乏风瓦斯发电技术
煤矿乏风瓦斯利用技术概况
Ｒ ｌ ｌ ， Ａ ｕ 等 贵金属催化剂 和金 属氧化物催化 剂。Ｗｌ ｄ ｊ ￣ ｊ ａ等 研究 了担载在 Ｉ ｎ ， ｓ ｎ ， Ｚ ｒ ， Ｇ ａ ， Ｔ ｉ ， ｓ ｉ ， Ｙ， Ｎ ｂ等金属氧化物上 Ｐ ｄ 的催化活性 ， 并与 Ｐ ｄ ／ Ａ １ ： Ｏ ， 活性 作 出对 比。这些金属 对 甲 烷 的催化燃烧活性依次为 ： Ｓ ｎ＞Ｚ ｒ ＞Ａ １ ＞Ｇ ａ＞Ｉ ｎ＞ Ｔ ｉ ＞Ｓ ｉ ＞ Ｙ＞Ｎ ｂ 。其 中 Ｐ ｄ ／ Ｓ ｎ Ｏ ２ 的活性最佳 Ｔ ５ ０ ＝ ３ ６ ０ ￣ Ｃ（ Ｔ ｓ ０ 为甲烷氧 化转化率 ５ ０ ％ 时 的温 度 ） ， 而Ｐ ｄ ／ Ａ １ ２ Ｏ ３的 Ｔ ５ ０＝ ４ ３ ０ ， Ｐ ｄ ／ Ｚ ｒ Ｏ ２ 催化活性相当于或略高于 Ｐ ｄ ／ Ａ １ ２ ０ 。 Ｌ ｉ 等” 通 过 大 量 的 对 比 实 验 后 认 为 ， Ｃ ｏ ０ 用 Ｐ ｄ （ Ｎ Ｏ ） 溶液浸渍后 ， 在２ ８ ０ ￣ Ｃ焙烧 得到 的 Ｐ ｄ ／ Ｃ ｏ ， ０ 化 活性 优异 ， 其在 ２ ５ ０ ℃时 Ｃ Ｈ 的转化率 可达 ７ ２ ％。 Ｅ ｇ ｕ ｃ ｈ ｉ 等 考察 了各 种 不 同添 加 剂 （ Ｎ ｉ ， ｓ ｎ ， Ａ ｇ ， Ｒ ｈ ，
化成热能储存起来 ， 使氧化 床 内的温度逐 步升 高 ， 当达到 一
定温度（ 一般高于 ８ ０ ０ ℃） 时， 乏风中的 甲烷 开始 氧化产生热 量。当氧化反应产生 的热量能维持氧化床 自反应时 ， 通 电结
燃烧的金属载体催化 剂及 其制 备方 法 （ Ｃ Ｎ １ ７ ７ ８ ８ ７ ６ ） ” ， 中科 院兰州化物所的丑凌军等 申请 了” 甲烷催化燃烧 的固溶 体催化剂及其 制备方法 （ Ｃ Ｎ １ ６ ２ ３ ６ ５ ７ 、 Ｃ Ｎ １ ６ ２ ３ ６ ５ ８ ） ” ， 内蒙古 大学 的胡瑞生等【 引申请 了“ 一种含钛双钙钛矿型甲烷燃烧
乏风瓦斯发电技术及开发利用方案(二)
乏风瓦斯发电技术及开发利用方案一、实施背景随着全球能源需求的不断增长，传统能源资源的供给已经逐渐无法满足需求。
同时，环境污染和气候变化问题也日益严重，迫使各国加大对可再生能源的开发和利用力度。
乏风瓦斯发电技术作为一种可再生能源技术，具有巨大的潜力和优势，可以有效利用煤矿井下乏风瓦斯资源，减少温室气体排放，提高能源利用效率。
二、工作原理乏风瓦斯发电技术是利用煤矿井下的乏风瓦斯，通过瓦斯发电机组将其转化为电能。
具体工作原理如下：1. 采集乏风瓦斯：通过煤矿井下的抽放系统，将乏风瓦斯从煤矿井中抽出。
2. 净化处理：对采集到的乏风瓦斯进行净化处理，去除其中的杂质和有害物质，确保发电过程的安全和稳定。
3. 瓦斯发电：将净化后的乏风瓦斯送入瓦斯发电机组，通过内燃机的燃烧产生高温高压气体，驱动发电机发电。
4. 电能输送：通过变压器将发电机产生的电能升压后，输送到电网中，供应给用户使用。
三、实施计划步骤1. 前期调研：对煤矿井下乏风瓦斯资源进行调查和评估，确定可开发利用的潜力和条件。
2. 建设准备：根据调研结果，确定乏风瓦斯发电站的建设地点和规模，编制建设方案和预算。
3. 建设和设备采购：按照建设方案，进行发电站的建设和设备采购，包括乏风瓦斯采集系统、瓦斯净化处理设备、瓦斯发电机组等。
4. 联调联试：完成设备安装后，进行联调联试，确保系统的正常运行和安全性。
