煤矿乏风瓦斯富集与高效利用技术可行性报告.docx
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煤矿乏风瓦斯富集与高效利用技术可行性报告
“十一五”863计划重点项目
可行性研究报告
重点项目名称：
煤矿乏风瓦斯分离与氧化利用关键技术与设备开发
所属领域：
资源环境技术
编报日期：
2008年12月
目录
一、项目立项的必要性1
（一）珍惜能源资源，优化能源结构，增强能源可持续发展能力1
（二）减少温室气体排放，保护人类共同家园1
（三）加强自主创新研究与开发，为富集和高效利用煤矿乏风瓦斯提供技术支撑。
2
二、项目技术国内外技术现状及趋势2
（一）国内外技术现状及趋势2
（二）主要技术问题6
三、项目的目标及具体指标要求7
（一）项目的目标7
（二）具体指标要求7
四、项目的主要研究内容7
五、研究方法与技术路线10
六、项目的经费需求及来源11
七、项目年度任务安排13
八、项目的技术、经济效益分析13
一、项目立项的必要性
（一）珍惜能源资源，优化能源结构，增强能源可持续发展能力
能源是关系我国经济社会发展全局的一个重大战略问题，是我国经济和社会持续发展的命脉和基础。
近20年来,随着我国经济的飞速发展,对能源的需求也越来越大,能源供应紧张已成为制约我国经济可持续发展的主要瓶颈。
《国家中长期科技发展规划纲要》指出要大力推进能源结构多元化，增加能源供应。
并把能源开发、节能技术和清洁能源技术取得突破，促进能源结构优化作为能源科技发展的重大目标。
由资源条件所决定，我国是一个以煤炭为主要能源的国家，预计到21世纪中叶，我国煤炭作为第一能源的地位不会改变。
但是，煤矿开采的主导意识是开采煤炭，而矿井瓦斯一直被当作主要的灾害源，传统上通过通风将瓦斯直接排至大气以防患瓦斯灾害。
据统计，我国每年有近200亿m3的煤矿瓦斯混入矿井风流中以低浓度的形式通过乏风排空，造成了不可再生能源资源的巨大浪费和损失。
煤矿瓦斯的主要成分是甲烷（CH4），体积分数一般大于80%，甚至可达到98%，其余为少量的CO、CO2、N2、H2等气体，发热量为30MJ/m3～40MJ/m3，热值与常规天然气相当，是通用煤气的2倍至5倍，燃烧后很少产生污染物，属优质洁净气体能源。
若将煤矿乏风瓦斯加以利用，相当于每年可增加约3000万吨标准煤的优质能源供应，不仅避免了不可再生能源资源的浪费和损失，而且改善了我国能源的构成，提高了优质能源的供应比例。
因此，开展煤矿乏风瓦斯富集与高效应用研究，为排空浪费的乏风瓦斯提纯和利用奠定技术基础，对于增加我国能源供应，优化能源结构，增强能源可持续发展能力，都具有极其重大的战略意义。
（二）减少温室气体排放，保护人类共同家园
甲烷是仅次于二氧化碳的第二大污染气体，温室效应是其21倍，对大气臭氧层的破坏能力为其7倍。
甲烷排入大气而引起气候异常以及对臭氧层的破坏，已经成为全世界共同面临的重大问题，我国对此高度重视。
国家主席胡锦涛指出：
“气候变化既是环境问题，也是发展问题，归根到底是发展问题。
这个问题是在发展进程中出现的，应该在可持续发展框架下解决。
”我国在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中明确规定：
