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。     

乏风瓦斯蓄热氧化安全系统设计研究

为了保障乏风瓦斯蓄热氧化利用工程安全运行,分析了低浓度瓦斯输送系统、乏风瓦斯混配系统、乏风瓦斯蓄热氧化炉等工艺环节存在的安全风险。针对这些风险设计了同时基于水封阻火泄爆、自动抑爆、自动阻爆3种不同原理的瓦斯输送安全保障系统,以及混配瓦斯浓度超限紧急处理系统,防超温、防超压和自动泄爆的蓄热氧化炉运行综合安全保障系统。对山西阳煤五矿乏风瓦斯蓄热氧化井筒加热工程开展了安全系统设计,通过实际运行验证了设计的合理性、可靠性、稳定性。     

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。     

乏风氧化及余热利用技术在山西潞安高河煤矿的应用

大量煤矿乏风瓦斯的直接排空,在加剧温室效应的同时亦造成能源的浪费,而通过采用合适的技术对乏风瓦斯加以利用,将产生巨大的节能环保效益。介绍了国内外煤矿乏风瓦斯氧化及余热利用技术,重点介绍了山西潞安高河煤矿的乏风瓦斯氧化发电项目的设计及应用情况,包括乏风收集及掺混系统、低浓度瓦斯输送安全保障系统、乏风氧化系统、余热利用系统等,并分析了该项目建设成功的意义。     

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。     

低浓度瓦斯氧化后冷热电联供方法

为了提高我国低浓度抽采瓦斯和乏风瓦斯的利用率,提出一种将低浓度瓦斯氧化并利用余热进行冷热电联供方法。该方法利用热逆流氧化技术实现对低浓度瓦斯高效氧化,抽取部分高温烟气生产高品位的蒸汽推动汽轮机发电,同时可从汽轮机抽取低压蒸汽,一部分用于供暖,一部分用于溴化锂吸收式制冷机制冷。分析表明,该方法实现了对低浓度瓦斯的有效氧化,减少了温室气体排放,并对余热实现了梯级利用,大大提高了系统的热能利用率,具有良好的推广应用价值。     

煤矿瓦斯发电技术研究

本文根据煤矿高、低浓度瓦斯与乏风发电的设备及技术创新成果,就高浓瓦斯发电中热能的综合利用、内燃机发电技术,低浓瓦斯发电过程中低浓瓦斯的安全输送技术,乏风的利用技术等进行了细致分析,有利于进行适合的煤矿瓦斯发电方案选择。     

矿井乏风氧化装置内蜂窝蓄热体换热过程的数值模拟

矿井乏风氧化装置利用热逆流氧化技术,使乏风中的低浓度甲烷在高温下氧化并放出热量,具有环保和节能的双重意义。对矿井乏风氧化装置内的蜂窝蓄热体的单管通道建立了数学模型,利用FLUENT软件对单管通道内的三维非稳态流动及换热过程进行了数值模拟,得到了蜂窝蓄热体内纵向温度分布、横截面的温度和速度分布、蓄热体纵向温度的瞬时变化规律以及蓄热体的温度效率和压力损失等参数,为矿井乏风氧化装置的设计计算提供了参考。     

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。     

乏风瓦斯催化氧化监控系统设计与研究

为解决乏风瓦斯催化氧化利用监控设计中存在的"信息孤岛"与"重复建设"问题,以提高安全监控系统的可靠性与稳定性为目的,设计了一套乏风瓦斯催化氧化综合监控系统,其综合了监控瓦斯掺混系统、逆流回热系统、离心压气机系统、催化燃烧室、发电机,实现对乏风瓦斯催化氧化过程的远程监控。分析了乏风瓦斯催化燃烧燃气轮机发电工艺流程、监控系统控制原理,以及系统控制流程,对系统安全防护硬件、软件进行了设计,工业性试验表明,该综合监控系统具有良好的稳定性与可靠性。     

