一种煤矿乏风综合利用方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及煤矿乏风治理技术领域，公开了一种煤矿乏风综合利用方法及系统。该方法包括：在点火单元中通入空气和煤气进行燃烧，将燃烧产生的热空气输送到催化燃烧室中对催化剂床层进行加热，并将对催化剂床层加热后的热空气输送到换热器中与新鲜的煤矿乏风进行换热，使煤矿乏风的温度升高至400

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿乏风综合利用方法及系统


[0001]本专利技术涉及煤矿乏风治理
，具体涉及一种煤矿乏风综合利用方法及系统。

技术介绍

[0002]煤矿开采过程中的大量瓦斯气，其主要成分是CH4(甲烷)、与煤炭伴生、以吸附状态储存于煤层内的非常规天然气。
[0003]据2015年统计数据，全世界煤矿开采排入大气的甲烷总量超过2700万吨。如此巨大的排放量将对环境、能源利用方面造成巨大的负面影响：在环境方面，CH4是一种温室效应很强的气体，以100年计的CH4温室效应是CO2的21倍；在能源利用方面，CH4是一种热值较高的有限的不可再生清洁能源(完全燃烧产物为CO2和H2O)，且我国煤层气资源丰富，与西气东输的天然气量相当。
[0004]高浓度的瓦斯气，通过泵站收集后外送或者利用瓦斯内燃机发电，实现较高的经济效益；低浓度的瓦斯乏气主要是供回风系统的排气，其中含有低浓度的瓦斯气(约0～0.75％)，占瓦斯总量的80％，由于乏风瓦斯风量大、浓度低且波动范围大的特点，使得≤1％的乏风瓦斯难以利用传统燃烧方法加以利用，目前基本处于排空状态，释放了大量甲烷。在当下能源日益枯竭的严峻形势下，CH4不加以利用直接排放无疑造成了能源的极大浪费。充分利用这些资源，进行供热、发电可实现巨大的经济效益和碳减排效果。
[0005]煤矿乏风瓦斯(≤1％)用于发电，至今尚未实现大范围的应用，山西潞安集团高河煤矿采用蓄热式高温燃烧装置进行发电，实现了低浓度瓦斯的利用，但用蓄热体实现换热，存在的主要问题主要是阀门切换频繁容易坏、蓄热体容易坏、设备比较庞大。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了克服现有技术对于甲烷含量为1％以下的煤矿乏风不能进行有效充分利用的问题，提供一种煤矿乏风综合利用方法及系统。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种煤矿乏风综合利用方法，该方法包括以下步骤：
[0008](1)在点火单元中通入空气和煤气进行燃烧，将燃烧产生的热空气输送到催化燃烧室中对催化剂床层进行加热，并将对所述催化剂床层加热后的热空气输送到换热器中与新鲜的煤矿乏风进行换热，使所述煤矿乏风的温度升高至400
‑
450℃，然后关闭点火单元；
[0009](2)将加热后的煤矿乏风注入所述催化燃烧室中进行催化燃烧，产生的高温净化气进入余热锅炉中进行加热，使所述余热锅炉产生蒸汽，然后将经过所述余热锅炉取热后的净化气注入所述换热器中与新鲜的煤矿乏风进行换热。
[0010]优选地，所述煤矿乏风的甲烷浓度为0.15
‑
1.2体积％。
[0011]优选地，所述催化燃烧室中产生的高温净化气的温度为480
‑
750℃。
[0012]优选地，经过所述余热锅炉取热后的净化气的温度为420
‑
470℃。
[0013]优选地，从所述换热器中排出的净化气的温度比注入所述换热器中的新鲜的煤矿乏风的温度高20
‑
25℃。
[0014]优选地，所述催化燃烧室中的催化剂床层中催化剂为含有稀土和贵金属的负载型催化剂，以稀土元素和贵金属元素计，所述稀土和所述贵金属的总负载量为0.5
‑
3重量％。
[0015]优选地，所述催化剂中的载体为堇青石蜂窝陶瓷，所述稀土为镧和/或钇，所述贵金属为铂和/或钯。
[0016]优选地，所述余热锅炉产生的蒸汽用于驱动汽轮机发电、加热热水和供暖中的至少一种。
[0017]本专利技术第二方面提供一种煤矿乏风综合利用系统，该系统包括点火单元、催化燃烧室、换热器、余热锅炉和蒸汽利用单元，其中，点火单元用于启动点火，将催化燃烧室内的催化剂床层加热，热空气进入换热器加热进口煤矿乏风；煤矿乏风通过换热器的进口进入后，与来自余热锅炉的高温净化气发生热交换，使得煤矿乏风的温度升高至400
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450℃；加热后的煤矿乏风进入催化燃烧室进行催化燃烧，得到的480
‑
750℃的高温净化气随后进入余热锅炉；余热锅炉中利用来自催化燃烧室的高温净化气进行加热，余热锅炉中产生的蒸汽进入蒸汽利用单元进行利用；经过余热锅炉取热后的420
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470℃的净化气进入换热器中与进口煤矿乏风发生热交换。