“重点研究开发大尺度环境变化准确监测技术，主要行业二氧化碳、甲烷等温室气体的排放控制与处置利用技术”，将治理二氧化碳和甲烷等温室气体的排放列为环境重点领域的优先主题。
煤矿乏风是甲烷的最大工业排放源，因此，本项目特别符合《国家中长期科学和技术发展规划纲要》环境重点领域全球环境变化监测与对策优先主题。
如果对煤矿乏风瓦斯进行治理和利用，将其氧化成水和二氧化碳，可以大大降低其对大气环境的影响。
据计算，如果将每年排放的近200亿m3的煤矿瓦斯氧化利用，相当于减少约3亿吨二氧化碳的排放。
因此，治理和利用煤矿乏风瓦斯，减少温室气体排放，保护人类共同家园，是我国面临的紧迫任务。
（三）加强自主创新研究与开发，为富集和高效利用煤矿乏风瓦斯提供技术支撑。
胡锦涛总书记在2006年全国科技大会上提出了建设创新型国家的奋斗目标，指出在“自主创新、重点跨越、支撑发展、引领未来”科技方针指导下“把发展能源、水资源和环境保护技术放在优先位置，下决心解决制约经济社会发展的重大瓶颈问题”。
研究开发拥有自主知识产权的煤矿乏风瓦斯吸附富集与高效应用成套技术和装备，形成充分和高效利用煤矿乏风瓦斯的技术支撑，是煤炭行业在建设创新型国家中的重大任务。
由于煤矿乏风瓦斯流量大、浓度低、富集效率低、存在安全隐患、综合利用困难等问题，煤矿乏风瓦斯富集与高效利用技术的研究开发已成为世界各产煤大国的重大课题。
目前我国关于煤矿乏风瓦斯富集与利用技术研究基础薄弱，为数不多的乏风瓦斯氧化处理设施主要依赖进口，而且主要以销毁减排为目的，瓦斯有效利用率低下，自主研发能力亟待提高。
针对我国煤矿瓦斯富集与利用的重大需求，以煤矿乏风瓦斯为对象，研究开发适合我国国情，拥有自主知识产权的煤矿乏风瓦斯吸附富集与高效利用技术路线，开发煤矿乏风收集净化、分离富集、高效利用工艺流程、关键技术和装备，并通过技术集成和工程示范，形成技术装备成套技术，形成吸附富集与高效利用有机结合的技术格局，为充分和高效利用煤矿乏风瓦斯提供技术支撑，已成为我国资源与环境领域的迫切要求。
二、项目技术国内外技术现状及趋势
（一）国内外技术现状及趋势
煤矿乏风具有以下三个特点：
（1）乏风量巨大，一个典型煤矿主排风口的乏风量为600000～1000000m3/h；
（2）煤矿乏风中的瓦斯浓度非常低，一般在0.1%～0.75%范围内；（3）乏风量、瓦斯浓度波动范围大。
这些特点决定了乏风瓦斯很难利用传统燃烧器直接进行燃烧。
研发煤矿乏风瓦斯高效利用技术已成为很多发达国家实现能源可持续发展和保护环境战略的重要组成部分。
而大规模、低成本的治理和利用乏风瓦斯，回收乏风瓦斯的能量，并实现采煤甲烷零排放，已经成为乏风瓦斯综合利用技术发展的必然趋势。
一般来讲，煤矿中的甲烷气体有三种不同的来源，一是煤层气，在开采之间将其排泄出矿井，煤层气中甲烷的浓度约为60-95%；其二是报废矿井中的排气，其甲烷的浓度为30-95%；其三是矿井通风气，甲烷的浓度为0.1-1%。
30%浓度以上的甲烷气体可以用于多种工业过程，例如用于燃气轮机发电。
而浓度小于1%的甲烷气体因其风量大和浓度低在利用上存在很大困难。
煤矿乏风瓦斯浓度低是制约其利用的主要难题，其技术也都是围绕如何规模化治理和利用乏风瓦斯开展，目前利用方法有作为辅助燃料和主燃料使用两类。
煤矿乏风瓦斯作为辅助燃料，可取代空气用于内燃机和燃气轮机的进气或锅炉的进风，节约部分主燃料。
煤矿乏风瓦斯作为辅助燃料在技术上是可行的，但是利用煤矿乏风瓦斯的量非常有限。
