低浓度瓦斯利用技术在我国的应用及现状
安全07—2 王延廷
摘要:介绍了我国煤矿抽采瓦斯利用存在的问题和煤矿低浓度瓦斯利用的主要技术途径,详细分析了煤矿低浓度瓦斯利用技术的研究现状,并对今后的利用前景进行了客观展望。
关键词:低浓度瓦斯利用;现状;前景
1、煤矿瓦斯利用现状
我国是一个产煤大国, 矿井瓦斯是煤矿安全生产的最大隐患。国家对煤矿瓦斯抽采工作非常重视,将其作为治理瓦斯的根本措施,提出了“先抽后采、能抽尽抽、以用促抽”的12字方针,并制订了《煤矿瓦斯抽采基本指标》等一系列标准和法规, 加大了瓦斯抽采工作的力度, 煤矿瓦斯抽采量逐年大幅度增加。2006年全国煤矿瓦斯抽采量为32.4亿/m3;2007年全国瓦斯抽采量为47.35亿/m3,其中井下瓦斯抽采量为44亿/m3; 2008年全国瓦斯抽采量达到55亿/m3,其中淮南、阳泉、松藻、水城和宁煤 10家重点煤矿瓦斯抽采量超过1亿/m3。
我国煤矿瓦斯利用起步较早,从20世纪 50年代就开始利用, 但瓦斯利用率非常低,目前只占瓦斯抽采量的1/3左右。2006年瓦斯利用量为11.5亿/m3,利用率为35.49%;2007年瓦斯利用量为14.46亿/m3,占30.54% (其中井下抽出瓦斯利用量为13亿/m3,占30.2 % ); 2008年瓦斯利用量为16亿/m3,占29.09 % ,瓦斯利用率还略有下降。
另据统计资料分析,2006年全国重点煤矿抽出的瓦斯累计利用量
为6.15亿/m3, 利用率为23.53% ,其中民用瓦斯4.74亿/m3, 占77.07 %; 发电用瓦斯1.41亿 m3,占22.93 %。我国瓦斯利用仍以民用为主。
造成我国煤矿瓦斯利用率低的主要原因:
一是大部分煤矿远离城镇,民用瓦斯规模难以扩大;二是煤矿抽
采瓦斯浓度普遍较低 (( CH4 ) < 30 % ,称为低浓度瓦斯),且浓度不稳定,难以满足工业利用和化工产品的要求。
我国煤矿瓦斯排放量居世界首位, 大量的低浓度瓦斯排放不仅浪费了宝贵的清洁能源, 同时也加重了全球温室效应的影响。因此, 结合我国煤矿低浓度瓦斯的排放特点, 从技术及经济角度研究适宜的瓦斯利用技术, 对加强我国煤矿抽放瓦斯和风排瓦斯的资源化利用,具有十分的重要意义。
2、煤矿低浓度瓦斯利用的技术途径
1)瓦斯发电。采用煤矿低浓度瓦斯发电机组和输送安全保障技术,实现低浓度瓦斯发电,目前在技术是可行的,以后将成为低浓度瓦斯利用的主要技术途径。
2)瓦斯浓缩。采用变压吸附技术和低温液化分离技术, 将煤矿低浓度瓦斯浓缩成高浓度瓦斯,作为民用燃料和化工原料等。
3)掺混燃烧。将煤矿低浓度瓦斯作为工业锅炉的辅助燃料, 与煤炭掺混燃烧,进行发电或其他热能利用。
4)瓦斯氧化利用。将抽排的低浓度瓦斯, 与煤矿乏风瓦斯混合后,进行氧化反应,利用氧化反应产生的热能,进行发电、制冷和制热, 进行热量的阶梯利用。
3、煤矿低浓度瓦斯利用技术研究现状
目前,我国在煤矿低浓度瓦斯利用技术的研究主要有: 一、煤矿
低浓度瓦斯发电技术; 二、煤矿低浓度瓦斯浓缩技术; 三、煤矿低浓度瓦斯燃 (焚 )烧技术; 四、矿井乏风瓦斯利用技术。
3.1煤矿低浓度瓦斯发电技术
瓦斯发电是煤矿低浓度瓦斯利用的最佳途径,目前瓦斯发电主要有 3种方式:大功率燃气轮机发电、蒸汽轮机发电和往复活塞式内燃机组发电。利用燃气轮机和蒸汽轮机发电一次性投入大,建站周期长,要求燃气流量充足, 只适合瓦斯抽采量大且气体成分较稳定的大型矿井。燃气轮机的热效率不超过 30 % ,蒸汽轮机的热效率更低, 仅为 10 %左右。利用内燃机组发电, 一次性投入低, 建站周期短,内燃机组台数和功率范围可根据瓦斯气量的大小进行确定,电站移动方便, 非常适合大、中、小型煤矿。因此,内燃机组发电是目前解决瓦斯利用最佳途径。
由于低浓度瓦斯中的主要可燃成分 CH4 含量低,成分随机性变化较大,难以采用常规的燃气发动机进行发电。山东胜利动力机械厂根据煤矿抽出的低浓度瓦斯的特点,专门研制了一种低浓度瓦斯发电机组,功率为 500 kW。该发电机组在进气方式上采用了具有自主知识产权的微电子控制技术,能根据瓦斯浓度的变化自动调节混合气的空燃比,较好地解决了传统燃气机因可燃气体浓度变化而造成发动机熄火、爆燃、排气管放炮、进气管回火等安全问题。
但是, 由于我国现行《煤矿安全规程》第 148条规定:利用瓦斯时, 瓦斯浓度不得低于 30 %。因此,煤矿低浓度瓦斯发电技术在我国推广应用还存在一定的政策限制。
胜利动力机械集团有限公司采取多级阻火装置,较好地解决了低浓度瓦斯发电机组本身的安全问题, 但主要安全隐患存在于低浓度瓦斯输送管道系统。低浓度瓦斯利用时, 利用端可能产生的火源会使
整个输送管路系统中的低浓度瓦斯处于非常危险的状态, 一旦发生爆炸, 将造成重大损失。因此,低浓度瓦斯利用必须具有能够确保瓦斯输送安全的技术和设备设施。为此, 煤炭科学研究总院重庆研究院与山东胜利动力机械集团共同承担了国家发改委的重点科研项目--- 低浓度瓦斯安全输送成套技术与装备研制。
煤炭科学研究总院重庆研究院建立了低浓度瓦斯输送管道爆炸试验系统,管道直径分别为 500 mm和 700mm。通过研究输送管道低浓度瓦斯燃烧爆炸和传播特性及阻爆机理, 开发了瓦斯输送管道安全保障系统监测监控技术及装备、管道泄爆阻爆技术及装备、管道瓦斯自动快速切断技术及装备和管道瓦斯爆炸传播喷粉抑制技术及装备。采用多级防护、可靠性优先!的原则,对相应的安全装备进行优化组合,形成绝对可靠的安全保障系统。并在此基础上制订了以下相关标准:
1) 煤矿低浓度瓦斯管道输送安全保障系统设计规范;
2) 瓦斯管道输送水封阻火泄爆装置技术条件;
3) 瓦斯管道输送自动阻爆装置技术条件;
4) 瓦斯管道输送自动喷粉自动阻爆装置通用技术条件;
5) 煤矿低浓度瓦斯与细水雾混合安全输送装置技术规范;
6) 煤矿瓦斯输送管道干式阻火器通用技术条件;
7) 瓦斯输送管道安全监控系统通用技术要求。
“低浓度瓦斯安全输送成套技术开发与装备研制”项目已于2009年 7月进行了鉴定, 相关标准的报批稿也已上报国家安全生产监督管理总局等待审批。一旦这些标准获得国家安全生产监督管理总局的批准并发布执行, 下一步将对现行《煤矿安全规程》中关于瓦斯利用的相关条款进行修改, 消除煤矿低浓度瓦斯发电技术的政策限
制, 从而将大力促进低浓度瓦斯发电技术在我国的推广应用。
3.2 、煤矿低浓度瓦斯浓缩技术
我国有多家科研单位和大专院校一直在进行矿井低浓度瓦斯浓缩提纯技术及装备的研究, 主要采用两方面的技术途径: 一、变压吸附浓缩技术;二、低温液化分离技术。
3.2.1、变压吸附浓缩技术
变压吸附技术是利用吸附剂的平衡吸附量随组分分压升高而增加的特性,进行加压吸附、减压脱附。变压吸附技术目前被认为是比较成熟的技术,在天然气领域有系列的装置可供选择。将该技术用在瓦斯提纯领域里,主要取决于其经济合理性和安全可靠性。低浓度瓦斯气体的提纯工序复杂, 经济性成本较高。根据煤炭科学研究总院抚顺分院的实验,制取体积分数80%的瓦斯,原始气体积分数为30%时,回流比为0.43;原始气体积分数为20 %时,则回流比为0.72 ,效率降低2 /3。此外,低浓度瓦斯中含有O2,在变压吸附过程存在一定安全隐患。
我国最先从事煤矿低浓度瓦斯变压吸附浓缩技术研究的是西南化工设计研究院。早在20世纪 80年代, 西南化工设计研究院就已开发成功变压吸附法( PSA)浓缩煤层气中 CH4的技术,并为河南焦作矿务局提供了瓦斯处理量为500m3/h(标准状态)的第1套瓦斯浓缩装置, 于 1987年试车成功。该装置可以将瓦斯气中CH4体积分数从 20%提高到50%-95% ,浓缩后的富 CH4 气热值相当于城市煤气的热值水平。近年来西南化工设计研究院又在开展低浓度煤层气脱氧技术的研究,通过消耗部分瓦斯与O2发生氧化反应而脱出O2, 从而保证变压吸
附过程中的安全问题。
此外,太原理工大学、北京科技大学也在开展变压吸附浓缩技术的研究。太原理工大学拟将变压吸附浓缩技术用于煤矿井下, 采用井
下移动制氮技术进行抽出瓦斯的浓缩分离。北京科技大学拟采用真空变压吸附技术对煤矿乏风瓦斯进行浓缩分离。
3.2.2、低温液化分离技术
2000年以来, 随着低温深冷技术的成熟和发展,美国等西方发达国家针对煤层气的特点, 相继开发了小型液化分离系统, 综合开发和利用煤矿低浓度瓦斯。中科院理化技术研究所是我国从事低温技术研究与大型低温系统开发的主要单位,最早在国内建成两套小型天然气液化装置。针对我国煤层气资源的特点,中科院理化技术研究所的科技人员开展了含氧煤层气液化分离试验研究。
2002年中科院理化技术研究所开始研发含氧煤层气液化分离技术, 在计算机上仿真实际液化分离过程,积累了大量的与实际相吻合的数据。采用氮气膨胀制冷循环和低温精馏的方法完成了含氧煤层气的分离与液化工业试验装置的设计工作。2005年,中科院理化技术研究所与山西晋城煤业集团合作,开展含氧煤层气液化分离试验,计划在寺河矿建设日处理量为50000m3的工业试验装置(后于2006年在寺河矿建成日处理量4300 m3的工业试验装置)。同年又与北京赞成国际投资有限公司合作,采用不同于晋城煤业集团的流程方案,在阳煤五矿建成了日处理量为4300m3的工业试验装置。
哈尔滨工业大学低温与超导技术研究所于2007年8月新建一个天然气液化技术试验中心---哈工大---大庆肇州液化天然气试验中心。该中心拥有1套日产20m3LNG油田伴生气液化装置和日产5m3的煤层气液化装置。其中日产5m3LNG液化装置是针对低浓度煤层气设计的, 包括煤层气净化液化、精馏和贮存4个部分,全部采用可移动的橇装模块式结构,可在不同气源地重复安装使用。
此外,煤炭科学研究总院重庆研究院正与中科院理化技术研究所
合作, 拟在原来研究的基础上, 针对存在的问题,开展进一步的技术攻关,争取在技术上取得新的突破。
3.3低浓度瓦斯燃(焚)烧技术
煤矿抽出的低浓度瓦斯由于不能利用而直接排空,对煤矿排空瓦斯进行焚烧有利于实现减排目标,改善大气环境。据相关研究成果表明,CH4的温室效应是 CO2的21倍,1亿m3CH4 相当于150万tCO2.由此可见,当瓦斯无法利用、瓦斯利用装置停止运行、瓦斯需求量减小或瓦斯品质过低,而使大量煤矿抽放瓦斯排入大气时,利用瓦斯燃烧设备将排空瓦斯进行焚烧,最大限度地减排CH4,减少温室效应,将取得较好的环境效益。
为了控制煤层气(煤矿瓦斯)排放, 促进煤层气利用,国家环境保护部、国家质量监督检验检疫总局于 2008年 4月颁布了《煤层气
(煤矿瓦斯)排放标准(暂行) 》, 对高浓度瓦斯(
( CH4 ) )30 % )禁止排放。因此, 对无法利用的高浓度瓦斯只有采用焚烧技术进行销毁处理。
