧控制，成为制约产业化发展的技术瓶颈，本项目研发移动注气装置和分布式注排气燃烧控制技术，解决地下气化炉燃控控制和注气控制难题。（5）解决地下气化炉煤气泄漏难题。煤炭地下气化炉内火焰工作面温度高达1000~1600℃，国内外地下气化运行经验表明，受炉内高温传热、高温煤气传输以及采动影响，地下气化炉燃空区周边孔裂隙通道以及煤气传输通道可能出现气体泄漏通道，存在安全隐患。本项目研发多段密闭闸墙以及钻孔封堵密闭技术和降温装备，保障地下气化炉气密性，解决煤气泄漏等安全问题。

四、项目重大意义

本项目通过技术研发，建设国内首例煤炭地下气化大型发电掺烧产业示范工程，达到单炉日产煤气30万立方米产气规模，为煤炭地下气化规模化、产业化发展先行示范和技术验证，突破地下气化炉合理建炉参数、可靠性点火、燃烧过程控制、气化剂配比与产气调控、岩层稳定性控制、二氧化碳减排和封存技术瓶颈，形成成套工艺技术及核心装备，打通地下气化从小规模中试到规模化示范的技术壁垒，推动煤炭地下气化向工业化、产业化转型，对保障鲁西发电工程煤炭地下气化工程的顺利实施、安全稳定运行以及鲁西2×600MW发电项目验收具有重要意义。

本项目属于煤炭资源清洁化利用的典型示范，为关停矿井残留资源开发利用、煤炭资源清洁开发提供了新的技术解决方案。项目以矿井残滞留煤为原料，以清洁燃气为最终产品，并用于锅炉燃烧发电，实现了煤炭的清洁、高效开发利用和绿色、低碳利用。项目的建设将形成废弃煤炭资源绿色清洁低碳、安全高效开发利用的科技引领与创新示范，提高煤基一次能源利用率和清洁化、低碳化利用水平，在推进煤矿残存资源大规模低成本发电、制氢、二氧化碳地质封存等碳中和方面形成工业示范效应，具有良好的经济和社会效益。