Research and application of key technology for thermal storage oxidation utilization of low concentration coalbed methane
-
摘要:
为了解决传统低浓度煤层气蓄热氧化利用技术能耗高、经济性差的难题，促进低浓度煤层气蓄热氧化利用技术推广应用，推动提升煤矿区低浓度煤层气的利用率，为煤矿区“零排放”提供有力技术支撑，通过模拟和试验的方法研究了低浓度煤层气蓄热氧化利用能耗高的原因、阻力的影响因素、稳定运行与热能利用的关系、完善系统安全监控的意义，形成了低浓度煤层气蓄热氧化降耗技术、热能调控技术、综合安全控制技术，并在低浓度煤层气蓄热氧化利用项目中进行了实践应用。结果表明：蓄热氧化装置阻力主要来自装置内的蓄热体，降低蓄热体高度可以减少装置运行阻力，提高蓄热氧化装置进气甲烷浓度可以降低蓄热体高度并减小系统规模，采用凹形结构蓄热体可以提升换热效率；以镍基合金钢为主材的高温阀门可以稳定控制蓄热氧化装置输出的高温烟气流量，多种热能利用方式协同作用时，调节高温烟气流量精准匹配可以稳定蓄热氧化装置炉温，提高热能利用效率；应用完善的综合安全控制系统、远程监控系统和辅助决策故障专家诊断系统，可提高蓄热氧化系统运行的可靠性。试点煤矿每个供暖季利用低浓度煤层气691.2万Nm3，相当于减排二氧化碳当量9.6万t，低浓度煤层气利用率由原来的0提升至26%，具有显著的环保效益。
Abstract:In order to solve the problems of high energy consumption and poor economy of traditional low concentration coalbed methane heat storage and oxidation utilization technology, promote the popularization and application of low concentration coalbed methane heat storage and oxidation utilization technology, promote the utilization rate of low concentration coalbed methane in coal mining area, and provide strong technical support for “zero emission” in coal mining area. By means of simulation and test, this paper studies the reasons for high energy consumption, influencing factors of resistance, the relationship between stable operation and heat energy utilization, and the significance of improving system safety monitoring, and forms low concentration coalbed methane heat storage and oxidation consumption reduction technology, heat energy regulation technology and comprehensive safety control technology. It has been applied in the project of low concentration coalbed methane heat storage, oxidation and utilization. The results show that the resistance of the thermal storage oxidation device mainly comes from the thermal storage body in the device. Reducing the height of the thermal storage body can reduce the operation resistance of the device, increasing the methane concentration in the air inlet of the thermal storage oxidation device can reduce the height of the thermal storage body and reduce the scale of the system, and adopting the concave structure thermal storage body can improve the