一 技术背?/span>
煤矿瓦斯,主要成分为甲烷,在煤矿采动之前赋存于煤炭和围岩当中,称之为煤层气,煤矿开采时逸出混合空气,称之为瓦斯。这种气体无色、无臭、无味且易燃、易爆。在常温常压条件下,当瓦斯中甲烷的浓度达?%?6%(爆炸极限)时,如遇明火,就会发生“瓦斯爆炸”,因此瓦斯一直是煤矿开采过程中最为重要的安全课题?/span>
瓦斯直接排放不仅会造成能源浪费,还会加剧温室效应。因为瓦斯中的甲烷是一种重要的温室气体,其温室效应是二氧化碳的26倍,所以,提升抽采瓦斯资源的利用率势在必行。在国家双碳目标、绿色发展战略背景下,我国发展规划当中明确对甲烷等温室气体排放加大管控力度?/span>
煤矿瓦斯利用的难点在于,所含甲烷的浓度受各种因素影响,变化较大?/span>行业根据不同的应用条件,对其做了如下区分:甲烷浓度大于等?0%的为高浓庨瓦斯,浓度3%?0%的为低浓度瓦斯,抽排泵站抽出的浓度低?%的我们称它超低浓度瓦斯,从风井排出的浓度低于0.75%的瓦斯称为风排瓦斯或者“乏风”。当前瓦斯应用通常按照不同浓度进行梯度利用,高浓度瓦斯通常作为化工原料、燃料使用;抽采的浓?%?0%的低浓度瓦斯可以通过往复式内燃机发电机组(瓦斯发电机组)进行利用;而抽采的浓度3%?%的低浓度瓦斯之前没有成熟的直接利用技术,通常有两种间接利用方法:
一是与高浓度瓦斯掺混至浓度大于9%后通过瓦斯发电机组利用?/span>
二是采用乏风氧化技术,利用煤矿乏风或空气稀释至浓度1.2%以下进行逆流蓄热氧化?/span>
前者由于高浓度瓦斯气资源的限制而造成非常有限的掺混利用,后者综合热效率低,经济效益差,没有得到大范围推广?/span>
此技术安全高效的解决了浓?strong>2.5%?%的低浓度瓦斯利用难题?strong>填补了技术空白,该技术研发取得了重大突破,工业化应用取得了重大进展?/span>
?技术简?/span>
2.1 技术特?/span>
1> 燃烧安全?/span>
2> 燃烧稳定?/span>
3> 热量利用率高?/span>
4> 不易熄火、不易回火设备运行安全;
5> 燃烧充分、环保排放达标;
2.2 核心技术原?/span>
1> 独特设计的聚能岛技术。将热量全部锁住聚能岛内,瓦斯在高温区热解热量向两侧扩散,扩散到前段的热量对低浓度瓦斯进行预热,使瓦斯进入聚能岛后达到热解温度发生氧化反应,扩散到后端的热量对聚能岛未反应完全的瓦斯进行处理使全部瓦?00%反应。聚能岛使反应区温度始终维持在高温。提供氧K化所需的外部环境。同时可以锁住热量使对外辐射的热量全部用作低浓瓦斯处理。使反应持续并稳定进行?/span>
2> 聚能岛使瓦斯全部发生氧化反应,除去部分散热损失外。硷论可达到100%的热风抽取率。搭配余热锅炉使锅炉尾气温度控制?50-180℃,热量利用率达?0%以上,相对于循环烟气式RTO氧化设备,热量利用率提高30%以上,相对于旋转式RTO氧化设备,热量利用率提高50%以上?/span>
3> 聚能岛采用高温蓄热陶瓷制作,耐温?400℃,氧化维持温度?000-1050℃左右,聚能岛可在此温度下长期稳定运行。相对于RTO蓄热体的温度不会持续变化,长期处于在一个稳定的温度下运行。有效避免了RTO温度的频繁变化。使蓄热体使用寿命更持久?/span>
4> 低浓瓦斯?000℃左右反应,远远低于氮氧化合物产生的温度,显著减少NOX的排放,最终NOx排放低于国内燃气锅炉所要求的排放指标?/span>
5> 本瓦斯聚能氧化系统,体积小,内部采用国内先进的高温陶瓷模块进行耐火保温设计,使相关散热损失减少。提高系统的综合热量利用?/span>
6> 运行瓦斯浓度远低于爆炸极限,配合系统的负压运行,避免瓦斯聚集。大大提高系统运行的安全系数
7> 系统采用DCS控制,设置各关键点位的超温,超浓保护。使浓度精准控制在安全范围内,当任一参数超过设定值触发紧急保护措施,保证系统运行的安全?/span>
2.3 技术参数(?T余热锅炉K配套设备为例?/span>
序号 | 名称 | 参数 | 备注 |
1 | 燃料 | ||
1.1 | 燃料种类 | 煤矿低浓度瓦斯气 | |
