乏风瓦斯蓄热氧化试验研究
煤矿乏风瓦斯催化氧化高效催化剂的制备与研究
煤矿乏风瓦斯催化氧化高效催化剂的制备与研究煤矿乏风瓦斯的催化氧化是一种重要的有机物净化技术，其具有去除有毒有害物质的效果，能够有效地缓解煤矿乏风瓦斯污染。
高效的催化氧化催化剂的制备和应用，将极大地丰富煤矿乏风瓦斯催化氧化技术。
本文将分享《煤矿乏风瓦斯催化氧化高效催化剂的制备与研究》这一研究主题，以期为煤矿乏风瓦斯催化氧化技术的发展提供新思路。
一、催化剂的类型催化氧化剂可以分为针对煤矿乏风瓦斯的催化氧化剂以及非煤矿乏风瓦斯的催化氧化剂。
由于煤矿乏风瓦斯中含有多种有机物和氧化物，因此针对它们的催化剂应具有较高的活性、耐久性和降低能耗的能力。
而非煤矿乏风瓦斯的催化剂都是针对单一有机物，因此其对单一有机物的脱氢催化性能要求较高，也可以显示出一定的抗堵塞性。
二、催化剂制备方法1、氧化还原法氧化还原法是一种有效的催化剂制备方法，它利用氧化剂和还原剂的协同作用在载体上形成催化活性聚合物。
一般选择质量比较低的氧化剂和还原剂，如氧化铜、氧化银和氧化钠等作为氧化剂，而还原剂则可选择苯乙醇、乙醇和乙醛等。
2、热处理法热处理法是利用高温使载体物质去除和改变其表面特征而制备催化剂的方法。
一般地，热处理催化剂可以分为化学温处理法和物理温处理法。
通过各种化学反应，在催化剂表面形成一层促进反应的物质，从而其上开始出现催化活性。
三、催化剂研究方法1、催化剂活性研究催化剂活性研究是通过检测催化剂催化作用的有效性来研究其催化性能的方法。
一般来说，可以通过催化剂的活性测试来衡量其催化活性，从而掌握其催化效率及其工作状态。
2、催化剂耐久性研究催化剂耐久性研究是研究催化剂在长时间放置或反复使用后，其性能是否发生变化的方法。
一般来说，其耐久性研究可以通过催化剂的活性变化来检测，从而可以较好地评估其耐久性的性能。
四、结论煤矿乏风瓦斯催化氧化高效催化剂的制备与研究，为提高煤矿乏风瓦斯催化氧化技术的效率与精度提供了新的思路。
其中催化剂的制备方法主要有氧化还原法和热处理法，其催化剂研究方法主要有催化剂活性研究和催化剂耐久性研究。
煤矿乏风的蓄热逆流氧化
氧化率为 99 2 % , 说明氧化反应炉能够维持超低体积 分数的自热氧化反应 , 氧化效果好. 表 1 为不同反应条 件下 CH 4 氧化率的情况 , 从表 1 可看出 , 当 CH 4 体积 分数为 0 2 % ~ 0 8 % 时, 氧化率均在 99 % 以上 , 表明 在较宽的操作条件下 , 煤矿乏风均能维持自热氧化 . 2 3 乏风流量对氧化反应的影响 图 3 ( b ) 是 CH 4 体积 分数 为 0 3% , 换 向周 期为 120 s 时, 炉内温度场随乏风流量的变化. 由图 3( b)可 知 , 随着乏风流量的增加 , 中心区的最高温度升高 , 高 温 区 域 变 宽, 有 利 于 氧 化 反 应 的 进 行. 当 流 量 从 3 3 90 m /h 增加到 180 m / h 时, 最高温度升高了 50 , 这是由于流量 增加使单位时间内参与氧 化反应的 CH 4 增加, 反应释放出更多的热量. 同时进出口温差变大 , 这是因为流量增加使炉内温度场移动速度增加 , 出口温 度升高速度增加 , 被气体带走的热量增加 , 排烟热量损 失增加 . 2 4 换向周期对氧化反应的影响 图 3 ( c) 是 CH 4 体积分数为 0 4 % , 乏风流量为 90 m /h , 不同换向周期时 , 换向时刻反应炉内温度分 布的情况. 由图 3 ( c) 可知, 换向周期为 60 s时 , 炉 内温度场对称性较好 , 中心区温度较高, 有利于氧化反 应的进行, 但管道逃逸的 CH 4 比例较高, 发生氧化反 应的 CH 4 量减少 , 反应产生热 减少, 能量回收性能较 差 . 当换向 周期增加 到 120 s 时 , 中心 区温度 变化较 小 , 氧化反应稳定, 同时逃逸 的 CH 4 比例降低, 能量 回收性能提高. 当换向周期增加到 180 s时, 由于换向
矿井乏风瓦斯氧化发电技术研究进展
离成一 系 列 自 由基 或 基 团 （ 由原 子 和 自 由原 子 自
团 ） 由于 自由基 具 有 很 大 的化 学 活 性 ， 以再 与 反 ， 可
区 Ｃ 排放量 中所 占比例逐 步降低 ， ２０ Ｈ 由 ００年的
９ ％ 降 到 ２０ ３ ０ ８年 的 ８ ％ ＿ 。我 国乏 风 瓦 斯 （ Ａ ０ ２ Ｊ Ｖ Ｍ） 排 放 总量 ２０ ００年 为 ８ ３亿 ｍ ，０ ８年 为 １０亿 ｍ。 ２０ ６ ，
国的瓦 斯抽 采 量 大 幅增 长 ， 风 瓦 斯 排 放 量 在 煤 矿 乏
在 ２ ８Ｋ时 Ｃ 气 体 燃 烧 反 应 放 出 的 热 量 为 ９ Ｈ
８ ２ ７ｋ／ ｌ Ｈ ０ ． Ｊｍｏ。Ｃ 热氧 化 过 程 是 一 个 链 式 反 应 过
程 ， 应 物分 子不 是直 接进 行化 学反 应 ， 反 而是 首先 分
中图分 类 号 ： Ｄ １ Ｔ ７２ 文献 标 志码 ： Ａ 文章编 号 ：０ ８ ４ ９ （ ０ ２ ０ — ０ １ ０ １０ — ４ ５ ２ １ ）４ ０ ８ — ４
Ｃ ４ ｇ ＋ ０ （ ） Ｏ （ ） ２ ２ ｇ Ｈ （ ） ２ ２ ｇ ＝Ｃ ２ ｇ ＋ Ｈ ０（ ）