煤矿乏风瓦斯作为主燃料，大致可分为逆流氧化和稀燃涡轮燃烧技术两类。
稀燃燃气轮机包括间壁回热式燃气轮机、稀燃催化燃气轮机和催化燃烧微燃气轮机。
由于稀燃燃气轮机能够稳定运行的瓦斯最低浓度在1%以上，显然不适合绝大多数的煤矿乏风瓦斯浓度。
目前有效的煤矿乏风利用方法是采用逆流氧化技术。
逆流氧化技术可分为热逆流反应（ThermalFlowReversalReactor，TFRR）和催化逆流反应（CatalyticFlowReversalReactor，CFRR）两种。
截至目前，只有为数不多的几家国外研制单位进行了煤矿瓦斯氧化技术的研究和装置开发。
总部设在瑞典的MEGTEC公司是最早开展TFRR技术研发的公司。
该公司最初开发TFRR技术主要用于处理低浓度工业挥发性有机化合物（VOC），在全球共销售了600余套装置。
TFRR在处理VOC时，需要补充添加天然气以维持运行。
MEGTEC公司后来将该技术改进用于处理煤矿乏风瓦斯。
TFRR氧化煤矿乏风瓦斯的工作原理为：
首先用电加热器将蓄热陶瓷氧化床加热到甲烷氧化温度，然后停止加热。
煤矿乏风以一个方向流入反应器，气体被蓄热陶瓷加热，温度不断提高，直至甲烷氧化。
氧化后的热气体继续向前移动，把热量传递给蓄热陶瓷而逐渐降温。
随着乏风气体的不断进入，氧化床入口侧温度逐渐降低，出口侧温度逐渐升高，直至气体流动在控制系统控制下自动换向。
该技术的关键是要将送入反应器中的气体不断变换流动方向，使气体在蓄热氧化床中吸热升温，以保证氧化过程的自维持。
MEGTEC公司于1994年在英国一家煤矿安装了一套试验装置，其煤矿乏风的瓦斯浓度为0.3%-0.6%，流量为8000m3/h。
该项目证实了利用TFRR技术氧化煤矿乏风瓦斯和回收其中热量的可行性。
2001年第二套试验装置安装在澳大利亚比和比拓公司（BHPBilliton）的Applin煤矿，进行工业示范性运行达一年之久。
在该矿，煤矿乏风中的瓦斯浓度高达1%，热逆流反应器的甲烷氧化率为95%，能量回收率为80%，生产热水。
2004年澳大利亚比和比拓公司在WestCliff煤矿安装了4套MEGTEC公司的热逆流反应器，首次进行商业化运作。
该项目通过氧化床内置换热器生产过热蒸汽，推动蒸汽涡轮发电机组发电。
考虑到安全稳定运行的需要，氧化床内置的换热器构成传统蒸汽锅炉的一部分。
发电蒸汽循环系统的其它部件都采用传统技术。
该项目于2007年初开始运行，可以将WestCliff煤矿大约20%煤矿乏风转化为有用的能源，发电能力为5MW，这是世界上首次利用煤矿乏风瓦斯发电的大型项目。
1995年，加拿大矿物与能源技术中心（CANMET）开始研发煤矿乏风瓦斯催化逆流反应（CFRR）技术。
其工作原理与MEGTEC公司的热逆流反应技术大体相同，主要区别是使用了催化剂以降低瓦斯氧化温度。
CANMET开发出了实验室规模的催化逆流反应器，并在该装置上进行了煤矿乏风瓦斯催化氧化模拟试验。
该技术的缺点是需要使用贵金属催化剂，增加了设备制造成本和维护费用。
2003年，LefebvreFrèresLtée公司在蒙特利尔安装逆流式煤矿乏风催化氧化装置，处理1800m3/h的煤矿乏风。
但是从实际应用角度来看，目前只有热逆流反应技术成功地在煤矿现场进行了商业应用。
我国对煤矿乏风瓦斯利用技术的研究起步较晚。
