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.

煤层气治理与利用技术研究开发进展

煤层气作为一种非常规天然气,既是宝贵的清洁能源,其主要成分甲烷同时也是一种主要的温室气体;煤层气的直接排放不仅加剧了大气温室效应和环境污染,同时也是能源资源的极大浪费。近年来,煤层气的治理和利用受到了广泛关注,有关技术研究和开发取得了很大进展。本文对近年来煤层气的治理和利用技术研发进展进行了总结和评估,侧重于介绍煤层气分离系统中关键的中、高浓度煤层气催化燃烧脱氧技术以及乏风瓦斯逆向流催化燃烧减排及余热利用技术。最后对煤层气综合利用技术进行了展望。

可燃废气利用技术研究进展(Ⅱ)：填埋气、火炬气、伴生天然气和煤矿瓦斯

可燃废气利用是实现我国节能减排的重要途径之一。介绍了目前填埋气、火炬气、伴生天然气和煤矿瓦斯几种可燃废气的利用技术和工业应用现状。其中:填埋气的利用率很低,资源化利用技术不足,需大力推广以渗滤液处理、高效LFG抽排及利用为核心的填埋垃圾处理工艺;火炬气通常引入燃油或燃气锅炉加以利用,也可以将火炬气燃烧后利用余热锅炉回收热量,或者作为中等热值的气体,直接引入燃气轮机燃烧发电;伴生天然气的产量不高时,可以将其回注驱油或就地发电,产量高且稳定时,可以采用管道输送、液化天然气(LNG)和压缩天然气(CNG)船舶运输;对于低浓度瓦斯,燃气-蒸汽联合循环发电是其最好的利用方式,其发电效率高达45%以上;通风瓦斯通常作为助燃空气用于坑口电站,该利用方式的技术要求和成本最低。

煤矿乏风瓦斯富集分离技术研究进展与应用

针对我国每年有180亿m3以上的纯甲烷混入矿井风流中通过乏风排空的现状,为有效回收这些资源,深入研究相关的煤矿乏风瓦斯富集分离技术十分必要。通过介绍吸收法、深冷分离法、膜分离法、变温吸附(TSA)和变压吸附(PSA)等用于煤矿乏风瓦斯富集分离的技术方法等,综合分析了各项技术的优缺点,并提出变压吸附技术被认为是最具有发展前景的煤矿甲烷富集技术。同时,将煤矿乏风瓦斯富集分离的研究方法应用于环保教育,也取得了良好的教学效果。

矿井乏风瓦斯治理利用现状与发展

矿井乏风瓦斯既是一种清洁能源又是一种温室气体,但由于其浓度很低导致治理难度很大。文章综述了目前乏风瓦斯的治理利用现状,并指出了今后乏风瓦斯综合利用的发展方向。

煤矿乏风低浓度甲烷热逆流氧化试验研究

为探索甲烷浓度、乏风流量、换向半周期及壁面热损失等工况参数对煤矿乏风低浓度瓦斯热逆流氧化过程的影响,采用自行设计的低浓度瓦斯热逆流氧化装置,对不同工况下的低浓度瓦斯热逆流氧化开展了系统的试验研究。结果表明:随着甲烷浓度的提高和壁面热损失的降低,氧化床高温区域拓宽,最高温度、出口温度及甲烷转化率均升高;当乏风量较低时,乏风甲烷保持较高的转化率,氧化床内整体温度随着乏风量的增加而提升;当乏风量达到一定值后,继续增加流量,氧化床温度场不但不上升反而下降;随着换向半周期的延长,氧化床高温区向氧化床出口端移动,高温区域变窄,出口温度升高,甲烷转化率略有下降。