目前的火炬焚烧技术,从燃烧安全的角度考虑,都要求可燃气体的浓度必须高于其爆炸上限。对于煤矿排放的低浓度瓦斯, 大部分瓦斯的 CH4 浓度处于爆炸界限内, 低浓度瓦斯焚烧还存在技术障碍。所以,瓦斯排放标准暂未对低浓度瓦斯排放进行限制。
多孔介质预混燃烧是近 10几年来发展起来的新型燃烧技术,采用了新的燃烧理论, 是一种新颖独特的燃烧方式,可以提高燃烧效率, 降低污染, 扩展贫燃极限,甚至可以燃烧极低浓度可燃性气体。目前在国内外引起了燃烧和工程热物理界的高度重视,该项技术将为低浓度瓦斯焚烧提供可行的技术途径。
煤炭科学研究总院重庆研究院目前正在从事低浓度瓦斯焚烧技
术的研究, 拟采用多孔介质预混燃烧技术,并研制阻火型燃烧器和与之配套的输送安全保障技术,保证煤矿排放的低浓度瓦斯能够安全焚烧。
3.4、矿井乏风瓦斯利用技术
矿井乏风瓦斯, 是指在煤矿生产过程中随矿井通风排入大气中的瓦斯, 简称 VAM。由于 CH4 浓度低( ( CH4 ) < 0. 75 % ) ,采用传统技术无法利用。我国煤矿乏风瓦斯排放量巨大, 目前每年排放量大约在100亿-150亿/m3。
煤矿 VAM 排放量巨大,既是未被利用的能源资源,也是严重危害环境的温室气体, 利用 VAM、减少排空对全世界都具有重大意义。世界上许多国家都在开展矿井乏风瓦斯利用技术的研究。
煤矿乏风瓦斯氧化技术的研究对象为煤矿回风井排出的浓度低于 1%的乏风瓦斯, 主要采用热逆流氧化反应器和催化热逆流氧化反应器,将氧化反应产生的热量通过高性能的蓄热材料蓄积, 用于预热乏风瓦斯, 形成交替循环自热氧化 (初期需要预热) ,多余的热量通过在反应器内植入换热管或在尾气排放管安设热交换器等方式取出,用于供热或发电等。
我国在 VAM 转化领域的研究还处于起步阶段,山东理工大学和胜利动力机械集团有限公司等单位最早开展这方面的研究,于 2007年 8月开发出相关产品, 并在阜新矿业集团公司王营矿进行了现场工业性试验。该氧化装置连续运行处理能力为12 500 m3/h , ( CH4 ) =0.25 %-0.6%。2009年初胜动集团又研制出处理能力为 60 000 m3/h 氧化装置,并计划在陕西彬长矿区大佛寺煤矿安装 10台氧化装置。目前第 1套氧化装置正在大佛寺煤矿安装调试。
煤炭科学研究总院重庆研究院、中科院大连化学物理研究所、
工程热物理研究所、中国科技大学和西南化工设计研究院等单位也在开展乏风瓦斯利用技术的研究工作,目前大都还处于实验室研究阶段。
4 煤矿低浓度瓦斯利用技术研究前景展望
1)瓦斯发电将是低浓度瓦斯利用的主要技术途径,随着煤矿低浓度瓦斯管道输送安全保障系统相关标准的颁布实施, 将极大地促进低浓度瓦斯利用的发展。今后需要对低浓度瓦斯发电机组进行改进完善, 提高发电效率和安全可靠性。
2)今后低浓度瓦斯利用将向综合利用方向发展,研制小型一体化利用装置,集瓦斯净化、浓缩、液化、发电于一体,实现瓦斯的综合利用和梯级利用,提高瓦斯利用的经济效益。即先利用低浓度瓦斯发电,利用发出的电将低浓度瓦斯浓缩成高浓度瓦斯,再将高浓度瓦斯进行液化分离,分离出来的 N2 还可以用于煤矿井下防止煤层自然发火。
3)低浓度瓦斯燃 (焚 )烧技术的研究目前还处于起步阶段,随着今后研究工作的不断深入,必将取得重大技术突破。一旦技术上取得突破, 今后可以将低浓度瓦斯用于工业燃烧领域, 为低浓度瓦斯利用开辟一条新的利用途径。
4)矿井乏风瓦斯利用技术具有较好的发展前景,将成为今后较长一段时间的研究重点。国家已投入大量人力和财力进行协同攻关, 将促进这一技术尽快实现工业化应用。
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低浓度瓦斯输送、利用、排空安全技术措施 审批签名表
由于我矿瓦斯抽采浓度基本都在30%以下，为保障低浓度瓦斯输送、利用、排空的安全，特制定以下安全保障措施，希相关单位严格按措施执行。 一、基本要求 1．在管道输送系统中靠近可能的火源点（发电机组、地面排空管口、自燃等）附近管道上，安设安全保护设施，确保管道输送安全。 2．在发电瓦斯输送管道系统中安设防逆流装置，防止抽采泵突然停泵而出现回流。 3．管道输送系统中不设置缓冲罐。 4．加压设备选择湿式压缩机。 5．抽采设备应选择湿式抽采泵。 6．正压输送时，输送压力不宜超过20kPa。 7．安设段管道及附件应能承受正压2.5MPa的压力，其它管道及附件应能承受正压1.0MPa、负压0.097MPa的压力。 8．管路安设尽量选用金属管道。 9．地面瓦斯输送管道采用埋地敷设，在管道进、出建筑物100m 范围内，应每隔25m左右接地1次，其接地电阻不应大于20Ω。 二、安全设施 （一）内燃机瓦斯发电用管道输送要求 1、在瓦斯发电用低浓度瓦斯管道输送安全保障设安设阻火泄爆、抑爆、阻爆三种不同原理的阻火防爆装置。阻火泄爆装置选择水封阻火泄爆装置，抑爆装置可选择自动喷粉抑爆装置、细水雾输送抑爆装