5. 投入运营：通过政府和企业的合作，将乏风瓦斯发电站纳入电网运营，实现正式投产。
四、适用范围乏风瓦斯发电技术适用于具备煤矿井下乏风瓦斯资源的地区，特别是那些乏风瓦斯排放量较大、瓦斯含量较高的煤矿。
在中国，山西、河南、陕西等地区的煤矿具备较好的开发利用条件。
五、创新要点1. 瓦斯净化处理技术：采用先进的瓦斯净化处理设备，有效去除乏风瓦斯中的杂质和有害物质，提高发电过程的安全性和稳定性。
2. 瓦斯发电机组技术：选择高效节能的瓦斯发电机组，提高发电效率和能源利用效率。
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 。
乏风瓦斯提浓利用技术现状及展望
乏风瓦斯提浓利用技术现状及展望煤矿乏风中含甲烷浓度极低，不能直接利用，而且总量巨大，产生的温室效应显著，煤矿企业面临到巨大的减排压力。
本文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。
对乏风瓦斯提浓的科学技术进行整理分类，并且认为吸附分离技术是相对更有前景的技术途径。
标签：乏风瓦斯；提浓技术；实施现状；碳减排2014年11月12日，中美两国合作发表的《中美气候变化联合声明》中提出，中国计划2030年左右二氧化碳排放达到峰值并且将努力早日达峰，还计划到2030年非化石能源[1]占一次能源消费比重提升到20%左右。
一、乏风瓦斯利用方法及提浓利用途径（一）乏风瓦斯利用方法1.主要燃料利用方法。
该方法是处理乏风的最主要的技术方法。
将乏风瓦斯浓度（甲烷体积分数）通过某些途径提高至约1%，使用热逆流氧化技术及催化贫燃燃气轮机发电技术来进行热能利用。
2.辅助燃料利用方法。
对乏风瓦斯浓度没有要求，技术应用难度较小，仅适用距离煤矿通风井较近的情况，可利用的乏风量占整个煤炭行业乏风可利用风量的比例非常低。
3.生物过滤器方法。
仅仅作为一种尝试性的研究，且该技术存在CH4溶解度小、空床停留时间长等问题，目前还在处于实验室研究阶段。
（二）乏风瓦斯提浓利用途径探讨1.乏风提浓技术装备+乏风蓄热氧化/催化氧化利用技术装备从煤矿通风井扩散塔所收集到的乏风，经过提浓技术装备，将乏风瓦斯浓度提高至约1%，然后送至乏风瓦斯蓄热氧化/催化氧化装置进行反应，以此产生多余的热量以烟气的形式送至余热锅炉，用于产生过热蒸汽，进行发电或制冷等方面2.乏风提浓技术装备+乏风贫燃燃气轮机技术装备从煤矿通风井扩散塔收集到的乏风，经过提浓技术装备，浓度提高至约1%，送到乏风贫燃催化燃气轮机系统，经过回热器预热，进入催化燃烧室中氧化释放热量，产生的高温烟气冲转透平发电。
二、乏风瓦斯提浓技术途径（一）目前，可用于乏风瓦斯提浓的技术途径主要有深冷分离法、吸附分离法、吸收法、膜分离法、水合物合成分离法等。
低浓度瓦斯乏风氧化汽轮机发电
低浓度瓦斯乏风氧化汽轮机发电嘿，朋友们！今天咱来聊聊低浓度瓦斯乏风氧化汽轮机发电这事儿。
你们知道吗，这可真是个神奇的领域啊！瓦斯，这玩意儿就像是隐藏在地下的小淘气，有时候让人头疼，可要是利用好了，那可不得了。
低浓度瓦斯乏风，以前可能很多人都觉得没啥大用处，就那么白白浪费掉了。
但现在不同啦，我们有了氧化汽轮机发电这个妙招！想象一下，那些原本被忽视的低浓度瓦斯乏风，就像是一群被遗忘的小精灵，而氧化汽轮机就是那个能让它们焕发光彩的魔法棒。
通过这个魔法棒，这些小精灵们被聚集起来，开始释放出它们的能量，为我们带来光明和动力。