heat exchange efficiency; The high-temperature valve with nickel base alloy steel as the main material can stably control the high-temperature flue gas flow output by the heat storage oxidation device. When various heat energy utilization methods work together, adjusting the high-temperature flue gas flow and accurate matching can stabilize the furnace temperature of the heat storage oxidation device and improve the heat energy utilization efficiency; The application of perfect comprehensive safety control system, remote monitoring system and auxiliary decision-making fault expert diagnosis system can improve the operation reliability of thermal storage oxidation system.The pilot coal mines utilize 6.912 million Nm3 of low concentration coalbed methane in each heating season, which is equivalent to reducing
96000 tons of carbon dioxide equivalent. The utilization rate of low concentration coalbed methane is increased from 0 to 26%, which has significant environmental benefits. -
0. 引 言
煤层气（俗称“瓦斯”）是煤炭的伴生气，是一种主要由甲烷和空气混合而成的的非常规天然气资源[1]，其中所含的甲烷既是一种强温室效应气体，也是一种热值很高的清洁能源气体 [2]。我国煤炭资源丰富，煤炭开采过程中，煤层气抽采和乏风排放是煤矿区煤层气采出的主要方式[3]。有数据显示，2020年我国煤矿瓦斯抽采量达到了128亿m3（折合甲烷纯量，以下类同），但利用率仅为44.83%，其中，甲烷体积分数小于10%的低浓度瓦斯近43亿m3几乎全部排空，加之煤矿乏风排放的近200亿m3，煤矿区有近243亿m3的低浓度煤层气由于缺乏有效的利用方式而被排入大气中，造成严重的资源浪费和环境污染[4-10]。
造成低浓度煤层气利用方式缺乏的主因是由于低浓度煤层气中甲烷含量低，常规条件下甲烷氧化的链式反应难以持续，需在高温条件下维持甲烷的持续氧化放能，工程应用中为低浓度煤层气提供额外高温环境代价极大。在“十一五”、“十二五”国家科技重大专项的支撑下，研究人员攻克了低浓度煤层气工业化热逆流氧化装置设计、操作及物性等参数对装置运行的影响规律、乏风瓦斯收集及安全输送等关键技术后，成功研发出可工业化应用的低浓度煤层气蓄热氧化利用技术，为低浓度煤层气利用提供了切实可行的技术途径[11-16]。在国家“双碳”目标的大背景下，结合煤矿的实际用能需求，采用低浓度煤层气蓄热氧化利用技术，将低浓度煤层气转化成高温烟气，提取其中的热能[17]，变废为宝，既能实现矿区供热，又可减少低浓度煤层气的排放。
然而，在低浓度煤层气蓄热氧化利用技术工程示范应用的过程中发现，系统存在能耗较高、运行稳定性较差、配套安全控制技术不完善等问题，导致项目的经济性较差，严重限制了低浓度煤层气蓄热氧化利用技术的推广应用。笔者依托“十三五”国家科技重大专项，针对煤矿低浓度煤层气蓄热氧化利用技术能耗高、稳定性差等问题，从蓄热氧化装置结构及蓄热体布置、热能调控、系统综合安全控制等入手，采用调研、理论分析、试验研究等方法研究得出了高效的低浓度煤层气蓄热氧化利用技术，为我国煤矿区“双碳”目标的实现提供切实技术支撑。
1. 蓄热氧化利用工艺流程
典型的低浓度煤层气蓄热氧化利用工艺主要由低浓度煤层气安全输送系统、掺混系统、蓄热氧化系统、热能利用系统组成，其工艺流程如图1所示。
![]()
图 1 低浓度煤层气蓄热氧化利用工艺流程Figure 1. Heating process flow chart of low concentration coal bed methane thermal storage oxidation shaft低浓度煤层气从泵站抽出经由低浓度煤层气安全输送系统进入掺混系统，在此与乏风瓦斯或空气、烟气混合后，甲烷体积分数降低至1.2%及以下，在蓄热氧化装置原料气风机的作用下，输送至蓄热氧化装置内，甲烷在蓄热氧化装置内氧化产生高温烟气，当系统进入稳定运行状态后，从蓄热氧化装置高温区域抽出部分高温烟气，输送至后端如新风加热器或热水换热器内作为热源，进行热能利用[18-21]。