西安科技学院曾模拟试验研究了甲烷浓度大于0.4%的煤矿乏风的销毁减排技术。
北京化工大学在实验台规模（催化剂装填量1升）开展了0.5%～1%模拟煤矿乏风减排，当浓度1%时，气体混合物温度能达到750℃。
在不同的反应条件下，甲烷催化氧化燃烧的转化率均超过98%，能在较宽的操作条件下实现低浓度甲烷自热氧化燃烧，循环周期最长超过50分钟。
但目前还没有煤矿现场应用示范性工程。
2005年2月，山东理工大学和胜动集团开始合作研究煤矿乏风瓦斯热逆流氧化技术。
在氧化蓄热陶瓷床蓄热特性、加热起动方法、热量提取方法、温度分布控制等方面进行了初步探索，并取得了一些原创性的成果。
2006年4月，自主开发出了处理能力为200m3/h的小型卧式煤矿乏风瓦斯热氧化试验装置，该装置通过计算机控制自动运行，可以生产热水和蒸汽，并通过了一个月的可靠性试验。
2006年底，山东理工大学和胜动集团共同研制了处理能力为10000m3/h的卧式乏风瓦斯热氧化装置，并在胜动集团进行了模拟煤矿乏风瓦斯的氧化试验，可以生产饱和蒸汽，该装置于2007年4月在辽宁省阜新一煤矿开始进行工业性试验。
2007年8月8～9日，由国家发改委、煤炭工业协会、国家安监总局、国家环保总局组织国内煤炭系统有关专家对其进行现场技术评审，认为该技术总体达到国际先进水平。
2008年胜利油田胜动集团公司对该装置进行技术改造，使其成为“只氧化销毁乏风甲烷，氧化热不利用”结构型式，并进行了现场连续运行的工业性试验，取得了较好的效果。
2008年5月，山东理工大学在对组合式蜂窝陶瓷氧化床技术、外部燃烧器启动加热技术、氧化热量提取技术作进一步攻关的基础上，研制了处理能力为1000m3/h的立式乏风瓦斯热氧化试验装置，该装置稳定运行的最低瓦斯浓度为0.2%，可以生产过热蒸汽。
国内虽然在一些关键技术和设备研制等方面取得了一些具有自主产权的原创性成果，但总体来看，研究还不系统，还有很多关键技术需要进行深入地研究开发；所研制的实验室规模试验装置较为成功，而工业样机在技术上、特别是在稳定性和热量回收利用方面与国外先进产品相比仍有差距，还没有开发出能够真正示范运行的工业样机。
总体而言，在煤矿乏风瓦斯热逆流氧化技术研究与设备研制上，具有如下的技术发展趋势，体现在以下几个方面：
（1）开始注重机理研究与关键技术开发相结合。
在研发内容方面：
从由以前的试验装置研制和试验开始向甲烷氧化机理研究与关键技术开发相结合转变。
在研究手段方面：
从由以前的试验研究开始向数值计算、仿真与试验研究相结合转变。
（2）技术趋向于多样化。
为了适应不同的煤矿乏风瓦斯浓度，在总体技术上目前呈现三种趋势：
对于浓度非常低的乏风瓦斯，采用仅仅氧化甲烷的技术；对于中低浓度的乏风瓦斯，采用氧化甲烷并进行简单热利用的技术；对于中高浓度的乏风瓦斯，采用氧化甲烷并进行发电利用的技术。
（3）设备向规模化、自动化发展。
研制设备的单台处理乏风能力由几千立方米/小时发展到几万立方米/小时。
设备的自动化水平越来越高,从最初的单纯换向阀换向控制，向对温度场分布、气流换向、乏风瓦斯浓度调节、加热起动过程等进行全方位控制发展。
（二）主要技术问题
我国煤矿乏风瓦斯氧化利用技术从应用目标层面看，急需解决的主要问题集中在氧化装置运行稳定性、温度分布均匀性、过热蒸汽参数波动、流动阻力损失和能耗过大等方面，有以下关键技术需要开展研究开发攻关：
（1）提高热逆流氧化装置运行稳定性。