置和气水二相流输送抑爆装置中的一种，阻爆装置选择自动阻爆装置。 2、监控用火焰、压力传感器安装在支管上脱水器的两侧。火焰传感器位于脱水器与发电机组之间，距离脱水器2m～3m；压力传感器位于脱水器与分管之间，距离脱水器1m～2m。 3、水封式阻火泄爆装置的安设位置距最远端支管的距离（沿管道轴向）应小于30m。 4、水封式阻火泄爆装置应能自动控制水位，确保其有效阻火的水封高度。 5、抑爆装置选用自动喷粉抑爆装置时，其安设位置距离最近的火焰传感器的距离（沿管道轴向）为40m～50m；选用细水雾输送抑爆装置或气水二相流输送抑爆装置时，其安装始端距水封阻火泄爆装置的距离不大于3m。 6、自动阻爆装置距抑爆装置末端的距离不大于10m。 7、安全保障设施任一装置的运行参数不能满足安全要求时，应能实现自动报警，并在3 分钟内关停发电机组，同时打开瓦斯排空管。 8、安全保障设施安设段管道内径不大于500mm。 （二）地面瓦斯排空要求 1、抽出的低浓度瓦斯不利用时，其地面排空管路应安设阻火泄爆、抑爆两种不同原理的阻火防爆装置。阻火泄爆装置宜采用水封式阻火泄爆装置，抑爆装置宜采用自动喷粉抑爆装置。 2、自动喷粉抑爆装置监控用火焰传感器安装在排空管上，距排
低浓度瓦斯发电技术研究现状分析 摘要：煤炭开采过程中会排放大量的瓦斯气，其主要来自于矿井瓦斯抽取系统、地面钻井和煤矿井下回风井形，而这些瓦斯气浓度都较低。煤矿生产时所采用的 瓦斯为清洁能源，如果对其进行回收发电利用可以有效减少温室气体的排放，在 满足煤矿用电要求的同时，还可以把多余的电能输送到电网中，对于推动企业和 区域经济发展具有很大的实用价值。本文作者结合自己的工作经验并加以反思， 对低浓度瓦斯发电技术研究现状进行了深入的探讨，具有重要的现实意义。 关键词：低浓度瓦斯发电；氧化发电；技术原理 利用瓦斯发电是有效的节能方式，国内的瓦斯发电总容量已经达到了几万千瓦，瓦斯发 电的装机规模得到了快速的提升。其中大多采用低浓度瓦斯发电的方式，可以有效地提高煤 矿瓦斯的应用价值。 1低浓度瓦斯发电技术研究现状 1.1内燃机发电技术 因为煤矿生产抽采出来的瓦斯浓度及压力都不稳定，因此需要采用控制器来对执行机构 发出燃气调整及空气进气量等控制命令，从而实现自动混合控制，混合处理后的瓦斯浓度可 以控制在6%左右，保证发动机空燃比处于合理状态，由此看来，空燃比自动控制技术更适合应用在低浓度、大流量和瓦斯和空气的混合，从而实现低浓度瓦斯发电。在发动机缸体内出 现爆燃，回火的几率会提高，如果发动机缸温大于500度，缸盖及活塞等部会的热负荷会不 断提升，可能会由于爆震而引发机械运行事故，因此可以采用稀薄燃烧技术，发动机内的热 负荷会显著减小，有效地减小回火的可能性，机组运行可靠性也会得到有效提升。除此之外，缸体甲烷燃烧速度也会提升，燃烧效率可以得到保证，发动机的运行性能可以得到改进和优化。当前，国内发电机组制造商一般都会把发动机缸体内的点燃能量提高，一般设置在0.1 焦左右，再采用预燃技术，高温高压气体快速点燃燃烧室内稀薄的瓦斯气体，稀薄燃烧会使 燃烧室内的传热减少，燃烧温度及排气温度都会显著降低，可以保证有效的热效率，最高可 以达到35%左右。 1.2燃气轮机发电技术 提升燃气轮机效率的主要途径就是把燃气初始温度提高，也就是改进和优化高温部件的 冷却处理技术。涡轮喷嘴、叶片等关键的高温部件材料从原来的合金材料发展到陶瓷、结晶 叶片等，早期的喷嘴及动叶片冲击、对流等冷却技术已经转变为蒸汽冷却。通过大量的实践 可以看出，燃气温度提升100度，燃气轮机效率可提升2-3%，采用技术先进的冷却技术，可 以使平前端燃气进口温度提升500-800度，所以，燃气轮机具备的热效率从原来的16-25%上 升到40%左右。 一般情况下，把燃气轮机功率区间在300-20000千瓦的划分到小型燃气轮机，而功率在30-300千瓦的归为微型燃气轮机，但微型燃气轮机发电机技术还处在科研中。因为矿井抽取 的瓦斯浓度以低、中浓度的比较多，发电机组形成相同的输出功率应该输入更多的低热值瓦斯，运行情况产生的变化会引起透平和压气机工作无法保证协调，透平温度会显著提升，出 现效率减少而产生停机问题。 1.3氧化发电技术
垃圾堆肥技术研究进展 摘要：垃圾的处理处置方法比较多,主要有卫生填埋、焚烧和堆肥。填埋虽然处理费 用低,方法简单,但需占用的土地面积大,渗漏液含有毒物难以处理。焚烧减量效果好,处理 较彻底,但投资成本高,产生的气体如果控制不当,会存在严重的烟气污染问题。目前国内外日益强调垃圾处理走综合化、减量化、无害化、资源化的道路。用堆肥法处理生活垃圾不 但可以变废为宝,还能节约垃圾填埋所占土地,并减轻垃圾焚烧对大气的污染,在安全和经济方面明显优于其他方法而成为目前最有发展潜力的垃圾处理技术。近年来,研究和开发具有良好减量化和资源化效果的堆肥处理技术在国际上日益受到重视。 关键字：垃圾堆肥；堆肥技术；研究现状；展望 1 我国垃圾堆肥处理技术现状 我国在国家“六五”、“七五”和“八五”科技攻关计划中,均设立了堆肥技术和专用 设备的研究和开发课题。从20 世纪80 年代开始应用“二次发酵工艺”,堆肥机械日趋完善,生产趋向产业化。90 年代初开始发展机械化连续堆肥生产技术。堆肥工艺可分为简易 堆肥和机械化堆肥,又可分为静态和动态两种操作方式。我国农村传统采用厌氧堆肥发酵法。现代堆肥工艺大多采用好氧堆肥,它具有物质分解彻底、堆肥周期短、臭味小、可采用工厂机械化处理等优点。 1. 1 自然通风静态堆肥:该法是在一块场地上,堆高2～3m,一般上部覆土,场底以混凝土 硬化并铺设通风排水沟,腐熟垃圾用铲装机、滚筒筛、皮带机和磁选滚筒等生产堆肥产品。这种方式一般工程规模较小,机械化程度低,采用静态发酵工艺,投资及运行费用较低,应用 最广。主要缺点是堆肥过程无法控制,环保措施不齐全,对周围环境影响较大。目前较大型 的该类堆肥厂有厦门前莆垃圾处理场及天津简易高温堆肥厂。 1. 