1.2 | 浓度 | 3.5% vol | |
1.3 | 煤气压力 | 5kPa | |
1.4 | 煤气温度 | 常温 | |
2 | 使用工况?.5% vol?/span> | ||
2.1 | 额定消耗量 | 11000m³/H/?/span> | |
2.2 | 最大消耗量 | 12000m³/H/?/span> | |
2.3 | 输出温度 | 850-900?/span> | |
3 | 蒸汽参数 | ||
3.1 | 蒸汽压力 | 0.7Mpa | |
3.2 | 蒸汽温度 | 165?/span> | |
3.3 | 蒸发?/span> | 5t/h |
2.4 收益计算
如上技术参数:
产生5吨蒸汽,消耗低浓瓦?1000m³/H,可节约天燃?35m³/H,按冬季山西地方天然气单??m³折算,可节约3480?H。冬季供?个月 120天计算,供暖季可节约燃气10022400元,效果显著。(常规气价4?m³亦可节约燃气费用500万余?供暖季)
部分煤矿高浓瓦斯用于发电,受内燃机技术限制,现阶段每立方纯量瓦斯可产?-4Kw.h电能?1000m³/H折算纯量瓦斯?85m³/H,可发电1540Kw.h。可为煤矿节约电?24?H?/span>
以上对比叡现冬季瓦斯供暖相对瓦斯发电经济效益更加显著。针对部分煤矿低浓瓦斯不稳定,可利用部分高浓瓦斯进行掺混,到达热解浓度。使煤矿瓦斯冬季供暖,夏季发电得到充分利用,达到热、电、联产综合利用。使经济效益最大化?/span>
?工艺简?/span>
系统包括1套瓦斯掺混及安全输送系统??1000m³/H瓦斯热解装置??T/H饱和蒸汽余热锅炉系统?套集中控制系统?/span>
3.1 工艺流程说明?/span>
本系统按照《AQ1076-2009 煤矿低浓度瓦斯管道输送安全保障系统设计规范》、《NB/T 51013-2014煤矿风排瓦斯蓄热氧化装置工程应用安全要求》等规范的要求进行设计,在安全方面设计多重安全可靠的保障措施?/span>
低浓度瓦斯经过安全输送后,先后经过在线湿式放散阀、溢流式水封阻火器、脱水器、原位式激光浓度分析仪、瓦斯紧急切断阀、瓦斯流量调节阀等设备,进入二次掺混器与乏风混合,混合后瓦斯浓度控制?%左右,通过管道输送后设置原位 式激光瓦斯浓度分析仪、瓦斯进气开关阀、新鲜空气阀、吹扫风机、主风机等设备,最终符合浓度要求的瓦斯经过主风机送入瓦斯热值装置?/span>
?)|统设置多重阻爆、抑爆及泄爆装置,并配备多重检测设施,确保装ѽ稳定、安全运行?/span>
?)实时监控。装置的各子系统集中控制、系统协调。瓦斯与乏风或空气两级掺混调节,严格控制掺混后浓度,确保配气掺混调节系统响应及时、运行安全?/span>
?)多重安全保护控制系统,控制系统具有故障诊断与安全保护功能,主要对浓度、各种温度、阀门位置反馈信号等参数进行监测 ,并按照一定规则执行相应护措施,确保设备运行安全?/span>
3.1.2瓦斯热解系统
本系统采用聚能热解技术可利用体积浓度范围?-3.5%的超低浓度瓦斯,进行取热利用?/span>
用柴油燃烧器将蓄热陶瓷高温区加热到瓦斯反应榷度,掺混?-3.5% vol的瓦斯经过安全保护阀组流入热解炉本体,热解炉本体布置聚能氧化装置;气体通过均布器均匀分布在聚能氧化去加热反应。产出的高温烟气经高温烟道流向余热利用设备?/span>
5.3.3 余热回收系统
配套饱和蒸汽型余热锅炉,主要包括:余热锅炉本体、供水泵组和电控系统等部分构成,系统制取0.7MPa?65℃饱和蒸汽,蒸汽产量5t/h?/span>
配套锅炉具体参数如下?/span>
产品型号 | EGB-2000-1.25-5 |
换热功率(KW?/span> | 3500 |
工作压力(MPa?/span> | 0.5 |
工作温度(℃?/span> | 143 |
设计压力为(MPa?/span> | 1.25 |
换热面积(㎡?/span> | 280 |
被加热软化水温度 | 常温 |
烟气流量(kg/h) | ~48000 |
烟气温度(? | 850 |
3.2 技术路线图