煤矿乏风瓦斯浓度低是其利用的主要难点。
热逆流氧化装置氧化甲烷，是依靠乏风在氧化床内部流动过程中不断地从氧化床吸取热量，将乏风升温至甲烷氧化温度来进行的。
在工作过程中，温度场是在不断移动的，气体与氧化床之间的热交换是一个动态的吸热和放热过程。
如果氧化床、取热系统设计不合理，将会导致乏风瓦斯氧化放出的热量不足以维持氧化床的蓄热，氧化床温度逐渐降低而不能工作的情况。
这是国内工业样机在低瓦斯浓度情况下不能稳定运行的主要原因。
如何提高氧化装置在瓦斯浓度较低情况下的运行稳定性，是关系到氧化技术能否得到实际应用的关键问题。
（2）提高氧化床流通截面温度分布均匀性。
通过在我国开发的工业样机上实验发现，在氧化床流通截面上存在着热自然对流现象，导致氧化床上部温度远远高于下部温度。
上部温度高，容易造成蓄热陶瓷破坏，降低了氧化装置的寿命；下部温度低，甲烷不能氧化，这不但降低了氧化率，也使得氧化装置运行不稳定。
因此，提高氧化装置流通截面温度分布均匀性是急需解决的又一个关键问题。
（3）提高过热蒸汽品质。
目前，国内外一般采用将换热器置于氧化床内部的方法来回收煤矿乏风瓦斯热氧化产生的热量。
但由于氧化床内部的温度场在不断地移动，换热器周围的温度场随时变化，产生的过热蒸汽的温度和压力随时波动；而煤矿乏风瓦斯浓度和流量波动，进一步加剧了过热蒸汽参数的波动，不利于过热蒸汽的高效利用。
因此，如何使氧化装置稳定输出能量，并保持蒸汽参数稳定是煤矿乏风瓦斯高效利用的关键问题。
（4）降低氧化装置流动阻力损失和能耗。
氧化装置本身的能耗主要来自于风机的电耗。
由于氧化装置乏风流动系统阻力损失较大，风机的能耗为30~35千瓦/万立方米。
降低氧化装置流动阻力损失，能够有效地降低氧化装置的能耗。
氧化装置流动阻力损失主要来自于三方面：
管路流动阻力损失、氧化装置乏风进出口的扩张与收缩阻力损失和蓄热氧化床内部的流动阻力损失。
其中，如何降低氧化装置乏风进出口的扩张与收缩阻力损失和蓄热氧化床内部的流动阻力损失是关键所在。
三、项目的目标及具体指标要求
（一）项目的目标
针对矿井乏风甲烷风排量巨大、浓度低、难于利用的特点，以蓄热逆流反应技术为平台，研发煤矿乏风瓦斯热氧化和热量回收的关键技术和设备，并进行技术集成，在煤矿现场建立示范运行装置，形成我国具有自主知识产权、先进实用的煤矿乏风瓦斯热氧化利用技术体系，为我国实现大规模、低成本地治理和利用煤矿乏风瓦斯提供技术保障。
通过项目的实施，培养一批具有创新能力的学术带头人，造就一支高水平的科技队伍；在跟踪煤矿乏风瓦斯热氧化技术国际先进水平的基础上，突破某些关键技术难点，使我国煤矿乏风瓦斯热氧化技术总体达到国际先进水平，部分成果居国际领先地位，从而实现我国煤矿乏风瓦斯利用技术的突破性进展。
（二）具体指标要求
1、技术指标
通过技术攻关，在煤矿现场建立示范运行装置，并稳定运行3个月以上，形成我国具有自主知识产权的煤矿乏风瓦斯热氧化利用技术体系，获得2~4项发明专利，发表三大检索论文10~20篇。
提交成果的具体技术指标如下：
（1）在煤矿现场建立1套示范运行装置，单台氧化装置处理矿井乏风能力为60000立方米/小时，并稳定运行3个月以上；
（2）稳定运行的最低瓦斯浓度≤0.3%；
（3）甲烷氧化率≥95%；
（4）进出口气体温差≤60℃；
（5）能够生产过热蒸汽，过热蒸汽的压力≥1.6MPa，温度≥350℃，压力和温度波动幅度≤±5%。