这可不是随便说说的，你看啊，低浓度瓦斯乏风的量其实很大，如果都能利用起来，那得发多少电啊！这就好比是一个巨大的宝藏，就等着我们去挖掘。
而且这种发电方式还很环保呢，减少了瓦斯的排放，对环境也是一种保护呀。
咱再打个比方，这低浓度瓦斯乏风氧化汽轮机发电就像是一场精彩的魔术表演。
魔术师就是那些科学家和工程师们，他们用自己的智慧和技术，把看似不可能的事情变成了现实。
他们让那些原本毫无头绪的瓦斯乏风，有了秩序，有了方向，变成了源源不断的电能。
说真的，这技术可太牛了！它让我们看到了能源利用的新希望。
以前觉得没啥用的东西，现在居然能变成宝贝，这不是很神奇吗？而且啊，随着技术的不断进步，以后肯定还会有更多更厉害的方法来利用这些资源。
你说，我们是不是应该好好珍惜这样的机会，让低浓度瓦斯乏风氧化汽轮机发电发挥出更大的作用呢？这不仅能让我们的生活更加便利，还能为我们的子孙后代留下一个更美好的世界。
所以啊，大家都要重视起来这个事儿，多了解了解，说不定哪天你也能为这个领域出一份力呢！让我们一起为低浓度瓦斯乏风氧化汽轮机发电加油，让它的光芒照亮我们的未来！这可不是开玩笑的，这是实实在在能为我们带来好处的事情啊！别小看了它，它的潜力可是无穷的呢！。
矿井乏风余热利用技术
矿井乏风余热利用技术
矿井乏风余热利用技术是指利用矿井内的乏风和余热资源进行能量回收和利用的技术。
乏风是指矿井通风系统中从井下矿区排出的含有低浓度瓦斯、二氧化碳等成分的废气，而余热则是指矿井中由于机械设备、照明等产生的未被充分利用的热能。
1. 瓦斯能利用：通过瓦斯发电机组将矿井排出的瓦斯进行燃烧产生电能，实现能源的回收利用。
同时，还可以将瓦斯压缩制成液态作为燃料供应给矿车、机械设备等使用。
2. 风能利用：利用矿井乏风中的气流能量，通过风力发电机组将气流转化为电能。
这种方法对于瓦斯浓度较低的乏风，或者矿井深度较大的高压乏风尤为适用。
3. 余热利用：通过余热回收系统将矿井中产生的废热进行回收和利用，例如用于加热矿区设备、供暖、热水供应等。
余热回收系统可以包括热交换器、热泵等设备，能够有效提高能源利用效率。
4. 废水利用：矿井排水中的热能可以通过热交换器进行回收和利用，例如用于加热水源、供暖、制冷等。
矿井乏风余热利用技术可以有效降低矿井能源消耗，提高能源利用效率，减少环境污染。
它不仅可以为矿井节约能源和减少能源成本，还可以为矿工提供更好的工作环境和生活条件。
因此，矿井乏风余热利用技术在矿山行业中具有重要的应用价值。
矿井乏风瓦斯利用进展情况汇报
矿井乏风瓦斯利用进展情况汇报近年来，中国在矿井乏风瓦斯利用方面取得了重大进展。
乏风瓦斯是指煤矿开采过程中残留在煤矿岩层中的可燃气体，包括甲烷、乙烷等，它们含量高达20%-50%，矿井内积聚的乏风瓦斯不仅为煤矿安全生产带来了危害，而且也是一种可再生资源，如果能够有效利用，将会为石化、能源、交通等行业提供可再生清洁能源。
目前，煤矿乏风瓦斯利用技术主要分为三种：直接燃烧、发电、制甲醇。
其中，直接燃烧是目前国内乏风瓦斯利用的主流方式，而发电在不久的将来有望成为领跑利用乏风瓦斯的主流方式，制甲醇作为新型清洁能源，也呈现出强劲发展势头。
直接燃烧技术是以乏风瓦斯的燃烧释放热能，通过燃气炉、空气预热器等进行加热，从而达到净化空气和获得经济效益的目的。
该技术的经济收益主要来自于热能和电能的直接回流，以及节约煤炭的经济效益，但直接燃烧存在不完全燃烧的问题，还可能引起因温室气体排放而带来的环境问题，因此，仅靠直接燃烧技术长期来提供紧迫需求是不够的。