全球从 煤 矿 排 出 的 甲烷 （ Ｈ ） 体 占所 有 由人 Ｃ 气 类 活动产生 的 Ｃ 气 体 的 ８ Ｈ ％。 中 国是 世 界 上 第 一 产煤 大 国 ， 矿 中排放 的 Ｃ 量 占世界 的 ４ ％ ［ 。 从煤 Ｈ ５ １ ］ 随 着 国家一 系 列 瓦 斯 抽 采 利 用 鼓励 政 策 的 出 台 ， 我
在不 降低 Ｃ 转化 率 的前 提下实 现 未燃烧 碳 氢化合 Ｈ
物 、 Ｏ、 Ｏ Ｃ Ｎ 等污 染物 的超 低排 放甚 至零 排放 Ｊ 。
煤矿乏风瓦斯氧化发电项目可行性研究报告
煤矿乏风瓦斯氧化发电项目可行性研究报告一、项目背景近年来，环境保护问题日益突出，煤矿乏风瓦斯氧化发电项目作为清洁能源利用的一种方式备受关注。
煤矿乏风瓦斯指的是煤矿采煤作业过程中由于采空区内产生的瓦斯被采空区及井巷的抽风系统抽走，导致矿井内瓦斯浓度无法达到爆炸极限，即不能形成可燃性混合气体。
而这些乏风瓦斯，如果能够有效地利用起来，可以作为一种清洁能源替代传统的化石燃料，不仅可以减少温室气体的排放，还可以带来经济效益。
二、项目内容该项目旨在研究煤矿乏风瓦斯氧化发电的可行性，通过将乏风瓦斯经过预处理后，与空气中的氧气进行氧化反应，产生高温燃烧气体，再利用燃烧气体驱动发电机组发电。
具体而言，项目包括以下几个方面的内容：1.煤矿乏风瓦斯的收集与预处理：通过井下安装专门的瓦斯抽采装置，将煤矿乏风瓦斯收集到地面，并进行预处理，除去其中的杂质和液体成分，确保乏风瓦斯的纯度。
2.瓦斯氧化反应：将预处理后的乏风瓦斯与空气中的氧气进行混合，并通过燃烧反应将乏风瓦斯氧化为燃烧气体。
3.燃烧气体的发电：将燃烧产生的高温气体送入发电机组中，通过发电机组的工作，将燃烧气体的化学能转化为电能。
4.废气处理：对煤矿乏风瓦斯氧化发电过程中产生的废气进行处理，尽量减少对大气环境的污染。
三、可行性分析1.市场需求：随着环境保护要求的提高，清洁能源的需求日益增长。
煤矿乏风瓦斯氧化发电正是一种能够清洁利用煤矿乏风瓦斯的方式，具有巨大的市场潜力。
2.资源优势：我国是煤炭资源大国，煤矿乏风瓦斯的资源丰富，不仅可以解决煤矿瓦斯危害问题，还可以转化为清洁能源，提高煤炭资源利用率。
3.经济效益：煤矿乏风瓦斯氧化发电项目可以将煤矿乏风瓦斯转化为电能，不仅可以满足本地区的电力需求，还可以将多余的电力送入电网，带来可观的经济效益。
4.环境效益：煤矿乏风瓦斯氧化发电项目可以将煤矿乏风瓦斯中的温室气体二氧化碳转化为水和二氧化碳，从而减少温室气体的排放，对保护环境具有重要的意义。
乏风瓦斯蓄热氧化利用的技术经济分析
收 稿 日期 ：０ １ ０ — ０２ １ — ２ ２ ２ １ — ７ １ ；０ １ １ — ０修 订 基金项 目： 国家 科 技 重 大 专 项 （０ ８ Ｘ ５ ４ — ０ ） ２ ０ Ｚ ００ １ ０９
作者简介 ： 康建东 （ ９ ｌ ） 男 ， １８ 一 ， 山西人 ， 工程 师 ， 主要 从
资源 开发 利用 研 究 的不 断投 入 ， 井 乏 风 瓦 斯 的利 矿
用 及前 途 受 到越来 越 多 的关 注 。在 我 国煤 矿 排放 的
Ｃ 中 ， 风 瓦斯 占 ９ ％ ， 风瓦斯 排 人大 气 的 Ｃ Ｈ 乏 １ 乏 Ｈ
分两 侧 布置 ， 燃 烧 室 下 部 中央 装 有 一 套 电加 热 装 在 置 ， 于 启动 阶段 预 加 热 。整 个 蓄 热 氧化 系统 还 包 用 括换 向阀 、 感器 、 传 管路及 相 应 的控 制 系 统 。蓄 热 式
１ 乏 风 瓦 斯 氧 化 原 理 与设 备
蓄 热 氧化 的原理 是 采用 蓄 热氧 化炉 对 乏风 瓦斯 进行 氧 化 ， 所产 生 的热 量 一 部 分 用 于 维持 氧化 炉 的 自热平衡 ， 另一 部 分 热 量 被 提 取 出来 通 过 换 热 用 以
供给 热水 、 汽 ， 蒸 或其 他 方式 加 以利 用 。 目前 国 内外 关 于 乏风 瓦斯 蓄热 氧 化 的 方 式 主 要 有 ２种 ， 蓄热 即
热 氧化 的原 理如 图 １所示 。
量超 过 了 １０亿 ｍ ５ 。然 而 乏 风 瓦斯 由于 其 浓 度 低 （ （ Ｈ ） ％） 如 果进 行分 离 提 纯 ， Ｃ ≤１ ， 则耗 能要 远 超 过 获取 Ｃ 的能 量 ， 具 有 经 济 性 。且 这 种 浓 度 Ｈ 不 的 Ｃ 不 能直 接燃 烧 （ 出 Ｃ 空燃 比范 围） 长 期 Ｈ 超 Ｈ ， 以来排 空 造 成 极 大 浪 费 。 另 有研 究 表 明 ， Ｈ Ｃ 温 室 效 应约 为 Ｃ 的 ２ 倍 ， 生态 环 境破 坏性 极 强 。在 Ｏ １ 对
煤矿乏风瓦斯催化氧化高效催化剂的制备与研究
煤矿乏风瓦斯催化氧化高效催化剂的制备与研究目的探究煤矿乏风瓦斯催化氧化的工艺条件，为煤矿安全生产提供技术支撑。
方法通过查阅文献资料，并结合实验研究，以氧化铝为载体，活性炭为吸附剂，煤粉为碳源，采用固定床催化反应器中进行煤矿乏风瓦斯催化氧化工艺条件的实验研究。
结果实验在催化剂的载体表面和孔内均形成了大量孔径为20-500纳米的微孔，提高了催化剂的催化效率；反应温度从550 ℃升至1100 ℃；活化剂使用量从0.65g/m3升至0.87g/m3；吸附剂使用量从2.58g/m3升至3.05g/m3；气体与催化剂的流速控制在1.8-2.0m/min；煤矿乏风瓦斯预处理的合格风量为440m3/h。
结论煤矿乏风瓦斯催化氧化条件最佳参数为：催化剂载体表面和孔内均形成大量孔径为20-500纳米的微孔，活化剂使用量为0.87g/m3，反应温度从550 ℃升至1100 ℃，气体与催化剂的流速控制在1.8-2.0m/min。
