[发明专利]一种煤矿乏风综合利用方法及系统

说明书

本发明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400‑450℃，然后关闭点火单元；将加热后的煤矿乏风注入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，使余热锅炉产生蒸汽，然后将取热后的净化气注入换热器中与新鲜的煤矿乏风进行换热。按照本发明的技术方案可以实现对低甲烷浓度的煤矿乏风进行充分利用，并且装置简化，可靠性高，爆炸等风险低，甲烷燃烧效率高。

技术领域

本发明涉及煤矿乏风治理技术领域，具体涉及一种煤矿乏风综合利用方法及系统。

背景技术

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。

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。

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。

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。

发明内容

本发明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。

为了实现上述目的，本发明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：

(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；

(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。

优选地，所述煤矿乏风的甲烷浓度为0.15-1.2体积％。

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℃。

优选地，经过所述余热锅炉取热后的净化气的温度为420-470℃。

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℃。

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％。