发电是一种较为成熟的技术方式，它通过将乏风瓦斯转化为电能，达到乏风瓦斯的利用目的。
发电技术应用广泛且技术相对成熟，它不仅解决了因乏风瓦斯积聚而导致的安全问题，而且也可充分地利用煤矿乏风瓦斯资源，实现资源的最优化利用，同时也具有环保、节能的特点。
在煤矿乏风瓦斯利用历程中，发电技术正发挥着越来越重要的作用，近年来，国内不论是政策扶持还是技术实践，都表明未来大举发展煤矿乏风瓦斯发电已成为必然趋势。
制甲醇是一种新型化学能源，具有燃烧效率高、清洁燃烧、能够提高燃烧稳定性等特点。
目前，国内的乏风瓦斯制甲醇技术仍处于初步研究阶段，但这种技术被广泛认为是未来煤矿乏风瓦斯利用的重要方向。
制甲醇的技术链包括氢化制一氧化碳、反应制甲烷以及甲醇合成等环节，整个过程大量产生乏风瓦斯，并能够为乏风瓦斯提供有效的利用出路，实现了乏风瓦斯的再生利用和转化。
由此可见，在矿井乏风瓦斯利用方面，我国技术不断进步，不论是直接燃烧、发电还是制甲醇都是目前国内煤矿乏风瓦斯开发的重要方向，未来的煤矿乏风瓦斯利用将成为新型能源的一部分，有望为我国经济发展注入新动能。
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。
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- TAKING ONLY 20% OF AIR VOLUME
In August 2007, Highly Commended in the Excellence Awards 2007 by the NSW Minerals Council.
and …
The WestCliff Project was partly Government funded by AGO – Australian Greenhouse Office
CMM
35 – 50 % CH4
VOCSIDIZER™
The Project is partly Government funded by the US EPA and the US DOE
China VAM Project approved by UNFCCC
Fifth
coal mine site demonstration:
Product Range
The Flameless VOCSIDIZER
70 F 20oC
1800 F 1000oC
No catalyst No catalyst
operate at natural operate at natural oxidizing temperature oxidizing temperature
- Structures of trading schemes of “carbon credits” (CER / ERU / VER / NGAC ..) established - Trading is increasing quickly and becoming globally integrated - Media attention as well as public awareness and concern are very high and increasing
In China, representing almost ½ the identified global VAM market.