方法1：利用氮气火焰、氯化氢火焰和催化燃烧火焰对高效催化剂进行焙烧，实验结果如下：方法2：采用回流方式对高效催化剂进行热处理，实验结果如下：结论煤矿乏风瓦斯催化氧化条件最佳参数为：催化剂载体表面和孔内均形成大量孔径为20-500纳米的微孔，活化剂使用量为0.87g/m3，反应温度从550 ℃升至1100 ℃，气体与催化剂的流速控制在1.8-2.0m/min。
方法3：分别对催化剂载体、吸附剂和活化剂进行热处理，实验结果如下：结论煤矿乏风瓦斯催化氧化条件最佳参数为：催化剂载体表面和孔内均形成大量孔径为20-500纳米的微孔，活化剂使用量为0.87g/m3，反应温度从550 ℃升至1100 ℃，气体与催化剂的流速控制在1.8-2.0m/min。
煤矿乏风瓦斯催化氧化合格风量应不小于440m3/h。
方法4：对高效催化剂载体进行固相法成型后，利用固体酸活化其孔内微孔，再利用固体碱填充微孔的方法，在450 ℃条件下处理载体表面和孔内，结果如下：结论煤矿乏风瓦斯催化氧化条件最佳参数为：催化剂载体表面和孔内均形成大量孔径为20-500纳米的微孔，活化剂使用量为0.87g/m3，反应温度从550 ℃升至1100 ℃，气体与催化剂的流速控制在1.8-2.0m/min。
矿井乏风瓦斯蓄热氧化发电关键技术研究
2020.26科学技术创新矿井乏风瓦斯蓄热氧化发电关键技术研究金刚1王康2（1、安徽坤朗新能源科技有限公司，安徽淮南2320012、淮南矿业（集团）有限责任公司，安徽淮南232001）矿井乏风是指通过矿井通风系统抽排到大气中的甲烷含量低于1%的混合气体，约占我国煤层气总资源量的70%以上[1]。
我国煤层气资源储量丰富，埋深在2000m 以内的煤层气资源储量约为36.81万亿m 3，和陆基常规天然气资源量不差上下，资源储量位居全世界第三，仅次于加拿大和俄罗斯[2]。
截至目前，我国主要有两种煤层气开采开发方式：地面抽采和井下抽采，然而不管井下还是地面抽采总抽采率不足50%[3]。
一般而言，矿井井下通风系统排出的乏风瓦斯中甲烷浓度一般低于1%，因此，乏风甲烷具有浓度低、富集难、总量大，利用难等特点，极少被回收利用，长期排放大气中不仅会加剧温室效应污染环境，还造成资源的浪费[4]。
1乏风蓄热氧化技术原理及研究进展乏风蓄热氧化技术其基本运行原理如图1所示。
首先，高温烟气预热将反应器装置内部温度升高到1000℃以上，此温度是乏风瓦斯（1.2%）的自燃点。
预热完成后，设备的阀1、阀4打开，室温下的乏风瓦斯按照实线箭头方向流入反应器内，进气经上段蓄热陶瓷的预热，温度升高到将990℃以上，开始发生热氧化反应并释放大量的化学反应热。
其中一部分热量用来加热反应器下段的蓄热陶瓷，同时通过换热器提取剩余热量，经过热交换之后的低温烟气经阀4从右端出口排出，这是前半个周期的操作过程。
后半周期开始时，打开阔2、阔3，将阀1、阀4关闭，切换流向，进口的乏风瓦斯按虚线箭头方向流入，这时下段的蓄热陶瓷内集聚的大量热能可以将进口气体温度加热至1000℃以上，再次发生氧化反应，释放反应热，高温烟气将反应放出的热量蓄积在上段蓄热陶瓷后，再通过阔3流出反应器，此时，一个换向整周期结束。
不断进行流向切换可维持蓄热氧化设备的自运行，而化学反应释放的热量能够抽取出的高品位蒸汽可用来发电或者供热。
煤矿通风瓦斯(乏风)氧化技术应用实践
热，进排气交换逆循环，实现通风瓦斯周期性 自热氧化
反 应 。如 图１ 为通 风瓦斯 氧化 原理示意 图 ：
使用。每台炉使用 电阻丝共计２ ７ 根，每根电阻丝造价约 ３ ０ ０ ０ 元 左右 ，启动一 次锅炉 电阻丝就 要８ 万元 ，人工 费及
图１ 通 风 瓦斯 氧化 原理 示意 图
其他 费用预 计为３ 万元 ，共 １ １ 万 元 ，每年 按计划 停炉检修 两 次 电阻丝 ，仅 此项 费用单 台氧化 装置就 需要２ ２ 万元 。
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煤矿通风瓦斯 （ 乏风）氧化技术应用实践
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（ １ ． 陕西新泰 能源有 限公 司，陕西 成 阳 ７ １ ３ ５ ０ ０ ； ２ ． 陕 西 工 业技 术 研 究 院 ， 陕 西 西 安 ７ １ ０ ０ ５ ４ １
２ ０ １ ６ 年第２ ９ 期 （ 总 第３ ８ ０ 期）
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１ 概 述
大 佛 寺 煤 矿 风井 广 场 目前有 两 套 主扇 乏风 抽 排 系 统 ，总 乏 风量 约 为 ９ ６ ０ ０ ０ ０ ｍ ／ ｈ ，其 中 ｌ ＃ 风 井 通 风 量 为 ６ ０ ０ ０ ０ ０ ｍ ／ ｈ 、２ ＃ 风井 通风 量为 ３ ６ ０ ０ ０ ０ ｍ 。 ／ ｈ ；通风 乏风 瓦 斯 浓度 ０ ． １ ５ ％ ，折合 纯 瓦斯 量为 １ ４ ４ ０ ｍ ／ ｈ 。众 所周 知 ， 大 量 的通风 瓦斯 如 果长期 直接 排放 到大 气 中，对 空气 质 量 会造 成严 重 的污 染 ，因此运 行氧 化装 置销 毁通 风瓦 斯 是 必要 的，对 于 国家提 出的节能减排 意义重 大 。
科技成果——超低浓度煤矿乏风瓦斯氧化利用技术