煤矿通风瓦斯处理技术的比较和应用前景

中国每年通过煤矿乏风排放大量的甲烷到大气中。不仅造成了资源的浪费，而且加剧了温室效应。笔者总结并比较了几种煤矿通风瓦斯处理和利用技术，并对其应用前景进行了展望。

煤矿乏风低浓度瓦斯燃烧催化剂的制备及其性能研究

采用碳酸铵共沉淀法制备六铝酸盐为涂层、以γ-Al2O3为载体、负载Pd活性组分的煤矿乏风低浓度瓦斯燃烧催化剂。采用自行设计的固定床单管试验仪,考察了催化剂的活性、水热稳定性及抗硫中毒能力。结果表明:以La0.5Sr0.5MnAl11O19为涂层的催化剂活性最高;氧化铝涂覆六铝酸盐后,在维持相同甲烷燃烧的情况下,Pd负载量可以大幅度下降,说明氧化铝经六铝酸盐改性后可以节约贵金属的用量;以六铝酸盐作为涂层的氧化铝催化剂具有很好的热稳定性和抗烧结性能;煤矿的潮湿环境对所制备的负载Pd催化剂影响有限,并且这种影响是可逆的,对于连续的甲烷催化燃烧过程,通风瓦斯水蒸气的影响可以忽略;氧化铝经六铝酸盐修饰后再负载Pd催化剂,其抗硫中毒能力明显增强。

进气预热温度对煤矿乏风热逆流氧化的影响

为探索进气预热温度对煤矿乏风热逆流氧化的影响,对不同进气温度条件下煤矿乏风热逆流氧化的温度场、甲烷转化率、最低甲烷体积分数及最大换向半周期开展了数值模拟和试验研究,结果表明:随着进气预热温度的升高,氧化床高温区域拓宽,而峰值温度变化不明显;随着进气预热温度的不断提高,氧化装置甲烷转化率几乎成线性升高;提高进气预热温度,可以降低装置维持自运行所需的最低甲烷体积分数和延长最大换向半周期,有利于氧化装置的稳定运行。

煤矿乏风瓦斯热逆流氧化床的阻力特性研究

热逆流氧化是实现煤矿乏风低浓度瓦斯减排和有效利用的主要技术之一。为了掌握热逆流氧化床的阻力特性,更好地为其设计提供理论参考依据,借助Fluent计算流体力学软件,对热逆流氧化床阻力特性开展了相关的数值研究,得出以下主要结论:①伴随气体温度和流速在氧化床内变化,氧化床的压强梯度也发生剧烈变化。在预热段,压强梯度的绝对值沿气体流动方向增加;而在反应段内,压强梯度基本保持不变;反应产生的气体进入蓄热段后,温度不断下降,压强梯度的绝对值也随之下降。②氧化床阻力在前半周期内随时间增加而不断降低;进入后半周期,氧化床阻力开始回升,到后半周期结束时恢复到该周期开始时的阻力值;随着气流方向的周期改变,氧化床阻力以V型波的形式呈现周期性变化。③氧化床的压强损失随着乏风量的增加几乎呈线性增加、随着乏风瓦斯中甲烷浓度的升高而增加、随着蜂窝陶瓷孔隙率的增大而降低,而换向半周期对氧化床的压强损失几乎没影响。

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。

煤矿乏风瓦斯流入特性对填充床内置换热器取热的影响

在实验验证数学模型有效基础上,研究了气体流入特性对煤矿乏风氧化床内置换热器取热的影响,结果表明:填充床内置换热器取热率随床层入口气体质量流速均匀性指数的下降而减小,蜂窝陶瓷的存在导致气体流动单向导通、增大床层物理流速及辐射面积,使床层入口气体质量流速均匀性指数减幅相同时填充床内置换热器取热率减小幅度要比空床换热器大;床层入口气体平均质量流速不变时,内置热器取热率随床层入口气体温度均匀性变差而减小,温度分布不均同时引起流速分布不均,温度分布不均引起的取热率下降幅度要明显大于相同平均质量流速、温度下床层入口气体流速不均引起的取热率下降幅度;对于立式氧化床,各部分气体由于温度不同导致的浮力大小不同以及气体所受浮力由于进风方式不同导致的对流动影响差异,换热器取热率也随之发生变化,随着床层入口气体平均温度逐步升高,进风方式对取热率影响越来越明显。

煤矿乏风预热催化氧化床温度均匀性的研究

对预热催化氧化装置氧化床的温度分布均匀性进行了实验研究,在热平衡状态下研究了空速、进气温度和体积分数对氧化床温度场均匀性的影响。实验结果表明:氧化床在催化氧化时间段内的温度明显比加热启动段要均匀;氧化床内部在加热启动段内的温度不均匀系数由前至后越来越低,而在催化氧化段内的温度不均匀性系数先降低再升高;进气温度对氧化床温度分布均匀性的影响最为明显,氧化床的温度分布均匀性随进气温度的提升明显改善,而较高的空速和较低的进气体积浓度会减缓温度不均匀性系数随进气温度的变化速率。以上研究成果为预热催化氧化装置的优化设计和性能提升提供理论参考。

