[01191794]煤矿乏风瓦斯热逆流氧化关键技术

1.课题来源 [1] 国家高技术研究发展计划（863计划）重点项目,煤矿乏风瓦斯氧化利用关键技术与设备开发,2009AA063202 [2] 山东省自然科学基金,蜂窝陶瓷蓄热体参数对蓄热式换热器热工特性的影响规律研究,ZR2009FQ023 [3] 山东省自然科学基金,煤矿乏风氧化装置氧化床热震性研究,ZR2011EL017 2.课题背景与意义 煤矿瓦斯的主要成分为甲烷,是气体能源,也是煤矿生产中最大安全隐患,通常采用大量通风将其排放到大气当中（称为煤矿乏风）,中国因采煤每年排放的甲烷在200亿Nm3以上,占世界采煤排放甲烷总量的45%。因此,开展煤矿乏风瓦斯利用技术研究,对有效利用现有资源和减少温室气体排放,具有非常重要的意义。针对煤矿乏风瓦斯风排量巨大、浓度低、难利用的特点,本项目采用热逆流氧化原理,研发由多种蜂窝陶瓷组成立式氧化床、燃烧器加热起动、气体导流分配、取热、低浓度抽采瓦斯输送与掺混、测控系统等关键技术和装备,并进行技术集成,在煤矿现场安装运行,形成具有自主知识产权、先进实用的煤矿乏风热氧化利用技术体系,为我国实现大规模、低成本地治理和利用煤矿乏风瓦斯提供技术保障。 3.主要科技内容 （1）针对氧化床各部位对蓄热能力、耐热冲击能力、耐高温能力和气体流通能力的不同要求,发明了由多种蜂窝陶瓷组成的立式结构蓄热氧化床,消除了自然对流对氧化装置的影响,提高了氧化装置的甲烷氧化率、运行稳定性和可靠性,降低了氧化装置的流动阻力和能耗。 （2）发明了氧化装置的热风加热起动系统,系统由多个独立的加热起动子系统组成,加热起动子系统由热风产生与调节系统和热风分配系统组成,通过调整各个燃烧器的功率,可实现氧化床快速均匀加热起动;热风分配系统采用陶瓷材质,提高了系统的工作可靠性。 （3）发明了基于氧化床蓄热量保持稳定的氧化装置气流换向控制方法,提高了氧化装置运行稳定性。发明了大通径、移动板式三通换向机构,实现了氧化装置的快速换向,降低乏风瓦斯的逃逸量。研发了大尺度氧化床进气导流分配系统,解决了因氧化床内气体流动不均匀而导致的氧化装置处理乏风量下降的问题。 （4）研究了氧化装置热量提取技术,发明了氧化床内置换热器取热技术、热气抽取技术和汽水循环系统。内置换热器和热气抽取均在氧化床高温区两侧取热,内置换热器采用翅片式蛇形管结构,在换热器翅片管之间填充蜂窝陶瓷;热气抽取技术采用抽气阀与换向阀联动,使氧化的热气体在完全流过高温区之后被部分抽取。既提取了氧化床高温区两侧的部分热量,又解决了取热区两侧氧化床温差过大的问题,有利于氧化床保持中心区的高温,保证了甲烷氧化率。 （5）发明了尾管引射式和叶片旋流式混合器,实现了抽采瓦斯与乏风瓦斯均匀混合,发明了抽采瓦斯除雾器,降低了抽采瓦斯的湿度,确保了氧化装置安全运行。 4.知识产权情况 本项目获得发明专利授权12项和实用新型专利授权1项。 5.主要技术指标 ①稳定运行的最低瓦斯浓度为0.3%; ②甲烷氧化率≥95%; ③蒸汽压力≥0.8MPa,蒸汽温度≥170℃; ④进出口气体温差≤40℃。 6.社会经济效益与存在问题 社会经济效益：该项目成果由淄博淄柴新能源有限公司应用生产,三年共计新增产值2170万元,利税558万元;氧化装置正在冀中能源邯郸矿业集团有限公司陶二矿和聚隆煤矿稳定运行,共计新增产值2587.7万元,新增利税1112.8万元,经济效益明显;共处理煤矿乏风146880万m3,销毁纯甲烷1232.8万Nm3,共生产蒸汽11.5万吨,节约标准煤1.26万吨,减排二氧化碳16.4万吨,社会效益显著。我国煤矿乏风瓦斯热氧化关键技术的成功研发,不仅能够满足我国大规模、低成本地利用煤矿乏风瓦斯的需求,而且能够打破国外技术封锁,促进我国高新技术产业的形成,促进我国环保产业的发展。 存在问题：有待于进一步大范围推广应用 7.历年获奖情况 [1] 2010年,“矿井乏风瓦斯热氧化关键技术研究与开发”获得山东省高校优秀科研成果二等奖; [2] 2011年,“40000m3/h立式煤矿乏风瓦斯氧化装置”获得山东省高校优秀科研成果一等奖。