2. 蓄热氧化利用关键技术研究与讨论
以往的低浓度煤层气蓄热氧化利用系统能耗高主要表现在蓄热氧化装置内阻力较大、要求进气甲烷浓度低导致系统规模大等方面；系统运行稳定性差主要表现为系统取热未能有效调控引起蓄热氧化装置炉温波动大进而导致系统调节频繁；系统配套安全控制技术不完善主要表现在智能化监测监控手段少，致使操作人员工作量较大。基于以上问题的原因分析，针对性地开展了蓄热氧化降耗技术、热能调控技术及综合安全控制技术研究。
2.1 蓄热氧化降耗技术
蓄热氧化装置的阻力主要产生于蓄热体。蓄热体是整个蓄热氧化装置的核心材料，一般采用陶瓷矩鞍环和蜂窝陶瓷的组合填料。通过建立蜂窝陶瓷通道内瓦斯热逆流氧化过程的三维数学模型，并基于模型进行数值模拟分析得到蜂窝陶瓷内的阻力损失计算关联式[22]为：
$$ \Delta P = \frac{{32\mu \nu L}}{{{d^2}}}{\left( {\frac{{\overline T }}{{{T_0}}}} \right)^{2.5}}\left( {\frac{{{T_0} + 111}}{{\overline T + 111}}} \right) $$ (1) 式中，μ为气体黏度，kg/（m·s）；v为进气流速，m/s；L为蓄热体通道长度，m；$\overline T $为蓄热体平均温度，K；T0为气体进口温度，K；d为特征长度，m。
从式（1）可以看出，在入口温度、速度、气体组分和特征长度一定时，陶瓷通道内的阻力损失与通道长度成线性关系，近似与气体温度成2.5次方关系。在蓄热装置内，蓄热体通道长度等效于蓄热体高度，因此，降低蓄热氧化装置内蓄热体高度可以有效减少装置运行阻力。
在蓄热体结构设计过程中，蓄热体高度按式（2）计算[22]：
$$ H = \frac{{1\;000{\rho _{\text{g}}}t\nu \sigma \left[ {{c_1}\left( {{T_{\text{c}}} - 225Y} \right) - {c_0}{T_0}} \right]}}{{\Delta TK\eta \alpha }} $$ (2) 式中，ρg为标态原料气密度，kg/m3；t为进气换向半周期时长，h；σ为蓄热体孔隙率；c1为蓄热体出口原料气比热容，kJ/（kg·K）；Tc为氧化室温度，K；Y为原料气进气甲烷浓度；c0为蓄热体进口原料气比热容，kJ/（kg·K）；K为蓄热体综合传热系数，J/（m2·K）；ΔT为对数平均温差；η为蓄热体热损失系数，一般取0.95；α为蓄热体比表面积，m2/m3。
从式（2）可以看出，蓄热体高度在原料气流速、换向半周期时长、进气温度及蓄热体本身物性参数一定的情况下，与原料气的进气浓度有关，当进气浓度提高，所需蓄热体高度减小。同时，在甲烷氧化率不变的情况下，原料气进气浓度提高，获取一定热量所需处理的原料气量减小，系统规模及投资也相应减小。但随着原料气进气浓度的提高，低浓度煤层气在蓄热氧化系统内存在爆炸风险，因此，原料气进气浓度存在安全极限值。
根据稳定系统熵的变化定律，推算得到在初始温度变化的情况下甲烷爆炸下限随温度升高而下移，通过开展600 ℃以上高温条件下甲烷爆炸限（主要指下限）的试验研究，得出高温区甲烷爆炸下限值，试验系统如图2所示。结果显示，高温区甲烷爆炸下限值随温度升高而减小（以1 000 ℃时为例，甲烷爆炸下限值为1.8%），以此为据，蓄热氧化利用系统在实际运行过程中原料气进气浓度较以往可提高约10%。
![]()
图 2 高温条件下甲烷爆炸下限试验系统Figure 2. System diagram of methane lower explosion limit test under high temperature同时，以往的蓄热体多采用圆形或六边形孔洞陶瓷体，在蓄热体装填时，相邻两层蓄热体之间会出现孔错位而导致通流面积减小、流动阻力增大的问题。另外，当某个孔洞出现堵塞情况，则从上到下所有与之连通的通道均被堵塞。优化蜂窝陶瓷蓄热体全部采用凹形结构，这种结构使烟气流过一层蓄热体后，有一个突然扩大减速的过程，有利于颗粒物的沉降减小堵塞。另外，烟气通过一层蓄热体后再汇合，再分配，会形成紊流现象，可以有效提高换热效率。凹形结构还可以解决烟气通道贯通问题，使不同孔径蓄热体可以混合使用。凹形结构蓄热体如图3所示。
综上所述，在蓄热氧化装置的设计过程中通过提高进气浓度、优选合适物性参数的蓄热体以及改变蓄热体的装填方式可降低蓄热氧化系统能耗，进而提高经济性。
2.2 蓄热氧化热能调控技术
低浓度煤层气蓄热氧化利用技术的热能利用主要依靠蓄热氧化装置的高温烟气输出。实践证明，实时匹配的烟气输出不仅关系到热能利用设备的效率，更关系到蓄热氧化装置的运行稳定性。
