矿井乏风极低浓度甲烷高温氧化应用研究

摘要

矿井乏风也称为通风瓦斯，其甲烷浓度极低，一般在1％以下，属于极低浓度甲烷，这种浓度的甲烷在一般条件下不能被直接利用，如果对乏风进行分离提纯，所耗费的能量要远远超过所获取甲烷能量的价值是不经济的。世界每年排入大气的瓦斯量约为2500万吨，2010年的排放量可能达到2800万吨，其中70％（中国为90％）来自矿井乏风。可见，每年通过矿井乏风而浪费的瓦斯能源量是相当大的。同时，甲烷也是一种极具污染性的气体，据有关资料显示单位体积的甲烷所造成温室效应的能力是CO2的21倍左右，甲烷对大气中臭氧层的破坏能力也是相当大的。所以矿井乏风直接排空对环境造成了很大的破坏。总之：矿井乏风是丰富而廉价的，如果能加强对这些长期直排空的矿井乏风的利用，无疑将会节约大量的能源，并且对环境保护有着直接而重要的意义。
　　 本文实验通过配置浓度为0.75％和0.5％的极低浓度甲烷来模拟矿井乏风，使两个浓度的甲烷通过高温炉膛，收集炉膛排除的气体，并对收集气体进行测试，以得到矿井乏风高温氧化的条件和规律。实验通过调整炉膛温度以得到不同温度下极低浓度甲烷的氧化情况；通过改变气体流速，调整极低浓度甲烷在高温条件下的氧化时间，来进一步得出极低浓度甲烷高温氧化与氧化时间的关系。最后实验模拟了气体通过炉膛的情况，并用fluent软件对炉膛内部的相关情况进行了模拟。通过实验得出：
　　 （1）极低浓度甲烷在一定温度下能够被逐渐氧化。氧化所需的温度与其浓度有关，一般条件下，甲烷浓度越高则氧化所需的温度越低；甲烷浓度越低，氧化所需的温度越高。
　　 （2）极低浓度甲烷高温氧化与气体在高温条件下持续的时间有关，气体在高温条件下持续的时间越长，其氧化所需的温度越低；气体在高温条件下持续的时间越短，氧化所需的温度越高。
　　 （3）根据实验研究得出极低浓度甲烷在锅炉炉膛中应该在850℃左右时即开始被氧化，甲烷浓度逐渐降低，且在900℃左右时能被被完全氧化。并且根据上面实验结论得出，若降低炉膛进风风速，则极低浓度甲烷高温氧化所需的温度会更低。
　　 本文还结合屯留矿的现场实际情况，对屯留矿乏风利用进行了初步设计，并对乏风利用的社会效益和经济效益进行了分析和说明。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1 章 绪 论

第2 章 矿井通风管理

第3 章 极低浓度甲烷高温氧化试验研究

第4 章 潞安集团屯留矿乏风工业利用设计

第5 章 屯留矿乏风利用效益分析

结 论

致 谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果