煤礦通風(fēng)瓦斯氧化技術(shù)探討

摘 要：本文主要針對(duì)目前使用的煤礦通風(fēng)瓦斯利用技術(shù)進(jìn)行了探討，將重點(diǎn)放在了熱氧化以及催化氧化技術(shù)的介紹普及方面，指出各項(xiàng)氧化技術(shù)具有的優(yōu)勢(shì)以及劣勢(shì)。筆者認(rèn)為我國(guó)目前使用的熱氧化技術(shù)還是相當(dāng)成熟的，值得進(jìn)行更大范圍的推廣；且催化氧化技術(shù)也會(huì)因其特別的優(yōu)點(diǎn)得到較好的發(fā)展，具有較大的發(fā)展空間。

關(guān)鍵詞：煤礦通風(fēng)；通風(fēng)瓦斯；氧化技術(shù)；熱氧化技術(shù)；催化氧化技術(shù)

中圖分類號(hào)：TD712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）29-0240-01

1 前 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，資源匱乏的相關(guān)問題日益突出，隨之而來的環(huán)境惡化問題亦越來越嚴(yán)重，故此將低品位的資源進(jìn)行最大程度上的利用已經(jīng)成為目前發(fā)展過程中的一項(xiàng)重要需求。我國(guó)目前使用煤層氣資源是比較豐富的，其主要成分是常見的甲烷，但是資源的利用率低的問題是比較嚴(yán)重的，甚至沒有能夠達(dá)到10%。而且因?yàn)闆]有能夠及時(shí)抽出煤礦礦井中的瓦斯，礦難現(xiàn)象屢見不鮮，最終直接導(dǎo)致大量的人員死傷。即便部分的礦井具有良好的通風(fēng)條件，煤礦乏風(fēng)中含有的低濃度甲烷化學(xué)能也沒有能夠進(jìn)行有效的利用。

20世紀(jì)80～90年代，國(guó)外的部分國(guó)家開始對(duì)通風(fēng)瓦斯利用技術(shù)進(jìn)行相關(guān)的研究，我國(guó)對(duì)該技術(shù)的研究時(shí)間比較晚，目前常見的通風(fēng)瓦斯利用技術(shù)能夠分為兩種，即輔助燃料以及主燃料利用技術(shù)。

2 輔助燃料利用技術(shù)

輔助燃料利用技術(shù)就是價(jià)格煤礦中的通風(fēng)瓦斯應(yīng)用于以其他燃料為主的燃料中。常見的有汽輪機(jī)、煤礦抽放瓦斯為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)、天然氣以及鍋爐等其他的一些燃燒設(shè)備，能夠?qū)⒌V井中的乏風(fēng)進(jìn)行比較充分的利用，將其作為燃料設(shè)備運(yùn)行過程中的外界空氣源，從而達(dá)到有效利用以及瓦斯消耗的最終目的。

這部分的應(yīng)用之能夠?qū)⒚旱V中含有的通風(fēng)瓦斯進(jìn)行少量的消耗。輔助燃料應(yīng)用技術(shù)應(yīng)用的最主要對(duì)象是內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、大型鍋爐等設(shè)備，也能夠在煤礦風(fēng)井周圍的一些用能單位進(jìn)行利用，在單位使用的耗能設(shè)備供風(fēng)系統(tǒng)中使用礦井乏風(fēng)能夠?qū)⑵浜涂諝庖煌腿朐O(shè)備中進(jìn)行燃燒，該操作能夠在一定陳年高度上將燃料使用的使用率進(jìn)行降低，從而提高整體的效率。但是上述的項(xiàng)目在目前只能夠當(dāng)做概念進(jìn)行示范和講解，還沒有成熟的條件來保證大規(guī)模的使用以及推廣。

3 主燃料利用技術(shù)

主燃料利用技術(shù)和輔助燃料利用技術(shù)是相反的，是將煤礦中的通風(fēng)瓦斯作為主要燃料（單獨(dú)燃料）保證設(shè)備能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)的技術(shù)。在理論上，該項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)⑷康耐L(fēng)瓦斯進(jìn)行消耗，具有高效的利用率。作為主燃料，國(guó)內(nèi)外在對(duì)通風(fēng)瓦斯進(jìn)行使用的時(shí)候主要有兩種方式，即熱氧化方法以及催化氧化方法。和輔助燃料利用技術(shù)進(jìn)行比較，將風(fēng)排的瓦斯作為主要的燃料并且進(jìn)行利用能夠?qū)⒌蜐舛鹊募淄檫M(jìn)行有效的燃燒，最終能夠得到大量的化學(xué)反應(yīng)熱，從而使得該種利用方式具有高效性。