蓄热氧化装置运行过程中，炉温在蓄热床周期性进出气换向阀门和烟气取气阀门的耦合作用下呈周期性波动，炉温波动过大可能会引起装置氧化效率降低甚至熄火停炉。在设计确定最优的进出气阀门换向周期的情况下，炉温的稳定控制主要由烟气取气阀门来调节，因此，用来调节高温烟气流量的高温阀门的可靠性显得尤为重要。此类高温阀门在材料和结构等方面与一般阀门有着巨大差异，实际使用过程中不仅要满足高温条件下阀体内件形变极小、启闭调节顺畅的性能要求，同时，还要保证较低的泄漏量。研究发现，在阀体材料选择方面，选用具备良好的熔接性、对冲击具有良好的吸收性能、回火脆性倾向较少的镍基沉淀硬化型等晶铸造高温合金钢做为阀主体材料，选用表面堆焊钨铬钴硬质合金或喷焊陶瓷并具有良好耐热性和耐氧化性的不锈钢做为阀门内件材料，同时采用伍德密封结构来保证阀门良好的密封性，据此制造的高温阀门可较好的实现系统烟气流量调节的功能。
低浓度煤层气蓄热氧化热能利用方式多样，可将蓄热氧化装置产生的高温烟气取出通过热交换装置实现煤矿井筒加热、建筑物供暖、煤矿洗浴和生活用热等，通过溴化锂制冷机组实现煤矿夏季制冷，通过发电机组实现发电。值得注意的是，由于煤矿用电负荷巨大，一般来说，煤层气蓄热氧化系统所能产生的电能远小于煤矿用电负荷，因此，在本系统中发电机组产生的电能仅作为煤矿用电的补充，而其他各种热能利用所需热负荷可按以下公式计算。
煤矿井筒加热热负荷Q1按式（3）计算：
$$ {Q}_{1}=aG\gamma {c}_{\text{g}}(275-{T}_{\text{w}}） $$ (3) 式中：a为富余系数；G为入井风量，m3/s；γ为空气容重，kg/m3；cg为空气比热容，kJ/（kg·K）；Tw为室外计算温度，K。
建筑供暖热负荷Q2按式（4）计算：
$$ {Q}_{2}=kMA（{T}_{{\rm{h}}}-{T}_{\text{i}}） $$ (4) 式中：k为修正系数；M为传热系数，J/（m2·K）；A为传热面积，m2；Th为室外环境温度，K；Ti为室内设计温度，K。
煤矿洗浴及生活用热水热负荷Q3按式（5）计算：
$$ {Q}_{3}={c}_{{\rm{w}}}q{\rho }_{{\rm{w}}}（{T}_{2}-{T}_{1}） $$ (5) 式中：cw为水比热容，kJ/（kg·K）；q为热水流量，m3/s；ρw为水的密度，kg/m3；T2为热水温度，K；T1为热水加热前自来水温度，K。
在众多热能利用方式协同作用时，为实现多种用能需求的精准匹配、避免能源浪费的目的，通过分析不同用能随季节、时间、环境温度及用户数量等的变化规律，并建立热能调控模型，模拟得到各个热能利用设备不同时间的高温烟气流量变化趋势，用以指导低浓度煤层气蓄热氧化系统的烟气流量调节。以冬季煤矿井筒加热和建筑供暖需求为例，井筒加热和建筑供暖所需的高温烟气流量随时间的变化趋势如图4所示，从图4可以看出，井筒加热和建筑供暖所需的高温烟气流量均在一天中呈现凌晨高中午低的趋势，与一天内气温的变化基本保持负相关的关系。
通过对蓄热氧化系统热能调控设备及多种热能利用方式匹配调节的研究，可实现热能精准利用，也可实现蓄热氧化装置炉温的相对稳定控制，减少熄火停机，使得低浓度煤层气蓄热氧化系统运行更加稳定，热能利用效率更高。
2.3 综合安全控制技术
蓄热氧化综合安全控制系统是低浓度煤层气蓄热氧化系统必不可少的保护控制系统，主要监控功能包括：数据采集及处理；参数显示（压力、温度、流量等）；控制系统及设备运行状态显示；装置系统有序管理。当各允许条件满足时，程序控制装置正常动作保持其稳定运行；当允许条件不满足时，执行预先设计的保护逻辑，对低浓度煤层气蓄热氧化装置及瓦斯输送管道实施必要的保护性措施，以确保人员、设备的安全。
研究发现，低浓度煤层气蓄热氧化利用系统中主要的风险是煤层气在系统中的甲烷超浓度爆炸及蓄热氧化装置超温对设备及人员造成的损害，对此，在系统中相应位置设置不同数量的浓度传感器、压力传感器、流量传感器、温度传感器及火焰信号传感器等监测设备，通过信号接入中控系统连锁控制相应阀门及风机动作，完成系统安全控制。典型的低浓度煤层气蓄热氧化利用安全控制系统监测点布置如图5所示。
监控数据实时地反映设备运行状况，为现场设备自动化运行提供了有力的支撑。但通过分析发现，以往的监控系统存在以下问题：监控系统未能实现远程化，现场运行情况的画面、参数和报表只能够在本地操作室显现，统筹生产管理的高层决策者无法随时随地掌握现场的运行状况，给全局统筹带来困难；监控系统未能实现故障诊断的智能化，当系统出现较大故障时，必须等有经验的技术人员到现场进行实地查看后处理，难以保证故障处理的及时性，影响系统运行的连续性。
为解决这类问题，研究开发了远程监控系统和辅助决策故障专家诊断系统。基于Internet的远程实时监控系统，借助计算机技术和数字通信技术将现场中控室的监控画面、报警信息、生产实时信息引入调度或集控中心，远程监控技术方案采用基于B/S（C/S和B/S的混合架构）模式的体系结构作为远程监控系统的框架结构，即实时数据库服务器、web服务器和IE浏览器。基于专家系统的诊断方法在收集大量的专业知识信息和故障及问题解决经验信息的基础上，按类别进行分类整理，再采用计算机语言，应用计算机设计相应程序来解决问题。专家系统包括知识库、推理机、数据库、解释机构和人机交互端口等单元。