科技成果——超低浓度煤矿乏风瓦斯氧化利用技术适用范围煤炭行业乏风、超低浓度瓦斯以及垃圾填埋场等排出的低浓度甲烷或其它挥发性有机化合物行业现状煤矿通风瓦斯俗称“乏风”，所含甲烷浓度在0.75%以下。
据统计，我国煤矿每年排放的甲烷中，矿井乏风占80%左右，约为150亿m3，其产生的温室气体效应约为2亿tCO2当量。
乏风回收利用的技术问题一直没有得到很好的解决，大量乏风直接排放不仅浪费了能源，而且对环境也会产生不容忽视的影响。
目前该技术可实现节能量3万tce/a，减排约8万tCO2/a。
成果简介1、技术原理该技术采用逆流氧化反应技术（不添加催化剂）对煤矿乏风中的甲烷进行氧化反应处理，也可将低浓度抽排瓦斯兑入乏风中一并氧化处理，提高乏风的利用效率。
氧化装置主要由固定式逆流氧化床和控制系统两部分构成。
通过排气蓄热、进气预热、进排气交换逆循环，实现通风瓦斯周期性自热氧化反应。
同时，通过采用适合在周期性双向逆流冷、热交变状态下稳定可靠提取氧化床内氧化热量的蒸汽锅炉系统，产生饱和蒸汽用于制热或产生过热蒸汽发电。
2、关键技术（1）蜂窝陶瓷组合式大尺度立式氧化床技术；（2）乏风流量分配技术；（3）加热启动技术；（4）大通径整体式角行程乏风气体换向技术；（5）瓦斯氧化热量提取技术；（6）乏风瓦斯浓度调节技术；（7）氧化床温度场准稳态控制技术。
主要技术指标1、持续功率：800kW；2、稳定运行的最低瓦斯浓度≤0.3%；3、甲烷氧化率≥97%；4、进出口气体温差≤40℃；5、进出口气体阻力损失≤4000Pa；6、换向阀切换耗时≤3秒；连续工作3个月；故障低于2次。
技术水平该技术在研发过程中共获得发明专利6项，实用新型专利13项。
2010年11月27日，“40000m3/h立式煤矿乏风瓦斯氧化装置”项目通过了由中国煤炭工业协会组织的技术鉴定会。
2012年，“煤矿乏风瓦斯氧化利用关键技术与设备开发”通过了国家“863计划”课题验收。
煤矿乏风瓦斯分离与氧化利用关键技术与设备开发项目
煤矿乏风瓦斯分离与氧化利用关键技术与设备开发项目背景煤矿乏风瓦斯分离以及氧化利用是煤矿安全和清洁能源发展的重要组成部分。
当前我国煤炭工业存在着大量的瓦斯排放和低效利用的问题，严重阻碍了煤炭行业的可持续发展。
因此，煤矿乏风瓦斯分离与氧化利用关键技术与设备开发项目的开展尤为重要。
目标该项目旨在研究和开发一套可行的技术和设备，实现高效、安全地分离乏风瓦斯和氧化利用的目的。
具体包括以下几个方面：1.乏风瓦斯的分离技术研究：研究和开发一种可靠的、高效的乏风瓦斯分离技术，以实现乏风瓦斯的高效、安全、稳定地收集和利用；2.乏风瓦斯的氧化利用技术研究：研究和开发一种可行的、高效的乏风瓦斯氧化利用技术，以实现对乏风瓦斯的资源化利用，并尽可能减少对环境的污染；3.相关设备的研制：研制适用于乏风瓦斯分离和氧化利用的相关设备，如瓦斯收集装置、氧化反应器等；4.技术集成与应用：将乏风瓦斯分离、氧化利用技术和设备进行集成，并在煤矿实际生产中进行应用，以验证技术方案的可行性和有效性。
实施方案1.研究与开发项目组将组织专家力量，采取实验室研究和现场试验相结合的方式，针对乏风瓦斯分离和氧化利用的关键技术，开展系统性的研究和开发。
具体包括：•设计和优化乏风瓦斯分离装置和氧化反应器；•研究分离、氧化反应等过程中的工艺参数，优化工艺流程；•开展材料筛选和功能设计，提高材料的性能和适应性；•研究与开发相关设备的智能化控制系统等。
2.设计与制造根据项目要求，设计、制造和系统集成相关设备。
提高设备的质量和效率，确保系统的安全可靠运行。
3.现场实施将煤矿乏风瓦斯分离与氧化利用关键技术与设备应用到实际生产中，实施调试、优化和改进。
同时，监测和评估项目实施效果，为后续推广和应用提供数据支持。
项目效益如果成功实施该项目，将带来以下显著的经济和环境效益：1.资源化利用：通过乏风瓦斯分离和氧化利用技术，将乏风瓦斯转化为燃气资源，可节约非可再生能源的消耗，降低能源成本，促进清洁能源发展，提高资源的综合利用效率。
小型煤矿超低浓度瓦斯蓄热氧化供热技术研究
小型煤矿超低浓度瓦斯蓄热氧化供热技术研究摘要：为了推进城市化进程发展以及能源的节约，煤矿企业作为能源消耗和生产单位，需要逐步提升低碳生产以及能源节约的重视，本文结合我国相关政策，论述了小型煤矿超低浓度瓦斯蓄热氧化供热技术的研究工作，力求不断推进煤矿生产效益的提升。
关键词：煤矿；超低浓度瓦斯；畜热氧化；供热引言近年来，我国大气污染形势严峻，区域性大气环境问题日益突出，损害人民群众身体健康，影响社会和谐稳定。
随着我国工业化、城镇化的深入推进，能源资源消耗持续增加，大气污染防治压力继续加大。
为切实改善空气质量，国务院印发了《大气污染防治行动计划》（国发[2013]37号）。
该计划中明确提到，加快推进集中供热、“煤改气”“煤改电”工程建设，到2017年，除必要保留的以外，地级及以上城市建成区基本淘汰每小时10蒸吨（10t/h）及以下的燃煤锅炉，禁止新建每小时20蒸吨（20t/h）以下的燃煤锅炉；其他地区原则上不再新建每小时10蒸吨（10t/h）以下的燃煤锅炉。
全国用于采暖期煤矿井筒加热的燃煤热风炉数量庞大，而我国煤矿大量的抽采瓦斯因浓度极低、不便利用直接排放[3]。
2018年排放的抽采瓦斯量达到77亿m3，其热值相当于943万t标煤的发热量，产生的温室效应相当于1.05亿t二氧化碳，造成较大的能源浪费和环保压力。
