全球vam电厂的进展

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1、! ! ! ! ! ! ! 塑! ! 型! ! ! 型塑尘塑! 1 21 1 堡璺坠! 曼塑凹! ! 曼! 堕! 全球V N d 电厂的进展 理查德曼特斯 ( M E G T E C 系统公司，瑞典哥德堡) 摘要：在澳大利亚的一个煤矿中，1 5 0 ，0 0 0s c f m 的通风用气( 占总容量2 0 的侧流) 中 非常稀薄的甲烷被转化为过热蒸汽，以支持一个6 M W 的常规电厂蒸汽轮机进行发电。 一个独立的较大的煤矿通风井每年排放出大约5 0 ，0 0 0 吨纯甲烷。这不仅会污染环境，而 且浪费能源。澳大利亚的W e s t V A M P 项目可以说是世界上第一个利用矿井乏风作为主要

2、燃料的大型项目。世界上第一座v M 电厂现在已经完成了机械安装，启动过程已经开 始，按计划，调试阶段在2 0 0 6 年年底之前完成。 介绍 通过把一种特殊形式的氧化剂技术与传统电厂的锅炉技术相结合，M E G T E C 系统 公司已经开发了一个在电厂中能够利用极低浓度的甲烷作为主要燃料的专利系统。该系 统基于无焰的逆流反应器( V o c s i d i z e r ) 技术，这是一种床内燃烧技术，不会产生热氮氧 化物。 M E G T E C 系统公司是一家全球领先的将低浓度碳氢化合物排放到空气中的排放控 制设备供应商。自上世纪七十年代起，该公司已经提供了3 0 0 0 多台装置，其中7

3、 0 0 多 台属于V o c s i d i z e r 类型。M E G T E C 公司有8 0 0 多名员工，总部设在美国威斯康辛州。 V o c s i d i z e r 及煤矿V A M 利用的主管中心坐落于瑞典哥德堡市。 当甲烷在空气得到充分加热时，和所有的可氧化气体一样，甲烷将被氧化。在温度 达到( 在标准保留时间时) 8 0 0 0 C 左右之前，甲烷的氧化速率相对缓慢。当温度达到9 0 0 0 C 左右时，所有的甲烷都已被氧化。 V o c s i d i z e r 的结构包括一个隔热良好的钢壳，内部是一个陶瓷材料座。顶部有一个 空气室，另一个空气室位于陶瓷座的下部。

4、在起动该系统时，电线圈将陶瓷座的中心加热到1 0 0 0 0 C ( 大约1 8 0 0 0 F ) 。在通过矿 井乏风使风扇垂直吹过陶瓷座之前，电线圈就应被关掉。隔热性能良好的陶瓷材料保持 高温，当矿井乏风经过陶瓷座时，空气温度上升直至空气中的甲烷被氧化。甲烷被氧化 时，热量得到释放。热空气继续通过陶瓷座，遇到陶瓷座的温度较低的部分，热量通过 有效热传递得到吸收。为了保存进气氧化所必需的能量，该系统仅需要0 1 5 浓度的甲 烷用于自行维持氧化能量。在自行维持模式的条件下，输出矿井乏风比输入矿井乏风的 温度大约提高了4 0 0 C 同样的空气已经被加热到1 0 0 0 0 C 。为了将高温层

5、集中在以陶 瓷材料座为中心的周围部分，通风用气通过该座的流向每隔几分钟就会改变。 鉴于空气中的可氧化气体具有充分的能量值，超过保持氧化不断进行所需能量的那 部分释放的能量可以得到恢复。当矿井乏风中甲烷的能含量足够大时，多余能量可以通 过在陶瓷材料的适当平面上嵌入蒸汽管来得到恢复。 2 0 0 6 第六届国际煤层气研讨会 在矿井乏风的甲烷浓度大约为l 的情况下，如果通风量达到8 0 0 0 0 0 m 3 h ，则矿 井乏风的能量可以产生约7 0 M W 的热能。总系统效率为3 0 的情况下，这些热能将转 换成约2 0 M W 的电力。深层煤矿一般会有冷却要求。在这种情况下，有部分电力会被 牺牲

6、，而冷凝器中水的温度则会稍微上升。然后热水可以被用来为吸收式冷冻机提供驱 动能，而该冷冻机可以提供冷水来冷却煤矿中的空气 图1V o c s i d i z e r 的剖面图。这项设计在工业上获得了认可，可以有效地氧化浓度极低 的甲烷嵌入管可以恢复释放的氧化能量并利用它将水转化成过热蒸汽 图2 通过从煤矿中获取通风用气，V o c s i d iz e r 8 可以氧化极低含量的甲烷并恢复释出的 能量，利用该能量生成热能、冷能和电能。 8 7 ! ! ! ! ! ! ! 坦! ! 型! ! ! 型塑尘堕! ! Q ! ! 曼旦凹! 曼塑堂受垒盟! ! M E G T E C 于1 9 9 4