2机械化高温堆肥:机械化高温堆肥技术工程规模相对较大,机械化程度较高,一般采 用间歇式动态好氧发酵工艺,有较齐全的环保措施,投资及运行费用较高。好氧堆肥具有温 度高,有效杀死病原菌,基质分解比较彻底,堆肥周期短,异味小,可以大规模采用机械处理等优点。常州环卫综合厂采用间歇式动态高温好氧发酵工艺,所生产的堆肥产品很受当地农民的欢迎。但机械化高温堆肥由于处理成本较高而难以在我国更大范围内推广应用。 2 堆肥的影响因素 2. 1水分:对于自然通风静态堆肥和机械化高温堆肥系统,堆肥的水分不应大于65 %;对 于强制通风静态堆肥系统,水分不应大于60 %。不管什么样的堆肥系统水分含量不应小于 40 %。水分过低,不利于微生物的生长;水分过高,则堵塞堆料中的空隙,影响通风,导致厌氧发酵。 2. 2 氧含量:一般认为堆肥中空气氧的体积分数保持在5 %～15 %比较适宜,低于5 %会 导致厌氧发酵;高于15 %则会使堆肥体冷却,导致病菌的大量存活。 2. 3C/ N比:在堆肥过程中,碳源被消耗,转化为二氧化碳和腐殖质。而氮则以氨气的形 式散失,或变为硝酸盐和亚硝酸盐,或被生物体同化吸收。因此,碳和氮的变化是堆肥的基本特征之一。堆肥中堆料的C/ N 比一般在(20～30) ∶1 之间比较适宜。若C/ N 比过低,则堆肥会影响农作物的生长;C/ N 比过高,不利于堆肥过程中微生物的生长。 2. 4温度:在堆肥操作过程中,堆肥温度应控制在45～65℃。温度超过65 ℃就会对微生物的生长产生抑制作用。堆肥过程是一个放热过程,若不采用通风的办法进行控制,温度常 可以达到75～80 ℃,温度过高就会过度消耗有机物,并降低产品质量。
瓦斯发电项目投资简述 一、燃气内燃发电机组 燃气内燃发电机组分为高浓度瓦斯发电机组和低浓度瓦斯发电机组，高浓度瓦斯发电机组要求甲烷含量在25%以上；低浓度瓦斯发电机组要求甲烷含量在12%-25%；根据瓦斯浓度情况选择发电机组型号，低瓦斯发电机组一般选择1MW左右，高瓦斯发电机组一般选择2MW左右。高瓦斯发电机组发电效率比低瓦斯发电机组发电效率略高。瓦斯发电机燃料能量约35%被机组转化为电能，约30%随废气排出，25%被发动机冷却水带走。 低浓度瓦斯发电机组采用电控燃气混合器技术，可以自动控制空燃比，以适应瓦斯的浓度变化，将瓦斯浓度调整9%，此时瓦斯爆炸反应最完全，瓦斯、氧气氧化反应完全，实现零氧平衡，此时爆炸威力也最大，做功效率最高。高低瓦斯发电最大的区别:低浓度处于爆炸极限内的甲烷在进入机组前的过程中是不允许设置储气罐和加压机，而高浓度瓦斯在输送过程中可不设计瓦斯安全输送系统。 二、高低瓦斯发电工艺及区别 瓦斯经过安全输送系统（雾化水系统、水封阻火器、安全阀等）的传输，瓦斯预处理系统对气体杂质、液态水的过滤和气体温度的调控，进入机组内先进行预混合，之后由涡轮增压器增压、中冷器降温、在缸内用火花塞点火，燃烧后高温高压气体带动缸体活塞和曲轴运动，推动发动机做功，将机械能转化为电能。详细工艺流程见下图：
瓦斯发电工艺系统。瓦斯发电工艺主要包括11项系统，热力系统、燃料供应系统、余热利用系统、瓦斯输送安全装置系统、除灰系统、水处理系统、供水系统、并网工程、电气系统、热工控制系统、附属生产工程、烟气脱硫脱硝系统。各工艺系统详细情况介绍如下：热力系统：瓦斯与空气在集装箱式内燃机发电机机组进气入口处混合后，进入涡轮增压器增压，再经过中冷器冷却，通过进气管由进气门控制进入气缸，经火花塞点火爆炸氧化，产生动力驱动发电机曲轴旋转，曲轴将动力传给交流发电机，转换成电能输出。主要设备包括燃气发动机和交流发电机，以及配套的管路和设备。 燃料供应系统：矿井瓦斯从井下煤层中，经过瓦斯泵站抽采后，抽排到地面，由瓦斯输送管道经过泵送、离心脱水、制冷脱水等一系列安全处理措施，提供给瓦斯发电机组。主要工程包括：瓦斯预处理土建、罗茨风机设备及安装工程。 余热利用系统：发电机组尾气净化后排烟温度高达400-600℃，直接对空排放将造成热能浪费，为把有效热能充分利用，在排烟筒处设置蒸汽锅炉或者余热锅炉，锅炉将热源提供给用户，解决工业场地冬季取暖供热问题。主要设备包括余热锅炉和配套管路设备。
第28卷第1期农业工程学报V ol.28No.1 1842012年1月Transactions of the CSAE Jan.2012 中国沼气发展的现状、驱动及制约因素分析 王飞1，蔡亚庆2，仇焕广2※ （1.农业部规划设计研究院农村能源与环保研究所，北京100125； 2.中国科学院农业政策研究中心北京100101） 摘要：能源需求的急剧增加以及生态环境的日益恶化促使国家大力发展沼气事业。该文在总结中国沼气发展利用现状、技术以及相关政策的基础上，深入探讨了中国沼气发展的驱动及制约因素，并为未来中国沼气的健康持续发展提出了政策建议。研究表明：过去10a中国沼气投资和建设快速发展、沼气综合和可持续发展利用模式不断创新、国家相关支持政策为中国沼气持续发展发挥了重要作用；在未来较长一段时期，中国沼气行业既面临能源需求增加、规模化养殖发展以及环境治理压力加大等因素的驱动，也面临适宜农户减少、融资渠道单一以及市场不健全、法规不完善等因素的制约。 根据研究结果，该文提出了通过健全后续服务体系，完善相关政策法规等，促进中国沼气健康发展的政策建议。 