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。     

基于蓄热式换热模型的乏风瓦斯逆流热氧化装置设计方法

为现实乏风瓦斯逆流热氧化装置的快速参数设计,提出逆流热氧化装置的稳定运行判别条件。基于蓄热式换热模型的解,结合装置整体的能量平衡,首先对氧化装置的最低稳定运行甲烷体积分数进行了计算。结算结果表明:在低流速时,装置的最低稳定运行甲烷体积分数主要由装置的散热决定,此时流速提高,装置的最低稳定运行甲烷体积分数会降低;流速较高时,装置的最低稳定运行甲烷体积分数主要由装置的蓄热性能决定,此时流速提高,装置的最低稳定运行甲烷体积分数会升高。使用实验获得的最低稳定运行甲烷体积分数数据对模型计算结果进行验证,实验结果和模型的计算结果基本一致。进一步根据模型计算了乏风瓦斯逆流氧化装置稳定运行的通风量范围以及蓄热体需求量。     

乏风瓦斯变温浓缩后逆流氧化利用方法

乏风瓦斯由于浓度低、氧化利用经济性差,绝大部分被直接排放到大气中,这不仅造成了资源的浪费,而且还加剧了温室效应。提出一种将乏风瓦斯变温浓缩后再进行逆流氧化利用的方法,利用烟气余热进行变温吸附浓缩,实现了热量梯级利用,具有良好的推广应用价值。     

煤矿乏风蓄热氧化发电技术及应用研究

利用热逆流氧化反应器,基于热逆流氧化原理与乏风蓄热氧化发电原理,结合瓦斯氧化燃烧与爆炸机理,研究了煤矿乏风瓦斯蓄热氧化发电技术,并对现场应用进行了分析。研究结果表明:低浓度甲烷在蓄热氧化过程中,蓄热体产生周期性的吸热与放热,实现了周期性的、稳定的循环实验,实现了热风量的并联提取和精确调节,提高了甲烷的氧化效率,满足了乏风蓄热氧化发电核心设备的要求。     

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。     

煤矿乏风的蓄热逆流氧化

用自行研制的蓄热逆流氧化装置对煤矿乏风的氧化反应进行试验,考察了CH₄体积分数、乏风流量、换向周期和反应区温度对煤矿乏风氧化的影响.结果表明：当CH₄体积分数大于0.2％时,蓄热逆流氧化装置能够维持自热氧化反应,氧化率在99％以上,且能够回收一定的热量;随CH₄体积分数和乏风流量的增加,氧化装置中心区温度升高,高温区域扩大,有利于氧化反应的进行;最佳换向周期范围为90～150 s;煤矿乏风氧化的最低反应温度为880 ℃左右.     

丁集煤矿超低浓度瓦斯氧化及低温热能利用技术应用

为高效利用超低浓度瓦斯氧化热能和低温热能,针对抽采瓦斯浓度低、利用率低和传统锅炉热能不足以满足煤矿需求的问题,在充分分析矿井瓦斯气源和利用模式的基础上,丁集煤矿建立了超低浓度瓦斯蓄热氧化及低温热能利用示范工程。实践结果表明,该技术可使低浓度瓦斯利用率达到98%以上,基本实现瓦斯零排放;年节约标煤1.3万t,直接经济效益700余万元,满足煤矿2.3×10~(11)kJ/a的用热需求,每年还减少CO_2排放量约30万t,经济效益和环保效益显著。     

低浓度瓦斯蓄热氧化后的热量调配方法探讨

以煤矿瓦斯气源条件及实际的冷、热及电负荷为基础,设计了一套瓦斯蓄热氧化冷热电联供的系统工艺流程。根据煤矿的供热需求,将全年划分为防冻、供暖、高冷、低冷4个供能期,并根据不同供能期的具体供能特点,按照热能品位由低至高的利用原则,对低浓度瓦斯氧化后蒸汽热能及其他余热热能进行统筹分配,用于制冷、供暖、洗浴和发电等。对该调配方法应用后的实际效果进行了评价,同时对该技术的应用前景进行了展望。     

超低浓度瓦斯氧化热能梯级利用技术分析

超低浓度瓦斯的排空造成的资源浪费和环境污染是煤矿亟待解决的问题,同时,随着煤矿采深增加,热害问题日益严重。如何利用超低浓度瓦斯解决井下热害,对煤矿节能环保、安全高效运行具有重要的现实意义。文章对丁集煤矿采用超低浓度瓦斯蓄热氧化热能梯级利用技术(超低浓度瓦斯在RTO氧化、余热锅炉热能转换、高温蒸汽发电、低温蒸汽井下降温)进行了分析,结果表明,该技术实施后不仅实现了矿区用电量的自给自足,而且井下降温效果良好(空气温度低于27℃)。