7、年在英国的一座煤矿提供第一套装置。目的是示范其有效减少存 在于煤矿通风用气中浓度极低的甲烷的能力。它成功地处理了甲烷浓度主要在0 3 和0 6 之间变化的8 0 0 0N m 3 m 的通风用气。 M E G T E C 在2 0 0 1 到2 0 0 2 年期间在澳大利亚的A p p i n 煤矿的安装第二台装置。其 目的：一是要证明带有嵌入蒸汽管的V o c s i d i z e r 可以利用低含量的矿井乏风的能量来烧 开水，二是要证明该系统可以处理煤矿通风用气中甲烷浓度的一般变化。该示范项目的 操作期持续了1 2 个月，并由A C A R P ( 澳大利亚煤炭协会研究计划) 提供部分经

8、费。在 2 0 0 5 年4 月5 日。 图3 在1 9 9 4 年证明V A M 的减少。图4 获奖的V A i l “烧水器”2 0 0 1 到2 0 0 2 年 基于在A p p i n 煤矿所获得的成功，M E G T E C 于2 0 0 4 年同澳大利亚的B H PB i l l i t o n 签订了W i s t w P 项目协议。B H P B i l l i t o n 是世界上最大的能源公司之一。该项目由A G O ( 澳大利亚温室办公室) 提供部分经费。在悉尼南部的W e s t C l i f f 煤矿，W e s t V A M P ( w e s t C l i

9、f f 矿井乏风项目) 将氧化2 5 00 0 0N m 3 m ( 1 5 00 0 0s c f m ) 的通风用气中的甲烷， 并利用其内在的能量来驱动6 M W 的蒸汽涡轮。该空气体积约占了通风井全部容积流量 的五分之一。 2 0 0 5 年7 月完成4 个V o c s i d i z e r 技术的现场安装之后，随着分属于锅炉蒸汽循环和 蒸汽涡轮发电机系统的设备的安装完毕，该发电厂已经完工。该发电厂将在2 0 0 6 年的 第4 季度启动运转。 W e s t V A M P 将成为第一个将V A M 作为主要能源的大型装置。 对于浓度接近1 的甲烷，台从一个主要煤矿坑获得通风用气满

10、流的装置可以产 生净值为1 5 到2 5 M W 的电力，减少约5 0 0 0 0 吨甲烷排放，相当于约1 百万吨的C 0 2 。 通过氧化并利用从上述矿井排放的V A M ，每年对于延缓全球变暖所起到的效果，相当 于关闭一个几百M w 的燃煤电厂，或从减少道路上5 0 万辆汽车。 2 0 0 6 第六届国际煤层气研讨会 图5W o s t V A M P 项目的总布置图、将矿井乏风转换成电力。 2 0 0 6 年春季，M E G T E C 和C O N S O LE n e r g y 公司在美国签订了一份供应大型减少 V A M 示范装置的合约。1 0 月初，V O C S I D I

11、Z E R 将被安装在一个废矿上。在这里，它将 把废矿甲烷( A M M ) 稀释成标准V A M 浓度，然后减少模拟的V A M 。该项目已于2 0 0 6 年第4 季度启动。它不仅能提供一个美国的减少V A M 的示范，而且还将演示如何将不 同浓度的C M M 注入到大的气流中。增加V A M 的浓度或平衡V A M 浓度，以保证普通 电厂蒸汽涡轮的稳定和最佳运行，这正是V A M 电厂所关心的。 结论 煤矿是甲烷的主要排放源。大部分排放到大气中的甲烷浓度极低，一般低于1 ， 但是在大量的通风用气中，从一个煤矿矿井中排出的甲烷往往在一百万N m 3 h 左右。 通过吸收经过证实的技术，M

12、E G T E C 通过示范项目证明其装置可减少甲烷的排放， 并可以通过能量转换产生热能、冷能和电能。 与澳大利亚B H PB i l l i t o n 公司合作的W e s t V A M P 项目在2 0 0 6 年的第4 季度启动。 它将成为第一个将V A M ( 矿井乏风) 作为主要燃料的大规模装置。 致谢 特别感谢M E G T E C 的研发经理A k eK a l l s t r a n d 先生。他抓住了这一新应用领域内的 技术机遇，该领域具有减少温室气体甲烷排放的巨大潜力。感谢M E G T E C 系统公司的 总裁M o b i tU b e r o i 先生。他理解这项技术的重要性，并提供了大力支持。感谢R i c h a r d D a n e U 先生和B H PB i U i t o n 的同行们，他们对该技术开发提供了种种要的意见和建议。 同样感谢A n d r e wW e a v e r s 博士和澳大利亚温室气体办公室( A G O ) 的同行们，感谢他们对 世界上第一座主要利用矿井乏风作为燃料的大型发电厂示范项目提供的支持。