关键词：沼气，投资，能源利用，发展现状，驱动因素，制约因素，政策建议 doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2012.01.033 中图分类号：S216文献标志码：A文章编号：1002-6819(2012)-01-0184-06 王飞，蔡亚庆，仇焕广.中国沼气发展的现状、驱动及制约因素分析[J].农业工程学报，2012，28(1)：184－189. Wang Fei,Cai Yaqing,Qiu Huangguang.Current status,incentives and constraints for future development of biogas industry in China[J].Transactions of the CSAE,2012,28(1):184－189.(in Chinese with English abstract) 0引言 随着经济的快速发展，中国的能源需求急剧增长。2009年中国能源消费达到306647万t标准煤，能源缺口高达32029万t标准煤[1]。经济的发展也促使中国农村对优质商品能源的需求持续增加[2]，农村地区能源供需矛盾更加突出。能源消耗的持续增加不仅导致石化能源的枯竭，也带来了严重的环境问题。一方面，石化能源的使用产生了大量温室气体，导致日益严峻的全球气候变化[3]；另一方面，中国农村仍以柴草等为主要燃料[1,4]，过度砍伐山林柴草，严重地破坏了生态环境[5]。在能源严重匮乏的同时，中国每年产生7.28×108t秸秆、39.26×108t畜禽粪便以及482.4×108t有机废水[6]，由于无法得到有效利用而对环境产生巨大污染。沼气作为一种方便、清洁、高品位的能源，是秸秆、粪便、生活污水等有机物质在一定水分、温度和厌氧条件下，经微生物发酵产生的可燃气体。由于其原料丰富、技术简单、造价低廉、环境友好的特点而受到国家的高度重视。沼气的推广应用不仅可以缓解能源压力，而且对增加农民收入、改善人居环境、保护林草植被、维持生态平衡具有重要意义[7]。 新中国成立以来，在国家政策的大力推动下，中国沼气事业取得了巨大的成就。截至2009年底，中国农村户用沼气池年累计3507万户；沼气工程年累计56856处； 收稿日期：2011-06-07修订日期：2011-11-16 基金项目：国家自然科学基金国际合作与交流项目（40921140410）；国家自然科学基金面上项目（71073154） 作者简介：王飞（1976－），男，山东栖霞人，高级工程师，主要从事农村可再生能源政策研究。北京农业部规划设计研究院农村能源与环保研究所，100125。Email：cafwfei@https://www.doczj.com/doc/6012751980.html, ※通信作者：仇焕广，男，山东莱西人，副研究员。北京中国科学院农业政策研究中心，100101。Email：https://www.doczj.com/doc/6012751980.html,ap@https://www.doczj.com/doc/6012751980.html, 生活污水净化沼气池年累计186945处，中国已成为世界上最大的农村户用沼气池保有国[8-9]。尽管在政策鼓励和财政支持的双重作用下，中国沼气事业取得了举世瞩目的成就，但是必须认识到目前中国沼气事业还存在沼气池（工程）废弃、闲置率较高[10]；管理服务不到位[11-12]；建设资金来源渠道单一[13]；沼气市场机制不健全[14-15]等诸多问题。本文的目的在于通过对中国沼气事业发展的历程、经验和不足等问题进行系统的总结，进一步分析中国未来沼气发展面临的机遇和挑战，提出促进中国沼气产业健康发展的政策建议。 1中国沼气发展现状及技术模式 1.1中国沼气发展现状 1.1.1中国农村户用沼气发展状况 中国农村户用沼气的大规模建设开始于20世纪50年代末期，但是由于技术落后等因素限制，沼气建设很快回落。1979年国务院批转农业部等《关于当前农村沼气建设中几个问题的报告》，中国沼气工作开始回升，并在20世纪80年代初期出现了农村户用沼气建设的小高峰。从20世纪50年代末到80年代初，中国沼气建设经历了“两起两落”的曲折发展历程。20世纪80年代到2000年，中国农村户用沼气发展较为平稳，1983中国农村户用沼气发展触底后开始反弹，1983年到2000年农村户用沼气年均增长率为4.6%，2000年底，农村户用沼气池达到848万户[4]。 2000年以来，中国沼气事业进入快速发展的新阶段。2003年，国家颁布了《农村沼气建设国债项目管理办法（试行）》，指出中央用国债对农村沼气建设项目进行补贴，大大刺激了中国农村户用沼气的建设。2007年以来，中央有关部委密集出台了一系列鼓励、规范沼气发展的
垃圾堆肥处理的缺点是什么堆肥处理是将生活垃圾堆积成堆，保温至70℃储存、发酵，借助 垃圾中微生物分解的能力，将有机物分解成无机养分。经过堆肥处理后，生活垃圾转化成卫生、无味的腐殖质，可达到再资源化的目的。 垃圾堆肥处理的缺点主要有以下几点： 1、处理垃圾的时间长，垃圾减容效果差。 2、适用的垃圾范围较小，一般用于生活垃圾。 3、堆肥生产的肥料效果不及化肥，销量不好，厂家积极性不大。 4、生活垃圾堆肥量大，养分含量低，长期使用易造成土壤板结和地下水质变坏，所以，堆肥的规模不易太大。 实践中，很多人认为垃圾堆肥质量差。这一观念源于三个理由： 垃圾堆肥重金属含量高;垃圾堆肥有机质含量低、臭味大;垃圾堆肥碎玻璃、硬塑片等杂质含量高。 首先，很多人认为，垃圾堆肥中的重金属来自废旧电池。实际上，民用电池几乎都是坚固的不易生锈的金属外包装，即便经过多级筛分 程序也很不容易破裂，内部的铅等重金属极少溢出。即使少量电池破