同时，为避免意外情况导致爆炸限内的煤层气进入蓄热氧化装置的高温区产生爆炸，在蓄热氧化装置上设置泄爆装置可降低该风险。研究得出，将泄爆装置布置在蓄热氧化装置的顶部最边缘，远离进气的中心位置，泄爆效果最佳。以四床式蓄热氧化装置为例，装置顶部泄爆开口位置示意图（俯视图）如图6所示。
![]()
图 6 四床式蓄热氧化装置泄爆开口位置示意Figure 6. Schematic diagram of explosion relief opening position of four bed regenerative oxidation device泄爆口面积按（6）式计算：
$$S=\frac{2.83 \times 10^{-3} \rho_{\rm{x}} v D^2}{0.076 C I P_{\rm{d}} \sqrt{N /\left(Z T_{\rm{x}}\right)}} $$ (6) 式中：ρx为泄放压力下的气体密度，kg/m3；D为氧化装置进口管的内径，mm；C为气体特性系数；I为气体绝热指数；Pd为泄爆片的泄放压力，Pa；N为气体的摩尔质量，kg/kmol；Z为压缩系数；Tx为气体温度，K。
综上所述，低浓度煤层气蓄热氧化利用系统采用完善的综合安全控制系统，并辅助以远程监控系统和辅助决策故障专家诊断系统，既可以满足系统正常运行的安全控制需要，又可以满足远端信息获取需求，还可以缩短故障处理时间，提高系统连续稳定运行的可靠性。同时，蓄热氧化装置泄爆口的设置，为保障系统设备的安全提供了多一层的防护。
3. 应用效果分析
笔者所研发的蓄热氧化降耗技术、热能调控技术及综合安全控制技术，目前已成功应用于山西省阳泉市某矿低浓度煤层气蓄热氧化利用工程。该项目主要为矿井进风井筒加热及站场建筑供暖提供热能，设计参数井筒进风量为21 000 m3/min，室外温度为−20.3℃时，井筒内进风温度不低于2℃，建筑物采暖供/回水温度不低于85/60℃，系统低浓度煤层气处理能力160 000 m3/h（系统设蓄热氧化装置2台，单台蓄热氧化装置处理能力80 000 m3/h），抽采瓦斯体积分数4%～25%，井筒防冻热负荷10 096 kW，站场建筑物采暖热负荷344 kW。项目整套系统成功替代了该矿用于井筒加热的3台ZRL-2.8/W型、1台ZRL-4.2/W型的燃煤热风炉和1台350kW的用于建筑物供暖的燃煤热水锅炉。项目蓄热氧化装置主要技术参数见表1。
表 1 蓄热氧化装置主要技术参数Table 1. Main technical parameters of thermal storage oxidation unit技术指标 技术参数 装置处理量 80 000 Nm3/h 结构型式 四床立式 处理瓦斯浓度范围 0.6%~1.2% 甲烷氧化率 ≥95% 气体进出口温差 ≤40 ℃ 装置外壁面温度与环境温度差 ≤40 ℃ 最低自热平衡浓度 ≤0.2% 装置床层压降 ≤3.0 kPa 运行噪音 ≤85 dB 大修周期 ≥1 a 装置冷态启动时间 ≤8 h 项目蓄热氧化装置装配的蓄热陶瓷依据本文前述成果，采用凹形结构蓄热陶瓷规整堆砌，搭配马鞍环蓄热陶瓷散堆，蓄热陶瓷高度较以往整体降低约17%，同时，煤层气进气体积分数提升至1.2%，系统稳定运行后测得蓄热氧化装置阻力损失较以往降低约20%，系统整体单位能耗较以往降低约10%。
项目采用前述热能调控技术及综合安全控制技术，自投产运行以来，每个供暖季系统连续稳定时长达3 000 h，单次故障停机时长小于5 h，项目现场专职操作人员由以往的每班5人减少为每班3人，平均每天操作次数少于1次，运行实测蓄热氧化装置炉温波动长期维持在100 ℃范围以内。项目运行期间不同环境温度下井筒进风温度与建筑供暖供水温度数据如图7所示。项目远程监控移动设备端APP报警查询案例如图8所示。
![]()
图 7 不同环境温度下井筒进风温度与建筑供暖供水温度的变化趋势Figure 7. Variation trend of shaft air inlet temperature and building heating and water supply temperature under different ambient temperatures从图7可以看出，当环境温度发生较大变化时，井筒进风温度基本保持在3～5 ℃，建筑供暖供水温度基本保持在85～88℃，能维持在较小的波动水平，这说明低浓度煤层气蓄热氧化系统运行稳定，热能利用也相对稳定，能源浪费较小。
项目每个供暖季（按150 d计）利用低浓度煤层气691.2万Nm3，相当于减排二氧化碳当量9.6万t，预期碳汇收益288万元（碳汇按30元/ t计算），该矿低浓度煤层气的利用由项目建成前的0提高至26%；此外，项目每个供暖季（按150 d计）减少燃煤9 792 t。该项目实现了煤矿生产用能由传统能源燃煤到清洁绿色能源的转变，避免了煤粒粉尘、煤渣、燃煤脱硫脱硝造成的煤矿区环境污染，具有较好的经济效益和社会环保效益。