在此背景下，结合煤与瓦斯共采共用技术，利用低浓度瓦斯蓄热氧化技术替代燃煤热风炉进行井筒加热，并为办公楼供暖，不仅能够有效解决当前燃煤热风炉的大气污染物超标问题，减少大气污染物排放，避免废水和固废物的排放，具有良好的节能环保效益；同时充分利用了排空的低浓度瓦斯，节省了燃煤消耗，还可获得抽采瓦斯利用补贴，为矿方带来经济效益。
1、低浓度瓦斯蓄热氧化技术我国每年有大量的井下抽采瓦斯直接排空，仅2016年直接排空的抽采瓦斯就有近80亿立方米，特别是低浓度瓦斯由于利用途径有限，成为排空大户。
因此利用排空的低浓度瓦斯为原料，通过技术转化为井筒加热，并满足站场建筑物的供暖需求，既解决了燃煤锅炉排放不达标的问题，又减轻了由于瓦斯排放造成的温室效应。
煤矿乏风瓦斯逆流氧化反应技术研究与进展
目前利 用 煤矿 乏 风 瓦斯 的 方式 主要 有 作 为辅 助 燃料 和 主燃 料 使用 两类 。作 为辅 助燃 料 即 取代 空气 用 于 内燃 机和 燃 气轮 机 的进气 或锅 炉 的进 风 ，节约 部分 主燃 料 ，这种 利用 技 术可行 ， 且利 用方 式也 比较 简单 ，但是 利用 量 非常 有 限 。作为 主燃 料 ，大 致可 分为 逆流 氧化 和稀 燃燃 气 轮机燃 烧 技术 两类 。 稀燃 燃气 轮机 包括 间壁 回流式 燃气 轮机 、 稀燃 催化 燃 气轮机 和 催化燃 烧 微 燃气轮 机 。 而现 阶段 以煤 矿乏 风 瓦斯作 为 主要燃 料 的利 用方 式 中 ， 最有 效 的是采 用逆 流氧 化 技
左 向右流 过 反应 装 置 ，完 成一 个 循环 ；当只 有 阀 门 ２ 、３打 开 时，气 体 反 向流 过 ，完成 另 一
个循环。
图 １ 逆 流 反 应 装 置
Ｆｉ ． Ｓ ｈ ｍａ ｉ ｆ ｈ ｅ ｅ ｓ ｏ ｒ ａ ｔ ｒ ｇ１ ｃ ｅ ｔ ｏ ｅｒ ｖ ｒ ｅｆ ｗ ｅ ｃｏ ｃ ｔ ｌ
作者简介：韩金辉 （９ ４ ） １ ８一 ，男 （ ，硕士研 究生 ，ｓｒｈｈ ６ ． ｍ 汉） ｄｚｊ ＠１ ３ｔ ｏ
基 金项 目：国家高技术研 究发展计划 （６ ） ８３ 重点项 目（０ ９ ０３ ０ ） ２０ ＡＡ ６ ２２ ；山东省 自然科学基金项 目（Ｒ ０ ９ Ｑ ２ ） Ｚ ２ ０ Ｆ ０ ３
能 源 研 究 与 信 息 第２ ７卷 第 ２期
Ｅ ｅｇ ｓａｃ ｎ ｆｒ ｔ ｎ ｎ ｒ ｙ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｄ Ｉ ｏ ｍａ ｉ ｎ ｏ Ｖ １ ２ Ｎｏ ２ ２ ｏ．７ ． ０１ １
煤矿瓦斯(乏风)氧化利用方式及效益分析
内燃 机与动力 装置
Ｉ ． Ｃ ． Ｅ＆Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｐ ｌ ａ ｎ ｔ
Ｖ ｏ ｌ ＿ ３ １ Ｎ ｏ ． ６
Ｄｅ ｃ． ２ ０１ ４
【 综合评述 式及 效益 分 析
张 涛 ， 马晓钟 ， 马 晓东 ， 金旭 明 ， 徐 景才 ， 段
Ｋｅ ｙ Ｗ ｏｒ ｄｓ： Ｃｏ ａ ｌ Ｍｉ ｎ ｅ Ｇａ ｓ ； Ｏｘ ｉ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅｑ ｕｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ； Ａｐ ｐｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ；Ｂｅ ｎ ｅ ｉ ｆ ｔ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ；
Ｈａ ｚ ｅ Ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍｅ ｎ ｔ
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２ ０ １ ５年 ， 煤 矿 瓦斯 抽 采 １ ４ ０亿 立 方 米 ， 利用 率 ６ ０ ％ 以上 。但是 ， 就 目前 实 际 情 况 来 说 ， 实现“ 十二 五 ” 规 划 目标任 务 非 常艰 巨。从 国家 煤 炭 信 息 院得 知 ，
煤矿乏风蓄热氧化发电技术及应用研究
煤矿乏风是指 为 了 保 证 井 工 煤 矿 安 全 生 产，在 开采煤炭之前通过矿井通风的方式将矿井瓦斯浓度
降 低 并 排 到 大 气 中 的 混 合 气 体 ，一 般 情 况 下 ，排 到 大 气中的甲烷含量为１％左右［１２］。２０１８年，我 国 煤 炭 总产量 为 ３５ 亿ｔ，经 估 算，共 向 大 气 中 排 放 瓦 斯 约 ２７０亿 ｍ３，约１６００ 万 ｔ（瓦 斯 密 度 按 ０．７１８ｋｇ／ｍ３ 计算），相当于排放二氧 化 碳 当 量 ３．７ 亿 ｔ。 由 于 煤 矿乏风中有效 成 分 甲 烷 浓 度 很 低、富 集 较 难［３４］，经
犔犐犔狌狆犻狀犵