2、本项目实施后达到的技术水平
项目实施后，使我国煤矿乏风瓦斯热氧化技术总体达到国际先进水平，部分成果达到国际领先水平。
四、项目的主要研究内容
1、主要研究内容
为实现上述目标，需要开展以下研究工作：
（1）热逆流氧化装置本体的研制
研制热逆流氧化装置本体，形成以蓄热氧化床为主，可以在加热起动后能够自维持乏风瓦斯氧化的集成系统。
1）组合式蓄热氧化床研制
通过数值模拟和实验，研究各种蜂窝陶瓷的结构参数（开孔率、孔的形状与尺寸、比表面积等）、物性参数（密度、比热容、换热系数、导热系数、热膨胀系数、耐热冲击性能和最高使用温度等）对氧化床蓄热特性和阻力特性等性能影响规律，为氧化床的优化设计提供基础数据。
基于甲烷氧化需要一定的温度和时间，研究氧化床的最高温度、高温区的宽度以及气体流速等参数对甲烷氧化的影响规律，为氧化床的优化设计提供依据。
基于氧化床各部位的功能和对蓄热体的要求不同，研制一种新型的多种蜂窝陶瓷组合氧化床结构。
主要包括：
研究氧化床各部位对蓄热体的不同性能要求；研究氧化床优化设计方法；研制蜂窝陶瓷排列集成技术；多种蜂窝陶瓷组合氧化床结构设计及优化，以提高乏风瓦斯氧化效率，保障氧化装置稳定运行，并降低气体流动阻力、延长氧化装置使用寿命。
2）气体进出口分配系统研制
针对氧化床流通截面积远远大于换向阀流通截面积的情况，研制气体分配器，以保证乏风流量均匀地进入氧化床，保证氧化床横截面温度分布均匀，提高氧化装置运行稳定性。
具体为：
研究气体在分配器内的流动分配方法，研究分配器结构参数对流动阻力的影响规律，研制气体进出口分配技术。
3）加热起动系统研制
研究氧化床加热起动方法；研制加热起动系统；研究加热起动系统与氧化床的集成技术。
4）乏风换向系统研制
基于我国还没有适用于乏风瓦斯热逆流氧化技术的换向设备，研制大通径、移动板式三通换向机构，采用两个三通换向机构实现气体的快速换向。
研制换向系统与氧化床本体的集成技术，以减少换向系统与氧化床之间的气体体积，降低乏风瓦斯的逃逸量。
研制换向机构工作位置的监测反馈装置，确保换向机构可靠切换。
（2）瓦斯氧化热量提取技术的研究
煤矿乏风的氧化可释放出一定的热量，除了为维持氧化床内热反应所需要的热量外，其余热量可被回收利用。
而热量提取技术的开发是十分关键的，它不仅涉及到氧化装置工作稳定性，也涉及到瓦斯能量利用率及利用方式。
本项目拟研究氧化床多余热量提取方法，研究取热系统及取热量对氧化装置运行稳定性的影响规律，提高氧化装置运行稳定性和热量利用率。
研究取热系统组成与结构，研发专用换热器，能够生产过热蒸汽。
过热蒸汽参数稳定技术，降低过热蒸汽的压力、温度的波动，以提高过热蒸汽品质、达到煤矿乏风瓦斯高效利用的目的。
（3）乏风瓦斯浓度调节技术的研究
针对具有瓦斯抽放系统的矿井，为使进入热逆流氧化装置的乏风瓦斯浓度保持稳定，并提高氧化装置销毁处理利用瓦斯的效率，研究开发矿井抽放瓦斯与乏风瓦斯掺混调节进入氧化装置甲烷浓度的调节技术。
（4）实时测控系统的研制
研制高可靠性的逆流氧化装置计算机监控系统，将逆流氧化装置的各子系统集中控制，进行系统性协调，达到使热逆流氧化装置能够正常运行，高效氧化瓦斯，高效生产高品质过热蒸汽的目的。
1）逆流动态复杂条件下的控制方法研究
为了达到氧化装置的稳定运行，要求氧化床的蓄热量相对稳定，即达到准稳态。
