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項(xiàng)目簡介
為了提高煤礦生產(chǎn)，通常采用大量通風(fēng)來排放煤礦瓦斯(稱為礦井乏風(fēng)，Ventilation Air Methane，簡稱VAM)。礦井乏風(fēng)中的甲烷濃度非常低(一般小于1％)，濃度波動(dòng)范圍大，直接作為主燃料使用受到了限制，幾乎所有的煤礦沒有嘗試回收和處理礦井乏風(fēng)中的甲烷，而直接將其排放到大氣之中，對(duì)大氣環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染問題。
針對(duì)煤礦乏風(fēng)風(fēng)量巨大、煤礦乏風(fēng)中的瓦斯?jié)舛确浅５?、乏風(fēng)量、瓦斯?jié)舛炔▌?dòng)范圍大的特點(diǎn)，研發(fā)了煤礦乏風(fēng)瓦斯利用技術(shù)，研制了立式乏風(fēng)熱逆流氧化裝置用以治理和利用礦井乏風(fēng)瓦斯，減少因煤礦生產(chǎn)帶來的甲烷溫室氣體排放，同時(shí)回收礦井乏風(fēng)中的能量并加以利用。
我國對(duì)煤礦乏風(fēng)瓦斯利用技術(shù)的研究起步較晚，近年來，國內(nèi)多個(gè)高等院校對(duì)乏風(fēng)瓦斯催化氧化、熱逆流氧化的機(jī)理進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室研究，還沒有開發(fā)出能夠真正示范運(yùn)行的工業(yè)樣機(jī)。
2007年，淄博淄柴新能源有限公司與高等院校合作，共同研發(fā)立式乏風(fēng)瓦斯熱逆流氧化裝置。雙方共同研制的40000m3／h立式乏風(fēng)熱逆流氧化裝置于2009年上半年在工廠進(jìn)行模擬乏風(fēng)運(yùn)行試驗(yàn)。該項(xiàng)目2009年12月通過山東省經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)組織的鑒定驗(yàn)收。
2010年，40000m3／h乏風(fēng)氧化裝置在煤礦進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)并示范運(yùn)行。
我公司還承擔(dān)了國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)重點(diǎn)項(xiàng)目“煤礦乏風(fēng)瓦斯分離與氧化利用關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備開發(fā)”，按照項(xiàng)目計(jì)劃，研制了60000m3／h立式乏風(fēng)氧化裝置。
煤礦乏風(fēng)瓦斯熱逆流氧化裝置基本原理
乏風(fēng)瓦斯熱逆流氧化裝置主要由氧化裝置本體、氣體進(jìn)出口分配系統(tǒng)、加熱起動(dòng)系統(tǒng)、乏風(fēng)換向系統(tǒng)、實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)五大部分組成。
外部熱源(燃燒器)將熱交換介質(zhì)固體氧化床加熱到甲烷氧化溫度，將礦井的通風(fēng)瓦斯引入氧化裝置，與裝置內(nèi)的熱交換介質(zhì)在反應(yīng)區(qū)進(jìn)行熱交換，氣體受熱達(dá)到瓦斯燃燒所需溫度，發(fā)生氧化反應(yīng)(燃燒)，放出熱量。氧化反應(yīng)自維持后，停掉外部加熱。一個(gè)循環(huán)包括兩次風(fēng)流換向，由控制系統(tǒng)自動(dòng)控制換向時(shí)間等參數(shù)。
主要技術(shù)參數(shù)
穩(wěn)定運(yùn)行的瓦斯?jié)舛确秶?.3％～2.0％；
甲烷氧化率≥97％；
能夠產(chǎn)生過熱蒸汽，過熱蒸汽的壓力≥2.5MPa，溫度≥400℃，壓力和溫度波動(dòng)幅±5％；
進(jìn)出口氣體阻力損失≤4000Pa。
淄柴煤礦乏風(fēng)瓦斯熱逆流氧化裝置主要技術(shù)特點(diǎn)
采用立式結(jié)構(gòu)，避免了因自然對(duì)流帶來的溫度分布不均勻問題。