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犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｒｍａｌｒｅｖｅｒｓａｌｏｘｉｄａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ａｉｒｍｅｔｈａｎｅ（ＶＡＭ）ｔｈｅｒｍａｌｓｔｏｒａｇｅｏｘｉｄａｔｉｏｎａｎｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆ ｇａｓｏｘｉｄａｔｉｏｎｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｌｏｓｉｏｎ，ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｒｅｖｅｒｓａｌｏｘｉｄａｔｉｏｎｒｅａｃｔｏｒｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｔｕｄｙ ｔｈｅＶＡＭｔｈｅｒｍａｌｓｔｏｒａｇｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄｔｈｅｆｉｅｌｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｗａｓ ａｌｓｏａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ，ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｓｔｏｒａｇｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｏｆｌｏｗｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｍｅｔｈａｎｅ，ｔｈｅｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｐｒｏｄｕｃｅｄｐｅｒｉｏｄｉｃｅｎｄｏｔｈｅｒｍｉｃａｎｄｅｘｏｔｈｅｒｍｉｃｒｅａｃｔｉｏｎｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅ ｐｅｒｉｏｄｉｃａｎｄｓｔａｂｌｅｃｙｃｌｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｐａｒａｌｌｅｌｅｘｔｒａｃｔｉｏｎａｎｄｐｒｅｃｉｓｅａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｏｆ ｈｏｔａｉｒｖｏｌｕｍｅ，ｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｍｅｔｈａｎｅ，ｔｏ ｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅ ｃｏｒｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅＶＡＭｔｈｅｒｍａｌｓｔｏｒａｇｅｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ．
煤矿乏风氧化供热技术的探讨
·276·
机械管理开发 jxglkfbjb@
第 34 卷
安全性，降低安全事故发生的概率。 3 煤矿乏风氧化供热技术在煤矿中的具体应用
根据《煤矿安全规程》的规定，若采煤工作面或 者掘进工作面的空气温度超过了 26 ℃，在机电硐室 等位置的温度超过了 30 ℃，应当减少工作人员的工 作时间，并采取针对性的降温措施进行降温。在新建 矿井或者扩建矿井时，对矿井风的温度必须进行计 算，超出温度的地点必须设置有降温设备。现阶段， 多数煤矿在降温方面选择的是通过加大通风风量的 方式来将高温带走，除了采取传统的加大通风量的 方式来降温之外，还可以选择煤矿乏风氧化供热的 技术来降温，例如，在中平能化四矿，1 台 60 000 m3/h 乏风氧化装置，制取蒸汽作井下降温用热源。
和乏风进行全面混和，通常情况下，混和之后的瓦斯
浓度能够达到 1%左右，将这些瓦斯送入到高温氧化
装置中，瓦斯在氧化床上实现氧化反应。随着氧化反
应的进行，氧化反应产生的氧化热量不断增加，选择
使用余热发电的方式将锅炉把高温热风引入炉腔，
跟水管里的水与高温热风进行热交换，产出高温高
压水蒸汽。整个过程如图 2 所示。
图 1 煤矿乏风氧化供热的技术基本装置
2 煤矿乏风氧化供热的技术原理 矿乏风氧化供热的技术在煤矿乏风处理中的
应用关键是采用周期性热逆流蓄热氧化技术，具体 的工作流程为：选择使用燃烧器进行加热启动，燃烧 器在燃烧的过程中，在燃烧室内会有大量的热产生， 热量通过周期换向方式，热量扩散到储能室，在储能 室内形成氧化高温环境，在氧化床内的条件达到了
950 ℃热风
掺
混 泵 站 瓦
余热 锅炉
过热高压 水蒸气
斯
60 ℃气体
常村煤矿乏风氧化利用方案的技术研究
2020年第1期（总第172期）ENERGY AND ENERGY CONSERVATION2020年1月技术研究常村煤矿乏风氧化利用方案的技术研究李浩(山西潞安金源煤层气开发有限责任公司，山西襄垣046204)摘要：将常村煤矿中央回风井中无法利用的煤矿乏风中所含极低浓度的瓦斯在人为环境下强制氧化，并对氧化产生的氧化热进行合理利用，通过余热锅炉产出高温高压的蒸汽与常规发电技术的对接，使瓦斯得到彻底的综合利用，实现煤矿循环经济的新飞跃，为同类型矿井的瓦斯利用提供借鉴与示范。
