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海兴135沼气发电机组300型低瓦斯气系列

煤矿乏风瓦斯热逆流氧化装置


煤矿乏风瓦斯热逆流氧化装置结构图
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,2010年11月该乏风氧化装置通过中国煤炭工业协会组织的科技鉴定,鉴定委员会认为“该项目技术水平达到国际先进水平”。

  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
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。

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