不使用催化劑，避免了因礦井乏風(fēng)中含有硫化氫引起的催化劑中毒問題。
多種蜂窩陶瓷組合氧化床結(jié)構(gòu)，以提高乏風(fēng)瓦斯氧化效率，保障氧化裝置穩(wěn)定運(yùn)行，并降低氣體流動(dòng)阻力，延長氧化裝置使用壽命。
采用氣體進(jìn)出口分配技術(shù)，利用導(dǎo)流器調(diào)節(jié)各處進(jìn)出氧化床的氣體流量，以保證乏風(fēng)均勻地進(jìn)入氧化床。
外部熱源選用燃燒器的方式，與傳統(tǒng)的電加熱相比，可節(jié)約大量電能。
利用恒溫的高溫?zé)嵩磁c換熱器換熱來生產(chǎn)過熱蒸汽，從而避免了過熱蒸汽參數(shù)的波動(dòng)，提高蒸汽質(zhì)量。
高可靠性計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，將裝置的各子系統(tǒng)集中控制，進(jìn)行系統(tǒng)性協(xié)調(diào)，保證熱逆流氧化裝置安全正常運(yùn)行。
經(jīng)濟(jì)效益分析
乏風(fēng)瓦斯發(fā)生氧化反應(yīng)，將CH4轉(zhuǎn)化為C02，減少溫室氣體的排放，可申請(qǐng)CDM項(xiàng)目，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益；反應(yīng)產(chǎn)生的熱量可用于取暖或發(fā)電，也將產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益。
舉例：假設(shè)礦井乏風(fēng)甲烷濃度為0.8％，流量為8萬m3／h，投資約1100萬，年處理礦井乏風(fēng)70080萬m3，，每年溫室氣體減排80000t C02當(dāng)量，年回收熱量149666.4 GJ，年發(fā)電約1000萬度。
根據(jù)《京都議定書》，甲烷碳匯貿(mào)易(CDM)在2008年開始實(shí)施，若申請(qǐng)到CDM項(xiàng)目，按15美元／tC02計(jì)算，僅碳匯指標(biāo)收入，每年可達(dá)120萬美元。
項(xiàng)目簡介
為了提高煤礦生產(chǎn)，通常采用大量通風(fēng)來排放煤礦瓦斯(稱為礦井乏風(fēng)，Ventilation Air Methane，簡稱VAM)。礦井乏風(fēng)中的甲烷濃度非常低(一般小于1％)，濃度波動(dòng)范圍大，直接作為主燃料使用受到了限制，幾乎所有的煤礦沒有嘗試回收和處理礦井乏風(fēng)中的甲烷，而直接將其排放到大氣之中，對(duì)大氣環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染問題。
針對(duì)煤礦乏風(fēng)風(fēng)量巨大、煤礦乏風(fēng)中的瓦斯?jié)舛确浅５?、乏風(fēng)量、瓦斯?jié)舛炔▌?dòng)范圍大的特點(diǎn)，研發(fā)了煤礦乏風(fēng)瓦斯利用技術(shù)，研制了立式乏風(fēng)熱逆流氧化裝置用以治理和利用礦井乏風(fēng)瓦斯，減少因煤礦生產(chǎn)帶來的甲烷溫室氣體排放，同時(shí)回收礦井乏風(fēng)中的能量并加以利用。
我國對(duì)煤礦乏風(fēng)瓦斯利用技術(shù)的研究起步較晚，近年來，國內(nèi)多個(gè)高等院校對(duì)乏風(fēng)瓦斯催化氧化、熱逆流氧化的機(jī)理進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室研究，還沒有開發(fā)出能夠真正示范運(yùn)行的工業(yè)樣機(jī)。
2007年，淄博淄柴新能源有限公司與高等院校合作，共同研發(fā)立式乏風(fēng)瓦斯熱逆流氧化裝置。雙方共同研制的40000m3／h立式乏風(fēng)熱逆流氧化裝置于2009年上半年在工廠進(jìn)行模擬乏風(fēng)運(yùn)行試驗(yàn)。該項(xiàng)目2009年12月通過山東省經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)組織的鑒定驗(yàn)收。
