煤矿乏风瓦斯热逆流氧化装置结构图

项目简介

为了提高煤矿生产的安全性，通常采用大量通风来排放煤矿瓦斯(称为矿井乏风，Ventilation Air Methane，简称VAM)。矿井乏风中的甲烷浓度非常低(一般小于1％)，浓度波动范围大，直接作为主燃料使用受到了一定的限制，几乎所有的煤矿没有尝试回收和处理矿井乏风中的甲烷，而直接将其排放到大气之中，对大气环境造成了严重的污染问题。

针对煤矿乏风风量巨大、煤矿乏风中的瓦斯浓度非常低、乏风量、瓦斯浓度波动范围大的特点，研发了煤矿乏风瓦斯高效利用技术，研制了立式乏风热逆流氧化装置用以治理和利用矿井乏风瓦斯，减少因煤矿生产带来的甲烷温室气体排放，同时回收矿井乏风中的能量并加以利用。

我国对煤矿乏风瓦斯利用技术的研究起步较晚，近年来，国内多个高等院校对乏风瓦斯催化氧化、热逆流氧化的机理进行了实验室研究，还没有开发出能够真正示范运行的工业样机。

2007年，淄博淄柴新能源有限公司与高等院校合作，共同研发立式乏风瓦斯热逆流氧化装置。双方共同研制的40000m3／h立式乏风热逆流氧化装置于2009年上半年在工厂进行模拟乏风运行试验。该项目2009年12月通过山东省经济和信息化委员会组织的鉴定验收。

2010年，40000m3／h乏风氧化装置在煤矿进行现场试验并示范运行。

我公司还承担了国家高技术研究发展计划(863计划)重点项目“煤矿乏风瓦斯分离与氧化利用关键技术与设备开发”，按照项目计划，研制了60000m3／h立式乏风氧化装置。

煤矿乏风瓦斯热逆流氧化装置基本原理

乏风瓦斯热逆流氧化装置主要由氧化装置本体、气体进出口分配系统、加热起动系统、乏风换向系统、实时测控系统五大部分组成。

外部热源(燃烧器)将热交换介质固体氧化床加热到甲烷氧化温度，将矿井的通风瓦斯引入氧化装置，与装置内的热交换介质在反应区进行热交换，气体受热达到瓦斯燃烧所需温度，发生氧化反应(燃烧)，放出热量。氧化反应自维持后，停掉外部加热。一个循环包括两次风流换向，由控制系统自动控制换向时间等参数。

煤矿乏风瓦斯热逆流氧化装置基本原理图

主要技术参数

1. 稳定运行的瓦斯浓度范围：0.3％～2.0％；
2. 甲烷氧化率≥97％；
3. 能够产生过热蒸汽，过热蒸汽的压力≥2.5MPa，温度≥400℃，压力和温度波动幅±5％；
4. 进出口气体阻力损失≤4000Pa。

主要技术特点

1. 采用立式结构，避免了因自然对流带来的温度分布不均匀问题。
2. 不使用催化剂，避免了因矿井乏风中含有硫化氢引起的催化剂中毒问题。
3. 多种蜂窝陶瓷组合氧化床结构，以提高乏风瓦斯氧化效率，保障氧化装置稳定运行，并降低气体流动阻力，延长氧化装置使用寿命。
4. 采用气体进出口分配技术，利用导流器调节各处进出氧化床的气体流量，以保证乏风均匀地进入氧化床。
5. 外部热源选用燃烧器的方式，与传统的电加热相比，可节约大量电能。
6. 利用恒温的高温热源与换热器换热来生产过热蒸汽，从而避免了过热蒸汽参数的波动，提高蒸汽质量。
7. 高可靠性计算机监控系统，将装置的各子系统集中控制，进行系统性协调，保证热逆流氧化装置安全正常运行。

经济效益分析

乏风瓦斯发生氧化反应，将CH4转化为C02，减少温室气体的排放，可申请CDM项目，带来巨大的经济效益；反应产生的热量可用于取暖或发电，也将产生较好的经济效益。

举例：假设矿井乏风甲烷浓度为0.8％，流量为8万m3／h，投资约1100万，年处理矿井乏风70080万m3，，每年温室气体减排80000t C02当量，年回收热量149666.4 GJ，年发电约1000万度。

根据《京都议定书》，甲烷碳汇贸易(CDM)在2008年开始实施，若申请到CDM项目，按15美元／tC02计算，仅碳汇指标收入，每年可达120万美元。