[0018]优选地，所述蒸汽利用单元包括汽轮机发电机和/或蒸汽换热器。
[0019]与现有技术相比，本专利技术所述的煤矿乏风综合利用方法及系统具有以下有点：
[0020](1)采用换热器替代蓄热式工艺，无切换阀，故障率及维护量均较少，设备稳定性高；风量波动对系统影响小；蓄热燃烧工艺在较低风量进入系统时因蓄热体前期蓄积较多热量，存在待处理乏气未进入催化床层氧化降解的可能，致使局部温度过高，影响催化剂、蓄热体使用寿命。
[0021](2)采用用催化剂催化燃烧，可以降低反应活化能，降低反应温度，提高反应速率。甲烷的着火点在528℃，采用催化剂的情况下，甲烷的着火点可以降低到400
‑
450℃。
[0022](3)装置简化，可靠性高，爆炸等风险低。
[0023](4)高效催化燃烧，实现低浓度瓦斯综合利用，下限浓度为0.15体积％。
[0024](5)甲烷燃烧效率高，解决了温室气体排放的问题。
附图说明
[0025]图1是本专利技术所述的煤矿乏风综合利用系统的结构示意图。
[0026]附图标记说明
[0027]1、点火单元；2、催化燃烧室；3、余热锅炉；4、换热器；5、蒸汽利用单元；51、汽轮机发电机；52、蒸汽换热器。
具体实施方式
[0028]以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。
[0029]本专利技术所述的煤矿乏风综合利用方法的整个过程包括两个阶段，第一阶段是点火启动阶段，通过点火单元燃烧煤气产生的热空气加热催化燃烧室的催化剂床层，接着与注
入换热器中的新鲜的煤矿乏风换热，直至使换热器出口的煤矿乏风的温度稳定达到400
‑
450℃时，关闭点火单元；第二阶段是循环稳定运行阶段，将温度升高至400
‑
450℃的煤矿乏风注入催化燃烧室进行催化燃烧，产生的高温净化气进入余热锅炉加热，余热锅炉产生的蒸汽进入后续蒸汽利用单元进行利用，被取热后的净化气接着注入换热器中与新鲜的煤矿乏风进行换热，并且后续循环运行该第二阶段的操作。
[0030]具体的，如图1所示，本专利技术所述的煤矿乏风综合利用方法包括：
[0031](1)在点火单元1中通入空气和煤气进行燃烧，将燃烧产生的热空气输送到催化燃烧室2中对催化剂床层进行加热，并将对所述催化剂床层加热后的热空气输送到换热器4中与新鲜的煤矿乏风进行换热，使所述煤矿乏风的温度升高至400
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450℃，然后关闭点火单元1；
[0032](2)将加热后的煤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿乏风综合利用方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)在点火单元(1)中通入空气和煤气进行燃烧，将燃烧产生的热空气输送到催化燃烧室(2)中对催化剂床层进行加热，并将对所述催化剂床层加热后的热空气输送到换热器(4)中与新鲜的煤矿乏风进行换热，使所述煤矿乏风的温度升高至400
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450℃，然后关闭点火单元(1)；(2)将加热后的煤矿乏风注入所述催化燃烧室(2)中进行催化燃烧，产生的高温净化气进入余热锅炉(3)中进行加热，使所述余热锅炉(3)产生蒸汽，然后将经过所述余热锅炉(3)取热后的净化气注入所述换热器(4)中与新鲜的煤矿乏风进行换热。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述煤矿乏风的甲烷浓度为0.15
‑
1.2体积％。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述催化燃烧室(2)中产生的高温净化气的温度为480
‑
750℃。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的方法，其特征在于，经过所述余热锅炉(3)取热后的净化气的温度为420
‑
470℃。5.根据权利要求1
‑
4中任意一项所述的方法，其特征在于，从所述换热器(4)中排出的净化气的温度比注入所述换热器(4)中的新鲜的煤矿乏风的温度高20
‑
25℃。6.根据权利要求1
‑
5中任意一项所述的方法，其特征在于，所述催化燃烧室(2)中的催化剂床...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙江颖，
申请(专利权)人：国能龙源环保有限公司，
类型：发明
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