煤矿乏风及低浓度瓦斯氧化发电技术探讨

煤矿乏风及低浓度瓦斯氧化发电技术是一种将矿井乏风和低浓度瓦斯掺混氧化产生热能,置换出过热蒸汽驱动蒸汽轮机组发电的工艺流程。本文介绍了核心设备——蓄热式高温氧化装置发展现状及发电工艺流程,分析了该技术在矿井的应用意义及条件,提出了一些实施建议。     

多气源掺混技术在高河煤矿低浓度瓦斯蓄热氧化发电项目中的应用

为了确保高河煤矿低浓度瓦斯蓄热氧化发电机组的安全稳定运行, 并实现发电项目降本增效的目的,需要将煤矿乏风与抽采瓦斯进行安全、稳定、均匀、高效混配。采用基于动态连续掺混系统的多气源掺混技术,分析了不同气源的瓦斯流量、压力、浓度等参数特征和掺混系统之间的影响规律,并根据各管道传感器与阀门调节对掺混效果的影响,得到了有效的操作流程和关键技术参数。结果表明：基于动态连续掺混系统的多气源掺混技术实现了热态下(氧化炉RTO、锅炉、汽轮机、发电机组及电能上网等系统不停机且稳定运行)掺混系统按需自由切换并合并各路气源,从而确保瓦斯发电机组的稳定运行,同时降低运行成本,增加了发电收入。     

矿井乏风瓦斯氧化发电技术研究进展

对矿井乏风瓦斯蓄热氧化燃烧发电技术和催化氧化燃烧燃气轮机发电技术进行了综述。分析了蓄热氧化燃烧装置的原理和流程,以及在国内外的实际应用情况。重点介绍了催化氧化燃烧燃气轮机发电技术的原理,催化燃烧室的关键技术即采用两种不同催化剂分多级装填的方式;指出了催化氧化燃烧燃气轮机发电技术工业化进程,下一步发展的主要方向。     

乏风瓦斯蓄热氧化试验研究

自主研制出处理量为1 000 m3/h的逆流式乏风瓦斯蓄热氧化装置,并进行了加热启动、氧化性能及自热平衡等试验研究。结果表明:乏风瓦斯蓄热氧化装置能够有效氧化处理甲烷,在稳定的温度场下,乏风中甲烷体积分数的改变对甲烷氧化率的影响不明显,在甲烷体积分数为0.148%时,氧化率仍维持在96%以上;当乏风瓦斯处理量为1 000 m3/h、甲烷体积分数大于等于0.30%时,装置自维持运行状态良好;当燃烧室中心温度降低时,装置内高温区域变小,氧化反应区域变窄,甲烷氧化率降低,不利于氧化反应的进行。     

煤矿瓦斯氧化利用安全保障系统设计与应用

根据瓦斯氧化装置的运行特点,结合我国煤矿井下通风要求和矿井瓦斯抽采现状,分析了煤矿瓦斯氧化装置运行中存在的主要安全隐患,提出了在抽采瓦斯与矿井乏风掺混、抽采瓦斯输送等主要环节的安全保障技术要求。介绍了矿井乏风与低浓度瓦斯混配装置、混配监控系统、瓦斯抽采泵站安全保障系统设计情况,在高河煤矿瓦斯氧化发电工程运行期间的测试结果表明,设计完善的低浓度瓦斯输送安全保障系统及掺混监控系统,可以有效保证瓦斯氧化装置的安全高效运行,不会给瓦斯抽采系统及矿井的安全生产带来隐患。     

煤矿乏风瓦斯氧化利用技术经济性分析

本文对煤矿乏风瓦斯利用技术进行了分析,以潞安集团潞宁煤矿为研究对象,开展煤矿乏风瓦斯氧化利用技术经济评价。结果表明:在不考虑碳交易情况下,乏风瓦斯利用项目处于亏损状态,通过引入CDM机制,可以极大提高乏风瓦斯利用项目经济性。     

乏风瓦斯催化氧化燃烧燃气轮机发电技术研究进展

对矿井乏风瓦斯催化氧化燃烧燃气轮机发电技术以及催化燃烧所需的整体式催化剂进行了综述,介绍了催化氧化燃烧燃气轮机发电技术的原理,催化燃烧室的关键技术是采用两种不同催化剂分多级装填的方式,回热装置的最新技术是更高效紧凑的主表面式回热器。提出了催化氧化燃烧燃气轮机发电技术工业化进程的发展方向。     