裂，由于垃圾是固态形式，溢出的重金属物质也仅仅污染了周围很少一部分垃圾。也有人说重金属来自土壤，但是经过调查，土壤中的重金属很少超标，少量超标也仅仅是略微超出标准，经过大量其他垃圾有机物质的掺混稀释，已构不成超标因素。重金属的真正来源是无处不在的印刷品。纸张、布匹、塑料袋、瓶瓶罐罐，甚至家电表面，都是重金属的“家”。如果我们对垃圾不作严格控制，使这些重金属有机会与水分接触，并且PH值适合重金属的溶出，那堆肥中的重金属含量就一定会超标了。所以，只要有了最佳的控制手段，就可以掌控重金属的去向。 第二，垃圾堆肥有机质含量是可以提高的。中国垃圾，尤其是发达城市的原生生活垃圾，其有机质含量可达55～65%，但这些有机质不是被填埋了，就是被气化了，只要我们掌握好分选技术和发酵过程控制技术，这一问题就会迎刃而解。 第三，堆肥中的玻璃、硬塑有没有办法去除?答案是肯定的，那就是密度分选。北京阿苏卫垃圾堆肥处理厂已经引进了国际上成型的技术，可以有效地将垃圾堆肥中的碎玻璃、硬塑片分离出来。生活垃圾好氧堆肥处理是系统工程。
煤矿低浓度瓦斯发电技术及经济性研究 摘要：中国煤矿每年排放到空气中的瓦斯占全世界总量的将近1/2[1]。瓦斯是重要的温室气体，也是一种燃料。如果能合理地将瓦斯变废为宝，不仅能够减少温 室效应将多余的电量上网，还能够在一定程度上缓解中国能源紧缺的现状。瓦斯 发出的电可以用于抽取瓦斯，而抽取的瓦斯又能够发电，这就形成了一种良性循环，使这项技术能够快速发展起来。 关键词：低浓度瓦斯；燃气发电；煤矿；安全 引言 煤矿瓦斯的处理方式一般分为3类：高浓度瓦斯采抽进入燃气管线；中浓度 瓦斯经过提纯压缩后应用；低浓度瓦斯一般存在于煤矿乏风中，瓦斯浓度一般在30%CH4以下，可用于燃烧供热和发电用途。就煤矿低浓度瓦斯发电供热技术及 其经济性进行研究，提出应用低浓度瓦斯进行热电联产的必要性，并对其经济性 进行测算。 1用于发电的矿井瓦斯浓度预处理 ①由于煤矿井下含水量多，空气湿度相对较大，所以抽采出的瓦斯气体里含有大量的水蒸气。这些水蒸气不但不能用于发电，还会对发电设备造成一定程度 的损坏。所以必须对抽出的瓦斯气体进行脱水处理。目前比较常用的脱水方法是 冷凝法，就是将抽出的气体温度降低、使水蒸气液化自动与其他气体脱离。 ②由矿井直接抽采出的瓦斯里一般都会含有一些不能燃烧的有害气体，这些气体是不能够用来燃烧发电的。所以需要采用一定的方法将它们分离出去。对于 粉尘，一般是采用过滤方法清除的，而其他的有害气体是利用它们的物理性质来 分离。 ③由于抽采的瓦斯浓度不一样，它们的压力也不一样，而在发电机组里需要瓦斯的压力是一定的，所以在送入之前必须要对瓦斯进行稳压处理以达到所需的 压强。在初始阶段即瓦斯在矿井下刚刚被抽出来的时候，由于矿井下环境条件比 较复杂，直接抽采出的瓦斯混合气体的压力和浓度变化幅度比较大，波动比较强烈，这时将抽采出的瓦斯气体经过均压装置，能够起到稳压的作用，以达到要求 的压强范围，使发电机能够持续高效安全地运行。 ④低浓瓦斯气从矿井抽采出来要经过管路输送到发电站的发电机组，而低浓瓦斯易爆炸，这就要求输送配套安全装置，确保低浓度瓦斯在输送中的安全，常 用的有细水雾低浓瓦斯输送系统、两相流瓦斯输送系统。 2各种发电技术及其特点 2.1内燃机发电技术特点 内燃机能够保持理想燃烧状态的关键技术是能否自动调节燃气和空气进气量 的百分比，一般这个混合气体的浓度保持在6%左右是最为理想的状态。由于矿 井抽采的瓦斯不像汽油等化石燃料一样能够保持稳定的浓度，各种情况的存在使 矿井抽采到的瓦斯在浓度及压力等方面变化比较频繁。这就要求内燃机的控制系 统能够根据瓦斯的实时浓度和空气进行配比，使混合后的气体浓度基本保持在6%左右，该控制技术最适合浓度比较低但是流量很大的瓦斯气体发电。如果混合气 体的浓度不够稳定，内燃机就会在缸内发生爆燃，这种情况最直接的后果就是增 大内燃机发生回火的概率，尤其是当内燃机气缸内的温度超出一定限度后，这个
中国沼气发电技术发展现状与前景展望摘要：本文通过对中国沼气利用现状和沼气发电工程市场前景的调查与分析，描述了沼气发电技术发展现状及其能源利用市场潜力，对影响沼气发电商品化和市场化的社会经济因素和主要障碍进行了分析评价，并提出了一些对策和措施。 关键词：沼气工程发电 1、引言 生物质能是来源于太阳能的一种可再生能源，具有资源丰富、含碳量低的特点，加之在其生长过程中吸收大气中的C02，因而用新技术开发利用生物质能不仅有助于减轻温室效应和生态良性循环，而且可替代部分石油、煤炭等化石燃料，成为解决能源与环境问题的重要途径。 随着对环境的日益重视，人们开始利用各种方式来减少工农业生产对环境的破坏。近十几年来，在各级政府有关部门和企业的帮助协调下，用于处理畜禽粪便及各种生产、生活污水的大中型沼气工程纷纷上马，至1998年底，我国已建成大中型沼气工程742处，年产沼气量为16393.94万立方米；垃圾填埋法产生沼气是处理城市垃圾的主要方式之一，具有简单易行和费用较低的特点，同时还可回收能源，正受到世界各国的普遍欢迎。目前，全世界共建成4817座垃圾填埋场，每年可回收沼气51.42亿立方米。 