关键词：常村煤矿；乏风氧化；瓦斯治理；节能减排中图分类号：TD712+.67文献标识码：A文章编号：2095-0802-(2020)01-0110-02Technical Research on the Scheme of Exhausted Air Oxidation Utilization in ChangcunCoal MineLI Hao(Lu'an Jinyuan Coalbed Methane Development Co.,Ltd.of Shanxi,Xiangyuan046204,Shanxi,China) Abstract:The extremely low concentration gas contained in the exhausted air in the central return air shaft of Changcun Coal Mine was forced to oxidize under the artificial environment,and the oxidation heat produced by the oxidation was reasonably utilized.Through the connection of high-temperature and high-pressure steam produced by HRSG and conventional power generation technology,the gas could be fully utilized,and the new leap of coal mine circular economy could be realized,which provides reference and demonstration for the gas utilization of the same type of coal mine.Key words:Changcun Coal Mine;exhausted air oxidation;gas control;energy conservation and emission reduction瓦斯是影响中国煤矿安全生产的主要因素，一般煤矿会采取有效的通风措施对井下瓦斯进行排放，从而形成大量的乏风瓦斯。
煤矿通风瓦斯甲烷热氧化装置实验研究
煤矿通风瓦斯甲烷热氧化装置实验研究摘要：为保证生产安全，在煤矿开采前需通入大量空气以稀释矿井空气，使其甲烷浓度降低然后再排入大气。
这种被抽排到大气中的甲烷含量低于1%的混合气体被称为煤矿通风瓦斯或者煤矿乏风(VentilationAirMethane，VAM)。
由于煤矿乏风具有甲烷浓度低(＜0.1%)、富集难、气量大等特点，传统的处理方式是直接排空，造成了严重的污染和温室效应。
针对此现状，设计了最大处理量为1000m3/h的煤矿通风瓦斯热氧化实验装置，该实验装置包括配气系统、装置本体、换向系统、启动系统和测控系统。
关键词：煤矿通风；瓦斯甲烷；热氧化装置；实验研究1、实验装置实验系统如图1所示，实验系统分为配气系统、装置本体、换向系统、启动系统和测控系统。
图1配气系统根据实验要求混合成不同甲烷浓度、不同流量的模拟通风瓦斯，以满足实验要求。
装置本体内根据温度区间不同布置刚玉莫来石蓄热体与堇青莫来石蓄热体，用于预热通风瓦斯使其氧化并储存甲烷氧化放出的热量，装置本体四周为耐火水泥和保温层。
换向系统由两个三通阀及其驱动气源组成，可人为控制其切换或设定其切换时间，以满足实验要求。
启动系统包括自行设计的旋流扩散燃烧器及其燃料气源，用于蓄热体的预热以实现装置的启动。
测控系统包括温度、压力、甲烷浓度的测量、电磁阀、电动调节阀的控制及换向系统的控制。
装置内设有69个温度测点用于监测蓄热室及进出口处温度，设有9个压力测点用于监测装置内及各气源的压力，装置本体进出口设有两个甲烷浓度测点用于监测进出口的甲烷浓度，同时实验中采用气相色谱仪对进出口甲烷浓度进行精确测量。
2、实验操作过程2.1加热启动过程根据本装置运行原理，在摧毁煤矿通风瓦斯之前，需要先对蓄热室进行预热，使蓄热体达到低浓度甲烷能够自燃的温度。
在达到预定的温度场之后，启动装置停止工作，通入模拟通风瓦斯发生氧化放热，其热量可以使装置自维持运行，不用外来热源继续提供热量。
煤矿乏风瓦斯逆流氧化反应技术研究与进展
能源研究与信息第27卷 第2期 Energy Research and Information V ol. 27 No. 2 2011收稿日期：2010-12-27作者简介：韩金辉(1984-)，男(汉)，硕士研究生，sdrzhjh@基金项目：国家高技术研究发展计划(863)重点项目(2009AA063202)；山东省自然科学基金项目(ZR2009FQ023) 文章编号: 1008-8857(2011)02-0069-07煤矿乏风瓦斯逆流氧化反应技术研究与进展韩金辉, 刘永启, 尤彦彦, 高振强(山东理工大学 交通与车辆工程学院, 山东 淄博 255049)摘 要: 我国每年通过煤矿乏风排放瓦斯超过200亿Nm 3，既浪费了大量的能源，又严重污染了大气环境。
采用逆流氧化技术可以将乏风瓦斯氧化成二氧化碳和水，并可以回收其中的能量，这对于我国有效利用现有资源，减少温室气体排放，提升我国应对环境变化及履约能力具有重大意义。
对国内外煤矿乏风瓦斯逆流氧化技术的研究与进展进行了综述，并指出了该技术的研究方向及发展前景。
关键词: 煤矿乏风瓦斯; 逆流反应技术; 氧化床; 氧化剂中图分类号: TD723 文献标识码: A目前，全世界每年因煤矿开采而排放的CH 4高达2 500万t ，其中70%(中国90%)来自煤矿乏风。
由于CH 4具有很强的温室效应，以100年计其温室效应约是CO 2的21倍，如此巨量的排放无疑将对环境造成严重的破坏。
