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煤矿乏风氧化装置

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详细资料

1.  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。

2.发展历程

        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,淄博柴油机总公司与高等院校合作,共同研制800m3/h立式乏风瓦斯热逆流氧化试验装置,稳定运行的最低瓦斯浓度为0.2%,可以生产过热蒸汽。该实验装置于2009年3月通过了山东省组织的技术鉴定,认为“该项目研制的矿井乏风瓦斯热氧化试验装置,具有甲烷氧化效率高、运行稳定、能耗低、性能可靠等优点,整体技术达到国际先进水平”。

        在800m3/h试验研究的基础上,双方共同研制40000m3/h立式乏风热逆流氧化装置,2008年底完成工业样机的试制工作,2009年上半年在工厂进行模拟乏800m3/h乏风热逆流氧化装置风运行试验。试验基本达到了设计指标。下一步将研制60000m3/h立式乏风热逆流氧化装置工业样机。

        目前,已就此项目申请国家专利6项,该项目被列为2009年山东省技术创新项目、山东省重大节能产业化项目

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:

2.稳定运行的瓦斯浓度:0.3%~2.0%;

3.甲烷氧化率≥97%;

4.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%;

5.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。

三维工程效果图:

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。




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