研究氧化床温度场准稳态的控制方法，使氧化床的蓄热量在温度场移动过程中保持相对稳定。
研究取热控制方法和蒸汽参数控制方法，以生产高质量的过热蒸汽，并保持氧化床稳定运行。
研究维持高甲烷氧化率的控制方法，提高甲烷氧化率和热效率。
2）实时测控系统的研制
基于CX-SERVER和组态王开发平台，研发测控软件，实现对以下子系统的测控：
乏风瓦斯热氧化床子系统、热量提取及蒸汽产生子系统、安全保障与故障诊断子系统。
（5）氧化装置集成设计和制造，在矿井现场建立示范装置
将热逆流氧化技术、氧化热量提取技术、乏风瓦斯浓度调节技术等单元技术系统集成，完成样机设计和制造。
然后选择适宜的煤矿进行外围配套设备、管路设计与安装施工。
进行煤矿乏风瓦斯热氧化样机安装和调试，开展工作方法技术试验和矿井现场应用试验研究。
通过试验和应用，检验各个关键技术和装置设计，并改进技术和设备，完善设计规范、设备调试与运行规程等，最终形成一套完整的煤矿乏风瓦斯热逆流氧化利用技术系统。
然后进行示范运行。
2、关键技术
（1）组合式蓄热氧化床优化设计技术；
（2）气体进出口导流与分配技术；
（3）瓦斯氧化热量提取及高品质蒸汽生产技术；
（4）瓦斯浓度调节技术；
（5）温度场准稳态控制技术。
五、研究方法与技术路线
1、研究方法
（1）搭建蜂窝陶瓷阻力与蓄热特性试验台（一维试验台），试验研究各种蜂窝陶瓷的材料、结构参数和物性参数与蓄热特性和阻力特性之间的关系。
（2）建立处理能力为5000m3/h的乏风瓦斯氧化试验台（三维试验台）。
建立蓄热氧化数学模型，模拟研究热逆流蓄热氧化床内的温度动态分布特性和甲烷氧化规律；数值模拟和试验研究氧化床中部高温区的取热量对氧化床内的温度动态分布的影响规律；对氧化床进行优化设计，并在试验台上进行试验验证。
（3）在乏风瓦斯氧化试验台上进行加热起动试验研究。
（4）建立气体进出口流量分配数学模型，利用CFD软件模拟研究气体在进出口分配系统内的流动特性，根据计算结果，设计进出口分配系统，并在乏风瓦斯氧化试验台上进行试验验证。
（5）搭建乏风换向系统试验台，对研制的换向系统进行密封性能和可靠性能试验。
（6）搭建取热系统开发试验平台，数值模拟和试验研究取热系统对氧化床温度分布的影响规律，换热器结构对水、蒸汽与抽取的高温气体之间换热的影响规律，进而研制换热系统。
（7）样机设计与制造，在矿井现场进行工作方法技术试验和应用试验，并示范运行。
2、技术路线
图1 项目开展的技术路线
六、项目的经费需求及来源
本项目的经费概算为1650万元，其中，863计划投入750万元，依托单位匹配900万元。
具体概算见下表。
国家科技计划项目概算表
表A
项目编号：
项目名称：
煤矿乏风瓦斯利用关键技术与设备开发金额单位：
万元
序号
科目名称
合计
专项经费
自筹经费
（1）
（2）
（3）
（4）
1
一、经费支出
1650
750
900
2
1、设备费
1052
302
750
3
（1）购置设备费
302
302
0
4
（2）试制设备费
640
0
640
5
（3）设备改造与租赁费
110
0
110
6
2、材料费
113.5
113.5
0
7
3、测试化验加工费
76
76
0
8
4、燃料动力费
150
150
9
5、差旅费
45
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