矿井通风瓦斯燃烧系统的CDM分析

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1、矿井通风瓦斯燃烧系统的CDM分析摘要：本文介绍了一种基于超焓燃烧思想设计的环形卷式燃烧器，其利用燃烧烟气来预热矿井通风瓦斯（VentilationAirMethane,VAM），这一方法大大拓展了VAM的燃烧极限。用水蒸气取热推动蒸汽轮机发电来实现其热能利用，并控制燃烧反应区始终在燃烧器的中心多孔介质位置。对该项目执行清洁发展机制（CleanDevelopmentMechanism,CDM）的可行性进行了分析，其符合CDM的要求。在CDM基础上的技术经济学分析结果表明，其内部收益率（internalreturnrate,IRR)为26%，远大于资本成本10%，净现值（netpresent

2、value，NPV）为1633.67万元，这表明利用CDM机制、交易CO2减排指标给项目带来了经济收益和项目内部经济性的改善，对该系统的市场化起到良好的促进作用。关键词：矿井通风瓦斯，超焓燃烧，卷式燃烧器，CDM，技术经济学分析1. 引言   美国环境保护局的数据表明：世界范围内煤矿每年排放29～41×109m3的甲烷，其中不到2.3×109m3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CO2的21倍，还会造成

3、对大气臭氧层的破坏，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％CH4），VAM浓度和流量的变化等。经济方面的困难有：资本的缺乏，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-Reve

4、rsalReactor,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。2 VAM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

5、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

6、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。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，

7、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CDM机制，清洁发展机制（CDM）就是指发达国家把帮助发展中国家消减的减排量算作本国的消减量，是发达国家和发展中国家之间的一种合作机制[12]。将CO2拿到国际市场，按照每吨一定的价格出售，使得原本无法体现价值的CO2减排量变成了有价值的附加产品，可以使项目获得额外的经济效益，使项目具有了市场竞争能力[9~12]。根据CDM的规定,一个合格的CDM项目至少要