煤矿通风瓦斯在燃气轮机中的催化燃烧特性

在不同进口温度、工作压力和当量比条件下,研究了煤矿通风瓦斯气在燃气轮机催化燃烧室内部的燃烧特性,对数值模拟结果与试验结果进行了对比,并分析了催化燃烧对超低浓度瓦斯气性能的影响.结果表明:增加甲烷浓度(或当量比)可促进超低浓度甲烷的催化燃烧;提高催化燃烧室进口温度或工作压力可相应提高煤矿通风瓦斯燃气轮机系统的效率.

矿井乏风逆流氧化床温度分布和工作特性研究

为了给矿井乏风逆流氧化装置设计提供理论依据,数值模拟研究了逆流氧化床温度分布和工作特性.结果显示:逆流氧化床内固体蜂窝陶瓷的蓄热和释热效应,使得含甲烷气体成分极低的模拟矿井乏风在其内能够自维持逆流高温氧化.数值模拟中逆流氧化床轴向中心线上M形温度分布特点与实验结果一致.逆流氧化床轴向中心线上温度分布、出口温度值、化学反应速率分布、气固两相间单位容积换热量分布主要受往复半周期、混合气体中甲烷气体质量分数和混合气体质量流量等参数影响.

煤液化残渣基炭材料吸附瓦斯实验研究

实验采用自行设计的单塔高流量、常压吸附装置和煤液化残渣基炭材料吸附剂,讨论了不同吸附剂用量、不同装柱方式对CH4/N2分离性能的影响。结果表明:在550℃,KOH活化下所制备煤液化残渣基活性炭的比表面积可达1721 m2/g,其中微孔占到开孔数量的89.5%;在相同吸附剂装填量下,分层装填方式对甲烷的吸附性能要优于混合式装填方式;在分层装填方式下,随着吸附剂装填数量的增加,甲烷的吸附量增加,饱和吸附性能提高20%。

煤矿乏风甲烷分离富集过程的数值研究

建立了吸附床内煤矿乏风二维气体流动、吸附传质的数学模型,以轴向流吸附床为研究对象,对活性炭富集分离煤矿乏风甲烷过程进行了模拟,得到了各个循环步骤下床内详细的流动、浓度和吸附量分布;详细分析了活性炭吸附床对煤矿乏风甲烷的吸附富集特性,并对回收时间进行优化,模拟结果与实验结果符合较好.另外,还对不同原料气浓度工况进行了对比研究.

我国煤矿风排瓦斯利用的探讨

随着我国煤炭产量和开采深度的增加,煤矿的瓦斯排放量和风排瓦斯量正逐年增加。由于风排瓦斯浓度低,利用技术难度大,长期以来我国绝大多数风排瓦斯均未利用,而直接排空,这不仅严重地污染了大气环境,造成温室效应,同时也白白浪费了数量巨大的清洁能源。本文从治理和利用风排瓦斯的意义入手,介绍了风排瓦斯利用的重要性,阐述了我国风排瓦斯的利用现状和存在的主要问题,并对今后我国风排瓦斯的利用前景进行了展望。

乏风瓦斯提浓利用技术现状及展望

煤矿乏风中所含甲烷浓度极低,无法直接利用,且总量巨大,产生的温室效应显著,煤矿企业面临巨大的减排压力。分析了乏风瓦斯利用的主要方法,提出了提浓后的主要利用途径。对乏风瓦斯提浓的技术途径进行分类,认为吸附分离技术是相对更有前景的技术途径。对国内外乏风瓦斯提浓技术的研究现状、技术目标及实施现状进行了分析和探讨,并对其应用前景和新的研究方向进行了展望。

淮南矿区煤层气综合利用现状及展望

淮南煤田煤层气资源丰富,煤层气抽采具备较大规模。淮南矿业集团制定的发展方向是 将抽采的煤层气和矿井乏风作为绿色能源进行综合利用,变废为宝,减少大气污染,实现两个资 源、两个能源共采。本文系统地论述了淮南矿区煤层气综合利用的先决条件,煤层气绝对涌出 量,煤层气综合利用情况等,并对未来的煤层气综合利用前景作出了明确的展望。