[发明专利]乏风氧化发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及矿井低浓度瓦斯利用，特别是对矿井超低浓度瓦斯进行氧化并对反应热进行高效热电转化的乏风氧化发电系统。

背景技术

矿井生产中伴随的瓦斯气体，主要经过两条途径排放到大气中：瓦斯抽采泵站和中央回风井。依据《煤层气（煤矿瓦斯）排放标准（暂行）》（GB 21522-2008）的规定，甲烷体积浓度高于30%的瓦斯气体（称为高浓度瓦斯）必须利用，禁止直接排放。而大多数矿井的抽采瓦斯浓度在10~25%之间，属于允许直排的范围，中央回风井排放的瓦斯浓度一般在0.1~0.5%之间，最大不超过0.75%。所以，这部分排放瓦斯一直都是当做废气被放空，其价值一直没有被重视。抽采瓦斯气体，浓度高于10~15%的部分，大多采用小型燃气轮机或内燃机机组、蒸汽锅炉的补充燃料发电，国内多家煤矿陆续建设了这类瓦斯发电站，效果还不错。实际应用发现，瓦斯浓度的波动和抽采量的偏移比较大，发电出力远小于设计值，但不影响运行。浓度在4~10%的较低浓度瓦斯，国内还在尝试之中。从2000年开始，各地在利用煤层气（浓度在30%以上的瓦斯）的过程中，逐步开发了低浓度瓦斯（15~25%）的利用技术，可以回收的甲烷浓度降低到了4%的水平。对于4%以下浓度的甲烷利用，尤其对于占总空排量75%以上的浓度为0.75%以下的瓦斯（乏风），则几乎难以利用。这部分瓦斯总量巨大，但浓度非常低，有的甚至低于0.1%。据统计，我国煤矿每年乏风排入大气的甲烷多达100～150 亿m³，基本没有利用。据联合国统计（1994）是190亿m³，世界第一，占中国工业排放的1/3，占世界采煤排放的1/3。煤矿瓦斯的温室效应是二氧化碳的21倍，每利用1亿立方米甲烷，相当于减排150万吨二氧化碳。将当下直接排放到大气中的4%浓度以下巨量瓦斯气体利用起来，通过氧化摧毁，并将反应热发电产生效益，对碳减排及环境保护有极其重要和紧迫的意义。

发明内容

本发明目的在于提供一种乏风氧化发电系统，能将矿井中0.1-0.75%的超低浓度瓦斯配比成稳定的浓度流量，之后进入氧化装置进行氧化摧毁，同时反应产生的热能用于汽轮机高效发电，可输出易于并网的稳定的电流。在此过程中95%以上甲烷气体将被摧毁，产生碳减排效益。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种乏风氧化发电系统，是利用矿井低浓度瓦斯进行氧化摧毁并对反应热进行高效热电转化的系统，其包含有乏风采集与混合系统、乏风氧化装置、氧化热回收发电装置和尾气排放系统，乏风采集与混合系统通过管道与乏风氧化装置连接，通过高温旁路将乏风氧化装置与氧化热回收发电装置连接，乏风氧化装置的低温旁路连接尾气排放系统。

其中，乏风（VAM）采集与混合系统包含以下部件和装置: 乏风井、煤矿瓦斯抽采泵站、百叶窗式集气罩、带旁路百叶窗阀和电动调节阀。百叶窗式集气罩安装在风井排放口上方，百叶窗式集气罩带有带旁路百叶窗阀（百叶窗式挡板），电动调节阀位于百叶窗式集气罩和汇集管道前，风井通过汇集管道与集气管道连接，集气管道与煤矿抽采泵站的运输管道一同并入掺混管道，最后与乏风氧化装置连接。

来自煤矿抽采泵站的抽采瓦斯的甲烷体积浓度至少为4%，通过一系列甲烷监控装置进行控制注入乏风管道，与风井中抽采的浓度为0.1-0.75%的超低浓度瓦斯混合，然后混合后的乏风进入乏风氧化装置中。

优选的是，煤矿抽采泵站的抽采瓦斯(CMM)，其甲烷体积浓度为4-30%。

优选的是，混合后的乏风，甲烷体积浓度为0.3-4.0%。

更优选的是，混合后的乏风，甲烷体积浓度为0.8-1.5%。

优选的是，汇集管道为碳钢材料。

优选的是，集气管道为碳钢材料。

优选的是，掺混管道为混凝土或碳钢材料。

优选的是，如上所述的掺混管道，其还包括矿井瓦斯注入栅极、甲烷检测器、流量计、温度计和压力变送器中的任意一种或几种。

优选的是，瓦斯抽采泵站的运输管道上安装有甲烷检测器。

乏风氧化装置：其包含有塔结构、引风口、热风出口和冷风出口，其中，塔结构中包含增压燃烧室、氧化反应床、增压气室和喷燃器。增压气室位于氧化反应床下方，并与引风口和冷热出风口相连接，氧化反应床分别位于塔体的两边。

优选的是，塔结构的外壳为钢材质。

优选的是，如上所述的塔结构采用双塔结构设计，其包含有氧化反应床、增压气室、增压燃烧室和喷燃器。

优选的是，如上所述的氧化反应床为陶瓷床。