礦井通風瓦斯催化燃燒及其熱能梯級利用技術

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瓦斯是煤礦開采中最大的安全隱患，它是以甲烷(CH )為主的多種氣體的混4合物，其中甲烷濃度為 85%的瓦斯，熱值為 34.6MJ/m 。據統計，我國 2004 年煤炭百萬噸死亡率約 3 人，這一水平是美國的 100 多倍，印度的 10 多倍。其中 95%以上都是死于瓦斯爆炸引起的事故，瓦斯爆炸給煤礦的正常生產造成了巨大的損失。在煤礦的開采中，為了預防瓦斯爆炸，通常采用通風稀釋的方法，將瓦斯的濃度控制在 1%以下，這部分瓦斯被稱為通風瓦斯。通風瓦斯也是一種儲量巨大的低品位能源，甲烷濃度為 1%的通風瓦斯，理論燃燒溫度為 265℃。雖然通風瓦斯中瓦斯的濃度只有約 1%，但是由于排放量巨大，造成了巨大的能源浪費。根據我國 1996 年及 2000 年進行全國礦井瓦斯情況的調查，通風瓦斯量分別為 106億 m3和 96 億 m ，位居世界第一，所含瓦斯的低位發熱量相當于 3370 萬 t 標準3煤的低位發熱量，如果能將這部分資源作為能源進行開發利用，這將對于保障我國的能源安全起到不可忽視的作用。除此之外，瓦斯也是一種公認的溫室氣體，其溫室效應是 CO 的 21 倍，每年因人類煤礦生產所排入大氣的通風瓦斯，造成了空氣變暖、環境惡化、物種滅絕等一系列生態環境問題。該技術利用催化燃燒和氣固換熱的原理，將通風瓦斯催化燃燒并將其熱能進行梯級利用，不僅對保障我國的能源安全以及環境保護起到不可忽視的作用，同

時還能帶動我國相關產業技術的發展，具有重大的戰略意義。該技術可以廣泛適用于包括煤礦通風瓦斯，天然氣、沼氣、石油油層氣、高爐煤氣以及鋼鐵和石化生產中的可燃廢氣在內的超低濃度可燃氣體，具有廣泛的實用性和廣闊的市場應用前景。已取得的研究成果：本課題所研究的通風瓦斯催化燃燒利用技術，針對濃度在 0.13%～1.0%之間的通風瓦斯，實現了絕大多數反應率超過 90%，濃度在 0.3%～1.0%之間的通風瓦斯，熱量回收率超過 50%。在不產生 NOx 的環保燃燒基礎上，實現了低濃度通風瓦斯的自持燃燒和熱量梯級回收利用。項目進一步發展計劃：本課題在進行實驗研究的時候，限于實驗條件限制，只能采用天然氣和壓縮空氣模擬通風瓦斯。由于通風瓦斯具有含硫、高粉塵、濃度及流量波動的特點，在進行工業放大時，所以必須從以下幾個方面進行深入研究：

真實條件下催化劑的壽命實驗；

熱能回收方式對系統燃燒效率的影響；

熱量利用方式對系統整體效率的影響；

實際運行中通風瓦斯濃度及流量波動對系統穩定運行的影響；

蓄熱體物理參數對系統燃燒及流動特性的影響。

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