4. 结 论
1）低浓度煤层气蓄热氧化装置内采用凹形结构蓄热陶瓷，一定程度提高进气浓度，不影响系统的安全运行，同时可以有效降低装置内蓄热体高度，进而降低装置能耗，提高系统经济性。
2）在多种热能利用方式协同作用时，依据与用能需求精准匹配的高温烟气流量变化规律，采用镍基合金钢等材料及伍德密封结构制造的蓄热氧化热能调节设备来调节进入各个用能设备的烟气流量，可以增加低浓度煤层气蓄热氧化利用系统运行的稳定性，并提高热能利用效率。
3）采用完善的综合安全控制系统，并配备远程监控系统和辅助决策故障专家诊断系统，可以提高低浓度煤层气蓄热氧化利用系统运行的稳定性，减少故障停机次数及操作次数，实现系统的减人提效。
4）低浓度煤层气蓄热氧化利用技术可以为煤矿区低浓度煤层气的利用提供良好的技术支撑，能够提高煤矿煤层气利用率，实现碳减排，具有良好的经济效益和社会环保效益。在“双碳”目标的迫切需求下，低浓度煤层气蓄热氧化利用技术具有一定的推广应用价值。
-
![]()
图 1 低浓度煤层气蓄热氧化利用工艺流程
Figure 1. Heating process flow chart of low concentration coal bed methane thermal storage oxidation shaft
![]()
图 2 高温条件下甲烷爆炸下限试验系统
Figure 2. System diagram of methane lower explosion limit test under high temperature
![]()
图 6 四床式蓄热氧化装置泄爆开口位置示意
Figure 6. Schematic diagram of explosion relief opening position of four bed regenerative oxidation device
![]()
图 7 不同环境温度下井筒进风温度与建筑供暖供水温度的变化趋势
Figure 7. Variation trend of shaft air inlet temperature and building heating and water supply temperature under different ambient temperatures
表 1 蓄热氧化装置主要技术参数
Table 1 Main technical parameters of thermal storage oxidation unit
技术指标 技术参数 装置处理量 80 000 Nm3/h 结构型式 四床立式 处理瓦斯浓度范围 0.6%~1.2% 甲烷氧化率 ≥95% 气体进出口温差 ≤40 ℃ 装置外壁面温度与环境温度差 ≤40 ℃ 最低自热平衡浓度 ≤0.2% 装置床层压降 ≤3.0 kPa 运行噪音 ≤85 dB 大修周期 ≥1 a 装置冷态启动时间 ≤8 h 
下载: 导出CSV
-
[1] 刘见中,孙海涛,雷 毅,等. 煤矿区煤层气开发利用新技术现状及发展趋势[J]. 煤炭学报,2020,45(1):258−267. doi: 10.13225/j.cnki.jccs.YG19.1757 LIU Jianzhong,SUN Haitao,LEI Yi,et al. Current situation and development trend of coalbed methane development and utilization technology in coal mine area[J]. Journal of China Coal Society,2020,45(1):258−267. doi: 10.13225/j.cnki.jccs.YG19.1757
[2] 宁 宇. 我国煤矿区煤层气开发利用技术进展[J]. 煤炭科学技术,2013,41(1):12−15,73. doi: 10.13199/j.cst.2013.01.15.ningy.013 NING Yu. Progress on technology of coal bed methane development and utilization in china coal mining area[J]. Coal Science and Technology,2013,41(1):12−15,73. doi: 10.13199/j.cst.2013.01.15.ningy.013
[3] 袁 亮,薛俊华. 低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术[J]. 煤炭科学技术,2013,41(1):5−11. YUAN Liang,XUE Junhua. Key technology of pillar free coal and gas CO mining in low permeability coal seam group[J]. Coal Science and Technology,2013,41(1):5−11.