- Abatement with generation of hot water.
World wide first VAM project to be formally approved by UNFCCC Executive Board – end of July 2008.
WestVAMP award
In September 2007, the WestVAMP Power Plant received the Excellence in Energy Award by the Australian Institute of Energy
US VAM Project at CONSOL Energy
One thin bubble of atmosphere
One thin bubble of atmosphere
Gases accumulate and reflect more heat back to Earth
One bubble of atmosphere
Efforts to reduce GHG emissions
Geneva, October 2008 MEGTEC Confidential
1
In full operation since over 1 year – the world’s first commercial VAM installation
WestVAMP IN FULL OPERATION
Göteborg,Sweden
Maintal (Frankfurt) Germany
Shanghai, China Pune, India
Singapore
Melbourne, Australia
VAM head quarters, Sweden
MEGTEC Systems Worldwide Headquarters MEGTEC Systems Regional Offices
Gob area采空区
Coal Excavation 煤炭开采
Main Coal Mine Vent Shaft 煤矿 主通风井
US EPA Climate Protection Award 2008
--- why did MEGTEC win that Award ???
WHY ALL THIS INTEREST TO REDUCE VAM EMISSIONS ?
• At the WestCliff Colliery of BHP Billiton in Australia • Based on (patented) technology from MEGTEC Systems • 250 000 Nm3/h (150 000 scfm) of ventilation air with • 250 000 Nm3/h (150 000 scfm) of ventilation air with • 0.9% CH4 concentration • 0.9% CH4 concentration
Fourth coal mine site demonstration:
Windsor mine, CONSOL Energy, USA
50 000 m3/h (30 000 scfm) of air 0.2 – 1 % methane (abandoned mine gas) Unmanned operation since May 2007
First coal mine site demonstration Thorseby Coal Mine, British Coal, UK 1994: Demonstrated efficient VAM Abatement
1994
PROVEN TECHNOLOGY
First coal mine site demonstration Thoreseby Coal Mine, British Coal, UK 1994: Demonstrated efficient VAM Abatement
Hamilton Robinson Capital Partners
MEGTEC Systems
Globally leading supplier
of emission control equipment for of emission control equipment for
low concentrations of hydrocarbons to air. low concentrations of hydrocarbons to air.
140 F 60oC
Flameless: No NOx:
Oxidation completely in-bed. No flame. Even though temp is high, it is not near where thermal NOx is generated.
PROVEN TECHNOLOGY
When there is no methane of When there is no methane of low concentration low concentration Low CH4 Gas Engines 燃气发动机 High CH4
低浓度甲烷
< 1%
高浓度甲烷 > ~30%
VAM Power Plant 矿井乏风电厂
MEGTEC Locations Worldwide
~ 900 employees
Åmål, Sweden De Pere, WI Columbus, OH Manchester, UK Maidenhead, UK Ingre, France Evry (Paris), France Vero Beach, FL
VAM Power Plant
- VAM AS PRIMARY FUEL
FOR THE GENERATÍON OF ELECTRICITY
Third coal mine site demonstration: 25ห้องสมุดไป่ตู้ 000 Nm3/h @ 0.9% CH4, driving 6 MWe turbine
PROJECT DESIGN:
FC CH4 CH4
0.2 – 1 % CH4
Injecting high concentration mine gas into a large flow of fresh air in order to simulate various concentrations of VAM, then to evaluate abatement in the VOCSIDIZER.
THREE OPTIONAL VAM VOCSIDIZER CONCEPTS
VAM Abatement Only
A
VAM to Thermal Energy
B
VAM to Energy
VAM Power Plant (VAM to Electrical Energy)
C
VOCSIDIZER™
Steam drum
Carbon credit financing of successful emission reduction projects is here to stay
The aim of all efforts to reduce GHG emissions is now to break the trend of increasing global warming, warming which is melting the ice of the Arctic.