屯兰矿风排低浓度瓦斯氧化利用技术研究

为合理充分利用煤矿风排瓦斯,实现煤矿安全生产、减少温室气体排放、降低环境污染、利用清洁能源,屯兰矿在石家河回风井建设开发了处理能力10万Nm3的风排瓦斯氧化装置,配备相应安全输送系统和额定出力7 MW蒸汽锅炉,回收热量用于产生3.82 MPa/450℃过热蒸汽,年减排纯瓦斯量931.2万Nm3,折合14.02万t,年产蒸汽8万t,经济、社会效益显著。     

煤矿乏风瓦斯热逆流氧化的一维数值模拟

为了研究煤矿乏风低含量瓦斯热逆流氧化,建立了煤矿乏风瓦斯热逆流氧化的一维数学模型,应用FLUENT软件研究了氧化床内热结构特性以及工况参数对氧化床热结构、甲烷氧化率及出口温度的影响。计算结果表明:1)氧化床内温度场基本成梯形分布,高温区沿氧化床高度方向周期性往复移动。2)随着乏风中甲烷体积分数的提高,氧化床高温区域拓宽,最高温度和出口温度也有相应的提高,甲烷的氧化率略有升高。3)随着氧化床处理乏风量的增加,氧化床内温度峰值、反应率及出口温度都有明显升高,反应区向两端移动,高温区域加宽,但甲烷氧化率随之下降。4)随着换向半周期的延长,氧化床反应区和高温区向氧化床中部移动,高温区域变窄,出口温度升高,甲烷氧化率略有下降。5)随璧面热损失的不断增加,氧化床峰值温度、高温区温度及甲烷的氧化率均降低,反应速率也下降剧烈,高温区域宽度也明显变窄。     

低浓度瓦斯掺混技术在乏风氧化中的应用

对低浓度瓦斯掺混机理进行了分析,根据低浓度瓦斯掺混特点,设计了掺混工艺流程,并提出掺混装置工艺设计的关键技术参数,介绍了掺混装置内部结构和外形。低浓度瓦斯掺混技术在五阳煤矿南丰井乏风氧化工程中的现场应用测试数据表明,掺混后瓦斯平均均匀偏差度为0.22%,掺混效果较好。     

煤矿乏风瓦斯利用技术及应用前景

我国绝大部分煤矿乏风直接排放到大气中,不仅加剧了温室效应,而且造成了资源的浪费,因而迫切需要对煤矿乏风瓦斯利用技术进行研究。介绍了国内外煤矿乏风瓦斯的利用技术现状———辅助燃料利用技术和主要燃料利用技术,并对国内乏风瓦斯利用技术的应用前景进行了分析。     

阳煤二矿桑掌乏风瓦斯氧化发电工程设计运行

阳煤二矿桑掌乏风瓦斯氧化发电工程引进国际先进的蓄热高温氧化技术将超低浓度瓦斯氧化处理,通过氧化余热回收用于供热和发电,冬季替代桑掌风井燃煤热风炉,实现清洁供暖。项目工程设计结合国家现有的设计规范、规程及相关专利技术,对乏风瓦斯氧化发电总体工艺流程、乏风瓦斯掺混系统及主要设备选型进行了优化设计。工程从2019年6月4日并网试运行,乏风瓦斯甲烷摧毁效率达到99.92%,乏风利用率达到40%,低浓度抽采瓦斯100%利用,实现了抽采瓦斯零排放。第三方检测机构对系统运行的各项环保排放指标进行了测试,结果显示项目氮、硫、尘近零排放。     

乏风瓦斯蓄热氧化利用的技术经济分析

介绍了乏风瓦斯氧化的原理和氧化方式研究现状,对乏风瓦斯氧化后热能利用的技术性进行了探讨,并以采用蒸汽余热发电方式为例,对乏风瓦斯氧化及热能利用的经济性进行了具体分析。     