[4] 申宝宏,刘见中,雷 毅. 我国煤矿区煤层气开发利用技术现状及展望[J]. 煤炭科学技术,2015,43(2):1−4. doi: 10.13199/j.cnki.cst.2015.02.001 SHEN Baohong,LIU Jianzhong,LEI Yi. Present status and prospects of coalbed methane development and utilization technology of coal mine area in China[J]. Coal Science and Technology,2015,43(2):1−4. doi: 10.13199/j.cnki.cst.2015.02.001
[5] 姚成林. 煤层气梯级利用技术探讨[J]. 矿业安全与环保,2016,43(4):94−97. YAO Chenglin. Discussion on cascade utilization technology of coalbed methane[J]. Mining Safety & Environmental Protection,2016,43(4):94−97.
[6] 熊云威. 煤矿区低浓度煤层气梯级利用技术研究进展[J]. 矿业安全与环保,2018,45(4):121−124. doi: 10.3969/j.issn.1008-4495.2018.04.028 XIONG Yunwei. Research progress on the cascade utilization technology of low concentration CBM in coal mine area[J]. Mining Safety & Environmental Protection,2018,45(4):121−124. doi: 10.3969/j.issn.1008-4495.2018.04.028
[7] 胡晓兰,宋 伟,彭传圣,等. “双碳”目标下煤矿瓦斯治理与利用[J]. 华电技术,2021,43(12):52−59. HU Xiaolan,SONG Wei,PENG Chuansheng,et al. Control and utilization of coal mine gas to achieve carbon peaking and carbon neutrality[J]. Huadian Technology,2021,43(12):52−59.
[8] 刘文革,徐 鑫,韩甲业,等. 碳中和目标下煤矿甲烷减排趋势模型及关键技术[J]. 煤炭学报,2022,47(1):470−479. doi: 10.13225/j.cnki.jccs.2021.1962 LIU Wenge,XU Xin,HAN Jiaye,et al. Trend model and mine methane emission reduction aiming for the carbon neutrality[J]. China Coal Society,2022,47(1):470−479. doi: 10.13225/j.cnki.jccs.2021.1962
[9] 谢和平,任世华,谢亚辰,等. 碳中和目标下煤炭行业发展机遇[J]. 煤炭学报,2021,46(7):2197−2211. doi: 10.13225/j.cnki.jccs.2021.0973 XIE Heping,REN Shihua,XIE Yachen,et al. Development opportunities of the coal industry towards the goal of carbon neutrality[J]. Journal of China Coal Society,2021,46(7):2197−2211. doi: 10.13225/j.cnki.jccs.2021.0973
[10] 王国法,任世华,庞义辉,等. 煤炭工业“十三五”发展成效与“双碳”目标实施路径[J]. 煤炭科学技术,2021,49(9):1−8. WANG Guofa,REN Shihua,PANG Yihui,et al. Development achievements of China’s coal industry during the 13th Five - Year Plan period and implementation path of “dual carbon” target[J]. Coal Science and Technology,2021,49(9):1−8.
