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矿井通风瓦斯燃烧系统的CDM分析

1.引言

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美国环境保护局的数据表明：世界范围内煤矿每年排放29～41×10m的甲烷，其中不到

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2.3×10m的甲烷被当作燃料，其余的直接以矿井通风瓦斯的形式排放到大气[1~3]。这一方

面造成了有限的不可再生资源的严重浪费；另一方面甲烷又是很强的温室气体，其全球变暖

潜能值（GlobalWarmingPotential，GWP）约为CO的21倍，还会造成对大气臭氧层的破

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坏，加剧了大气污染。因此，合理利用煤矿通风气中的低浓度瓦斯具有节能和环保双重意义。

通过增加利用矿井通风瓦斯的方法来降低甲烷排放有很多困难，技术方面的困难有：VAM

浓度低（0.1－1％CH），VAM浓度和流量的变化等。经济方面的困难有：资本的缺乏，

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天然气价格低，缺乏开发VAM方面的信息等[1~3]。

目前，国外的低浓度瓦斯利用技术主要有两种：TFRR和CFRR。热力双向流反应器

(ThermalFlow-ReversalReactor,TFRR)都已步入商业示范阶段，可连续处理含CH4浓度为

0.35%的低浓度瓦斯；催化媒双向流反应器(CatalyticFlow-ReversalReactor,CFRR)已在实验

室完成了0.1%以下浓度瓦斯的处理。我国在这方面的研究较少，没有形成自主的理论、技

术方法[4~5]。

本研究室提出一种新的燃烧VAM的方法，即利用超焓燃烧的思想设计Swiss-Roll结构的环

形卷式燃烧器及其热能利用系统，本文简述了这种新的燃烧装置，对系统执行清洁发展机制

的可行性进行了分析，并在此基础上对项目进行了技术经济学分析，为系统的市场化提供了

经济学决策依据。

2VAM燃烧与热能利用系统简介

超焓燃烧(excessenthalpycombustion)的概念首先由Weinberg于1971年提出，所谓“超焓”

燃烧，是指在不借助于外部热源的前提下，通过热交换器、蓄热器或其他方式将燃烧所产生

的热能(或排放的高温废热)回收再利用，用以预热反应物。焓的再循环相当于“在热流中建

立了一个堤坝”使反应物在最高点释,放化学能的额外潜能,利用这种燃烧方式可以提高反应

速度,拓宽稳定燃烧范围,增加燃烧的稳定性,对于低热值或低浓度燃料燃烧,具有一定的适用

性[6~8]。

本项目方案如图1所示，SwissRoll结构的环形燃烧器进气道与燃烧尾气并行折叠成环形

卷状构成逆向换热器。VAM由进口进入环形通道，与在另一环行通道内的高温烟气发生逆

流换热，预热至一定温度，进入在环状通道圈中心的多孔材料一侧，经气流均布板整流后，

以轴向气流方向在多孔介质内中发生燃烧，燃烧产生的高温烟气在多孔材料的另一侧汇合，

经环形通道与煤层气换热后由出口排出。实现了有效的保温和高效的换热。燃烧反应集中在

环形卷的中心部分，并安装了多孔介质增加反应时间和蓄热来以稳定燃烧；在进气口和中心

区均设置电加热启动设备；在中心区后部用工质承压蒸汽进行可控的高品位热量利用，在高

温中心区域取走部分热量，这不仅是能量利用的需要，更是稳定控制燃烧的必要手段，热能

利用所取走的热量根据VAM浓度和流量的变化进行实时调节，以防止进气过热而导致反应

区提前或靠后，使得燃烧反应区始终稳定在中心的多孔介质内。

矿井通风瓦斯燃烧系统的CDM分析

中国新能源网|2008-6-189:56:00|新能源论坛|我要供稿

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3.CDM项目的可行性分析和减排量计算

VAM燃烧系统具有良好的温室气体减排能力，根据2005年2月生效的《京都议定书》，

这些甲烷可以通过市场机制进行减排，即CD