3.1 熱氧化技術(shù)

使用熱氧化技術(shù)的設(shè)備是一種名稱為雙向流反應(yīng)器的裝置，該裝置的使用原理就是氣體與固體間再生熱的交換原理，這里說到的氣體就是我們文中重點(diǎn)提及到的礦井乏風(fēng)，固體是高效存儲(chǔ)于傳輸熱量的熱交換介質(zhì)床。其中心構(gòu)成部分就是床體（大多數(shù)由陶瓷或者石英制作的柵格制成）、電加熱單元以及熱交換單元。

3.2 催化氧化技術(shù)

風(fēng)排瓦斯催化氧化技術(shù)主要依靠的設(shè)備是流向變換催化氧化反應(yīng)器。其中使用到的原理就是催化氧化技術(shù)在催化劑的催化作用下，在高壓燃燒室中進(jìn)行進(jìn)一步的氧化，從而產(chǎn)生一定儲(chǔ)量的高壓氣體，最終做功發(fā)電。對(duì)該種類的反應(yīng)器進(jìn)行有效的開發(fā)具有下面幾個(gè)主要的原因：

（1）在一般的情況下，反應(yīng)器的體積是比較大的，其內(nèi)部的溫度又非常高，對(duì)于設(shè)備的整體制造以及運(yùn)行是不方便的。

（2）高溫燃燒的過程中會(huì)讓空氣中含有的氮?dú)猱a(chǎn)生一些反應(yīng)以及變化，最終生成對(duì)環(huán)境以及人體有害氮氧化物。

上文提到的反應(yīng)器是屬于蓄熱式催化反應(yīng)器的一種，反應(yīng)器的內(nèi)部具有催化劑床層，能夠?qū)⒓淄樽匀嫉臏囟冗M(jìn)行較大程度上的降低，在較低的溫度之下，甲烷和氧氣之間能夠進(jìn)行相關(guān)的一系列反應(yīng)，釋放一定程度上的化學(xué)反應(yīng)熱。

催化氧化反應(yīng)器的相關(guān)操作和熱氧化反應(yīng)器是非常相似的，也是通過開閉閥門對(duì)風(fēng)排瓦斯的流動(dòng)方向進(jìn)行改變，最終將蓄熱陶瓷蓄積的熱量進(jìn)行加熱，使其保證維持氧化反應(yīng)能夠進(jìn)行，多余的熱量則可以用于供熱以及發(fā)電。

4 結(jié) 語(yǔ)

煤礦中的通風(fēng)瓦斯具有非常巨大的能源，所以把握住通風(fēng)瓦斯的開發(fā)機(jī)會(huì)并且將其進(jìn)行推廣運(yùn)用對(duì)于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著非常重要的作用。除此之外，該類技術(shù)的開發(fā)運(yùn)用還能夠獲得巨大的環(huán)保效益，故此該項(xiàng)技術(shù)勢(shì)必會(huì)成為未來煤礦開發(fā)過程中的一項(xiàng)重要課題。政府應(yīng)該對(duì)該類技術(shù)提供良好的政策方面支持，完善規(guī)范相關(guān)的法律法規(guī)體系，保證該產(chǎn)業(yè)能夠進(jìn)行良好的發(fā)展。

目前，熱氧化的技術(shù)和其他技術(shù)相比較起來是較為成熟的，已經(jīng)能夠在國(guó)內(nèi)外的很多煤礦中進(jìn)行成功的應(yīng)用，也取得了比較令人滿意的收益，故此能夠在我國(guó)的煤礦中進(jìn)行大范圍的推廣措施；催化氧化技術(shù)對(duì)于甲烷濃度沒有較嚴(yán)苛的要求，其排放出的氮氧化物也較低，所以具有比較大的優(yōu)勢(shì)，值得相關(guān)的技術(shù)人員進(jìn)行更加深入的研究。在未來的研究中，我國(guó)的專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將主要的心思放在合適催化劑的開發(fā)上，使其能夠保證低溫活性以及高溫穩(wěn)定性這兩方面的主要需求。

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收稿日期：2018-9-6