2010年，40000m3／h乏風(fēng)氧化裝置在煤礦進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)并示范運(yùn)行。
我公司還承擔(dān)了國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)重點(diǎn)項(xiàng)目“煤礦乏風(fēng)瓦斯分離與氧化利用關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備開發(fā)”，按照項(xiàng)目計(jì)劃，研制了60000m3／h立式乏風(fēng)氧化裝置。
煤礦乏風(fēng)瓦斯熱逆流氧化裝置基本原理
乏風(fēng)瓦斯熱逆流氧化裝置主要由氧化裝置本體、氣體進(jìn)出口分配系統(tǒng)、加熱起動(dòng)系統(tǒng)、乏風(fēng)換向系統(tǒng)、實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)五大部分組成。
外部熱源(燃燒器)將熱交換介質(zhì)固體氧化床加熱到甲烷氧化溫度，將礦井的通風(fēng)瓦斯引入氧化裝置，與裝置內(nèi)的熱交換介質(zhì)在反應(yīng)區(qū)進(jìn)行熱交換，氣體受熱達(dá)到瓦斯燃燒所需溫度，發(fā)生氧化反應(yīng)(燃燒)，放出熱量。氧化反應(yīng)自維持后，停掉外部加熱。一個(gè)循環(huán)包括兩次風(fēng)流換向，由控制系統(tǒng)自動(dòng)控制換向時(shí)間等參數(shù)。
主要技術(shù)參數(shù)
穩(wěn)定運(yùn)行的瓦斯?jié)舛确秶?.3％～2.0％；
甲烷氧化率≥97％；
能夠產(chǎn)生過熱蒸汽，過熱蒸汽的壓力≥2.5MPa，溫度≥400℃，壓力和溫度波動(dòng)幅±5％；
進(jìn)出口氣體阻力損失≤4000Pa。
淄柴煤礦乏風(fēng)瓦斯熱逆流氧化裝置主要技術(shù)特點(diǎn)
采用立式結(jié)構(gòu)，避免了因自然對(duì)流帶來的溫度分布不均勻問題。
不使用催化劑，避免了因礦井乏風(fēng)中含有硫化氫引起的催化劑中毒問題。
多種蜂窩陶瓷組合氧化床結(jié)構(gòu)，以提高乏風(fēng)瓦斯氧化效率，保障氧化裝置穩(wěn)定運(yùn)行，并降低氣體流動(dòng)阻力，延長氧化裝置使用壽命。
采用氣體進(jìn)出口分配技術(shù)，利用導(dǎo)流器調(diào)節(jié)各處進(jìn)出氧化床的氣體流量，以保證乏風(fēng)均勻地進(jìn)入氧化床。
外部熱源選用燃燒器的方式，與傳統(tǒng)的電加熱相比，可節(jié)約大量電能。
利用恒溫的高溫?zé)嵩磁c換熱器換熱來生產(chǎn)過熱蒸汽，從而避免了過熱蒸汽參數(shù)的波動(dòng)，提高蒸汽質(zhì)量。
高可靠性計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，將裝置的各子系統(tǒng)集中控制，進(jìn)行系統(tǒng)性協(xié)調(diào)，保證熱逆流氧化裝置安全正常運(yùn)行。
經(jīng)濟(jì)效益分析
乏風(fēng)瓦斯發(fā)生氧化反應(yīng)，將CH4轉(zhuǎn)化為C02，減少溫室氣體的排放，可申請(qǐng)CDM項(xiàng)目，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益；反應(yīng)產(chǎn)生的熱量可用于取暖或發(fā)電，也將產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益。
舉例：假設(shè)礦井乏風(fēng)甲烷濃度為0.8％，流量為8萬m3／h，投資約1100萬，年處理礦井乏風(fēng)70080萬m3，，每年溫室氣體減排80000t C02當(dāng)量，年回收熱量149666.4 GJ，年發(fā)電約1000萬度。
根據(jù)《京都議定書》，甲烷碳匯貿(mào)易(CDM)在2008年開始實(shí)施，若申請(qǐng)到CDM項(xiàng)目，按15美元／tC02計(jì)算，僅碳匯指標(biāo)收入，每年可達(dá)120萬美元。