[11] LAN B,LI YR. Numerical study on thermal oxidation of lean coal mine methane in a thermal flow-reversal reactor[J]. Chemical Engineering Journal,2018,351:922−929. doi: 10.1016/j.cej.2018.06.153
[12] LAN B,LI Y R,ZHAO X S,et al. Industrial-scale experimental study on the thermal oxidation of ventilation air methane and the heat recovery in a multibed thermal flow-reversal reactor[J]. Energies,2018,11:1578−1591. doi: 10.3390/en11061578
[13] PAWLACZYK A,GOSIEWSKI K. Combustion of lean methane-air mixtures in monolith beds: kinetic studies in low and high temperatures[J]. Chemical Engineering Journal,2015,282:29−36. doi: 10.1016/j.cej.2015.02.081
[14] GOSIEWSKI K,PAWLACZYK A,JASCHIK M. Thermal combustion of lean methane-air mixtures: flow reversal research and demonstration reactor model and its validation[J]. Chemical Engineering Journal,2012,207-208:76−84. doi: 10.1016/j.cej.2012.07.044
[15] 康建东,兰 波,邹维峰. 煤矿五床式乏风瓦斯蓄热氧化装置设计与应用[J]. 煤炭科学技术,2015,43(2):136−139. doi: 10.13199/j.cnki.cst.2015.02.031 KANG Jiandong,LAN Bo,ZOU Weifeng. Design and application on five-bed type thermal accumulation oxidized device of mine ventilation air methane[J]. Coal Science and Technology,2015,43(2):136−139. doi: 10.13199/j.cnki.cst.2015.02.031
[16] 高鹏飞,霍春秀,孙东玲. 瓦斯蓄热氧化加热井筒方法研究[J]. 能源与环保,2017,39(6):52−56. GAO Pengfei,HUO Chunxiu,SUN Dongling. Study on shaft heating method by coal mine methane regenerative thermal oxidation[J]. China Energy and Environmental Protection,2017,39(6):52−56.
[17] 康建东. 低浓度瓦斯蓄热氧化井筒加热技术试验研究[J]. 煤炭科学技术,2018,46(6):211−216. doi: 10.13199/j.cnki.cst.2018.06.036 KANG Jiandong. Experimental study on low concentration gas thermal storage oxidation shaft heating technology[J]. Coal Science and Technology,2018,46(6):211−216. doi: 10.13199/j.cnki.cst.2018.06.036
[18] 黄克海. 乏风瓦斯混配装置调控系统设计研究[J]. 矿业安全与环保,2017,44(3):33−36. doi: 10.3969/j.issn.1008-4495.2017.03.008 HUANG Kehai. Design and study of control system for ventilation air methane mixing device[J]. Mining Safety and Environmental Protection,2017,44(3):33−36. doi: 10.3969/j.issn.1008-4495.2017.03.008
[19] 高鹏飞. 低浓度瓦斯蓄热氧化后的热量调配方法探讨[J]. 矿业安全与环保,2017,44(2):111−115. GAO Pengfei. Discussion on heat distribution methods after regenerative oxidation of low-concentration gas[J]. Mining Safety and Environmental Protection,2017,44(2):111−115.
[20] 张 涛. 煤层气蓄热氧化热能调控模拟研究[J]. 矿业安全与环保,2021,48(4):18−22. doi: 10.19835/j.issn.1008-4495.2021.04.005 ZHANG Tao. Simulation study on thermal energy regulation of coal bed methane thermal storage and oxidation[J]. Mining Safety and Environmental Protection,2021,48(4):18−22. doi: 10.19835/j.issn.1008-4495.2021.04.005
[21] 陈金华. 低浓度瓦斯蓄热氧化供热系统的应用研究[J]. 矿业安全与环保,2017,44(2):62−65. doi: 10.3969/j.issn.1008-4495.2017.02.014 CHEN Jinhua. Application research of low concentration gas heat storage and oxidation heating system[J]. Mining Safety and Environmental Protection,2017,44(2):62−65. doi: 10.3969/j.issn.1008-4495.2017.02.014
[22] 兰 波. 多床式热逆流氧化装置内甲烷热氧化过程数值模拟及试验研究[D]. 重庆: 重庆大学, 2018. LAN Bo. Numerical simulation and experimental study on thermal oxidation of coal mine methane in a multibed thermal flow-reversal reactor[D]. Chongqing: Chongqing University, 2018.
-
期刊类型引用(0)
其他类型引用(1)
计量
- 文章访问数: 95
- HTML全文浏览量: 18
- PDF下载量: 24
- 被引次数: 1