煤矿五床式乏风瓦斯蓄热氧化装置设计与应用

为解决现有蓄热氧化装置存在的甲烷氧化率较低技术难题,设计了五床式乏风瓦斯蓄热氧化装置,阐述了装置的工作原理。该装置在传统的蓄热、放热循环中增加了1个吹扫净化过程,大幅减少了装置中的乏风残留量,将甲烷氧化率提高至98%以上。介绍了氧化室、燃烧室、气流分配室及预热系统等部件的设计过程,以及装置的总装结构设计方案。该项技术将在重庆松藻打通一矿进行工业性示范,目前项目正处于建设阶段。该套工业性示范系统投入运行后,每年可生产过热蒸汽6.48万t,减排CO2当量10.7万t,具有良好的节能减排效益。     

煤矿乏风瓦斯热逆流氧化反应器的数学模型和试验

建立了低浓度甲烷热氧化逆流反应器的数学模型,运用计算流体力学方法进行数值计算,得到各种操作参数下的温度分布及甲烷浓度分布曲线,并将数值计算结果与实验结果进行了对比,并对影响氧化床运行特性的几个主要因素进行了分析。结果表明,氧化床内温度分布基本成M型,高温区以及甲烷浓度分布曲线沿气体流动方向周期性往复移动;进口甲烷混合气的浓度越大,温度分布峰值就越高并而且更靠近进口端,高温区域的宽度也增宽,而且高温区域中间凹度加深,进出口温度梯度也会增大;预混甲烷气体的流速从0.15 m/s增大到0.70 m/s时,最高温度峰值和高温区变化不大,因为流速增大一方面使单位时间进入氧化床内反应物的数量增加,放出了更多的热量,但是另一方面气体流速升高而带走的对流换热量也会大量增加。     

中国煤矿企业低浓度瓦斯的安全利用

着重介绍了煤矿企业低浓度瓦斯的安全利用,并用实例说明我国风排瓦斯的利用已进入工业化开发阶段.     

逆流传热方式的乏风瓦斯氧化处理系统研发设计

热氧化是处理煤矿通风瓦斯主要方式。逆流传热方式的乏风瓦斯氧化处理系统,采用分段加热方式,不仅解决了氧化床传热问题,预热器的材质问题,以及取热系统安全问题,还改进了氧化床的结构,从根本上解决了当前蓄热式热氧化处理系统的诸多不足。不仅可以实现大规模连续处理,还可以获得3.4MPa以上的高温高压蒸汽,同时瓦斯浓度降至0.6%时系统仍有良好的经济性,并且最低处理浓度可降至0.167%以下。     

煤矿低浓度瓦斯微生物氧化技术研究

煤层抽采及回风井排放的低浓度瓦斯大多不经处理直接排空或燃烧,针对这一现象所造成的瓦斯资源浪费、生态碳循环结构破坏和温室效应加剧等问题,分析了我国煤矿低浓度瓦斯的排污治理与资源利用技术,提出并验证了利用甲烷氧化菌来降解煤矿低浓度瓦斯的煤矿低浓度瓦斯治理技术,以期提高煤矿瓦斯的利用率,减少资源浪费和污染。     

低浓度煤层气利用技术研究现状及应用展望

煤矿低浓度煤层气及乏风瓦斯对空排放造成巨大的能源浪费,并造成显著的温室效应趋势,是煤矿最主要的温室气体排放源。按国家煤层气利用的发展规划,在“十三五”阶段将会有煤层气利用技术的广泛推广应用。针对煤层气利用技术,如煤层气深冷液化提纯技术、低浓度煤层气内燃机发电技术等,国内外已有较多科研院所及设备厂家开展了相关技术研究工作,探讨其合理高效利用的途径及实施方式。介绍了低浓度煤层气的主要技术利用途径,对各利用途径的优缺点及适用特点进行了剖析,并对各类技术途径的应用现状进行了阐述,对其应用前景进行了展望。     

乏风发电技术在黄陵矿区应用的优势分析

黄陵矿业公司现有生产矿井四对,其中三对为高瓦斯矿井.为了减少碳排放量,实现绿色开采的目标,先后在一、二号煤矿建立了瓦斯发电厂对瓦斯资源进行综合利用,但只是实现了抽采瓦斯的利用,未对乏风进行利用,每年约0.5亿Nm3风排纯瓦斯直接进入大气.在分析乏风及抽采瓦斯氧化利用技术的原理、创新点、优势及国家和地方扶持政策的基础上,...