另外CH 4作为一种有限的不可再生资源，直接排放到大气中，造成了对能源的巨大浪费。
因此，合理回收利用煤矿乏风中的CH 4将具有环保与节能的双重意义[1-4]。
1 乏风瓦斯的利用方式煤矿乏风具有乏风量巨大[一个典型煤矿主排风口的乏风量为(0.6~1.0)×106 m 3⋅h -1]、瓦斯浓度非常低(一般在0.1%~0.75%范围内)、浓度波动范围大的特点。
这些特点决定了乏风瓦斯难以利用传统燃烧器直接进行燃烧。
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第 １ 期
矿 业安 全 与 环 保
ＭＩ Ｎ Ｉ ＮＧ Ｓ Ａ Ｆ Ｅ ＴＹ ＆ ＥＮ ＶＩ ＲＯＮＭＥ ＮＴ ＡＬ Ｐ ＲＯ Ｔ ＥＣ Ｔ Ｉ ＯＮ
Ｖｏ １ ． ４０ Ｎｏ ．１ Ｆｅ ｂ ． ２０１ ３
２ ０ １３年 ２月
康建东 ， 兰波 ， 严政， 等． 乏风瓦斯蓄 热氧 化试 验研 究［ Ｊ ］ ． 矿 业安全与环保 ， ２ ０ １ ３ ， ４ ０ （ １ ） ： １ — ３
ｗａ ｓ ｉ ｎ ｄ ｅ ｐ ｅ ｎ ｄ ｅ ｎ ｔ ｌ ｙ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｈ ｅ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｓ ｔ ａ ｒ ｔ ，ｏ ｘ ｉ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ｓ ｅ ｌ ｆ — ｈ ｅ ａ ｔ ｂ ａ ｌ ａ ｎ ｃ ｅ ｗａ ｓ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｄ
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摘要： 自主研 制 出处 理量 为 １ ０ ０ ０ Ｉ Ｔ Ｉ ／ 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 ． １ ４ ８ ％ 时， 氧化率仍
维 持在 ９ ６ ％ 以上 ； 当乏风 瓦斯处 理量 为 １ ０ ０ ０ ｉ ｎ ／ ｈ 、 甲烷体 积分 数 大于 等 于 ０ ． ３ ０ ％ 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 。
关键 词 ： 乏风 瓦斯 ； 蓄热氧 化装 置 ； 氧 化率
中图分 类号 ： Ｔ Ｄ ７ １ ２ ． ６ ７ 文 献标 志码 ： Ａ 网络 出版 时 间 ： ２ ０ １ ３ 一 Ｏ １ — ０ ９ １ ５ ： ５ ８ 网络 出版 地 址 ： ｈ ｔ ｔ ｐ ： ／ ／ ｗ ｗ ｗ ． ｅ ｎ ｋ ｉ ． ｎ ｅ ｔ ／ ｋ ｃ ｍ ｓ ／ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ／ ５ ０ ． １ ０ ６ ２ ． Ｔ Ｄ ． ２ ０ １ ３ ０ １ ０ ９ ． １ ５ ５ ８ ． ０ ０ ２ ． ｈ ｔ ｍ ｌ
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文章编号 ： １ ０ ０ ８ — ４ ４ ９ ５ （ ２ ０ １ ３ ） Ｏ １ — ０ ０ ０ １ — ０ ３
乏风 瓦 斯 蓄 热氧 化 试 验 研 究
康建 东 ， 兰 波 ， 严 政 ， 高鹏飞１ ， ２ ， 许 慧娟 ， 龙伍见
（ １ ． 瓦斯 灾害监控 与应急技术 国家重点实验 室 ， 重庆 ４ ０ ０ ０ ３ ７ ； ２ ． 中煤科 工集团重庆研 究院 ， 重庆 ４ ０ ０ ０ ３ ７ ）
２ ．Ｃ ｈ ｏ ｎ ｇ ｑ ｉ ｎ ｇ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｆＣ ｏ ｈ ｉ ｎ ａ Ｃ ｏ ａ ｌ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｇ ｉ ￣ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ ，Ｃ ｈ ｏ ｎ ｇ ｑ ｉ ｎ ｇ ４ ０ ０ ０ ３ ７ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
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Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａ ｌ ｆ ｏ ｗ－ ｒ ｅ ｖ ｅ ｒ ｓ ｅ ｒ ｅ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｏ ｘ ｉ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｈ ａ ｎ ｄ ｌ ｉ ｎ ｇ ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ １ ０ ０ ０ ｍ ／ ｈ ｆ ｏ ｒ ｖ ｅ ｎ ｔ ｉ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｉ ｒ ｍｅ ｔ ｈ ａ ｎ ｅ