煤矿乏风利用新概念

      为保证煤矿地下矿井空气的安全、健康,需要向地下矿井鼓入大量新风,这些气流携带在安全限度以下的甲烷含量(国内标准低于0.75%,国际标准低于1.2%),从地下经通风口排到大气里,俗称“乏风”或通风瓦斯。这些极低浓度的甲烷长期以来无法利用,全部排到大气中。

      如此巨大的甲烷排放量不仅意味着巨大的温室气体污染,而且蕴含着巨大的潜在能源。

      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，立式乏风热逆流氧化装置可以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。

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。

工业化应用：

主要技术参数：

1.稳定运行的瓦斯浓度：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≥1.6MPa，温度≥350℃，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CO2，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80000 t CO2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/t CO2计算，仅碳汇指标收入，每年可达120万美元。