沼气是一种具有较高热值的可燃气体，与其它燃气相比，其抗爆性能较好，是一种很好的清洁燃料，传统上大多利用沼气进行取暖、炊事和照明，随着沼气产量的不断增加，如何更高效地利用沼气，成为摆在我们面前的一项课题。 2、沼气发电技术进展状况 沼气燃烧发电是随着沼气综合利用的不断发展而出现的一项沼气利用技术，它将沼气用于发动机上，并装有综合发电装置，以产生电能和热能，是有效利用沼气的一种重要方式。目前用于沼气发电的设备主要有内燃机和汽轮机。 国外用于沼气发电的内燃机主要使用Otto发动机和Diesel发动机，其单位重量的功率约为27 kW／T。汽轮机中燃气发动机和蒸汽发动机均有使用，燃气发动机的优点是单位重量的功率大，一般为70～140kW ／T；蒸汽发动机一般为10kW／T。国外沼气发电机组主要用于垃圾填埋场的沼气处理工艺中。目前，美国在沼气发电领域有许多成熟的技术和工程，处于世界领先水平。现有61个填埋场使用内燃机发电，加上使用汽轮机发电的装机，总容量已达340兆瓦；欧洲用于沼气发电的内燃机，较大的单机容量在0.4～2兆瓦，
1.我国城市生活垃圾填埋处理现状 根据工程措施是否齐全、环保标准能否满足来判断，可分为简易填埋场、受控填埋场和卫生填埋场三个等级。 （1）简易填埋场（IV级填埋场） 这是我国传统沿用的填埋方式，其特征是：基本上没有什么工程措施，或仅有部分工程措施，也谈不上执行什么环保标准。目前我国约有50%的城市生活垃圾填埋场属于IV级填埋场。IV级填埋场为衰减型填埋场，它不可避免地会对周围的环境造成严重污染。 （2）受控填埋场（III级填埋场） III级填埋场目前在我国约占30%，其特征是：虽有部分工程措施，但不齐全；或者是虽有比较齐全的工程措施，但不能满足环保标准或技术规范。目前的主要问题集中在场底防渗、渗滤液处理、日常覆盖等不达标。III级填埋场为半封闭型填埋场，也会对周围的环境造成一定的影响。对现有的III、IV级填埋场，各地应尽快列入隔离、封场、搬迁或改造计划。 （3）卫生填埋场（I、II级填埋场） 这是近年来我国不少城市开始采用的生活垃圾填埋技术，其特征是：既有比较完善的环保措施，又能满足或大部分满足环保标准，I、II级填埋场为封闭型或生态型填埋场。其中II 级填埋场（基本无害化）目前在我国约占15%，I级填埋场（无害化）目前在我国约占5%，深圳下坪、广州丰兴、上海老港四期生活垃圾卫生填埋场是其代表。 2.中国城市生活垃圾堆肥处理现状 堆肥处理可分为简易堆肥、好氧高温堆肥和厌氧消化三类。
（1）简易堆肥 简易堆肥的特征是：工程规模较小、机械化程度低、主要采用静态发酵工艺、环保措施不齐全、投资及运行费用均较低。简易高温堆肥技术一般在中小型城市中应用较多。 （2）好氧高温堆肥 好氧高温堆肥的特征是：工程规模相对较大、机械化程度较高、一般采用动态或半动态好氧发酵工艺、有较齐全的环保措施、投资及运行费用均高于简易堆肥技术。20世纪八十年代初期到九十年代中期，北京、上海、天津、武汉、杭州、无锡、常州等城市曾建有数十个好氧高温堆肥厂。但由于堆肥质量不好、产品销路不畅等原因，绝大多数现已关闭。进入21世纪后，随着堆肥技术的发展，好氧高温堆肥方法又在我国的部分城市重新得到应用。 （3）厌氧消化 厌氧消化的特征是：工程规模普遍较大，机械化程度相当高，一般采用湿式或干式厌氧发酵工艺，发酵周期可缩短至15~20天，沼气收集后可用于发电等，生活垃圾资源化利用率较高，投资及运行费用高于好氧高温堆肥，占地面积小于好氧高温堆肥。厌氧消化技术在欧洲有较多应用实例，目前我国部分城市正在筹建生活垃圾厌氧消化处理项目。 3.中国城市生活垃圾焚烧处理现状 我国生活垃圾焚烧技术的研究和应用起步于八十年代中期，2005年底全国共有各类生活垃圾焚烧厂67座，10%的城市生活垃圾采用焚烧处理。随着我国东南部沿海地区和部分大中城市的经济发展和生活垃圾低位热值的提高，不少城市已将建设生活垃圾焚烧厂提到了办事日程，正在积极组织实施，
农村土法堆肥技术解答 必要性与现实意义大量畜禽粪如果不作堆肥而随地堆积，首先是造成生活环境和水体的污染，同时，当前我国发展双高农业生产正需要有机肥和化肥配合使用，如果将生粪直接施到农田，既不现实又会造成像肥效迟缓等多种弊病，引起病虫害传播和蔓延；生粪直接到土壤中去发酵会造成烧苗，影响农作物正常生长和引起果树落叶等问题。而采用生物发酵技术制作堆肥是处理畜禽粪尿的科学方法。这方面的潜力巨大，除了大规模工厂化生产堆肥以外，在农村普及土法堆肥技术是很现实的，可以促进养殖废弃物的循环利用，满足农产品优质安全生产和中低产田改良对于生物有机肥的大量需求。 生物发酵制作堆肥的关键技术有以下五方面其一，堆肥材料的选择与混配。用牛粪和鸡粪作为堆肥的原料，其共同特点为含养分高，碳氮比较低。如，鸡粪含氮1.54%，碳氮比为15∶1；牛粪含氮0.34%，碳氮比为21∶1。微生物体的碳氮比：细菌为25∶1，发酵材料的碳氮比过高使发酵慢而难，过低使发酵快，损失养分。堆肥材料不能仅用粪尿肥，必须配加碳氮比高的有机物料。如老熟的禾本科作物秸秆的碳氮比高约为60～100∶1。适当加入氮素化肥调节碳氮比，可加速腐解，缩短堆腐时间，将500公斤粉碎的干稻草或玉米秸加250公斤新鲜牛粪和鸡粪的混合物料进行堆腐，大约一个月可以腐熟。 其二，向堆肥接种有益微生物，特别是一些分解有机肥能力强的菌种，可以促进堆肥腐熟过程。如果不接种会使堆肥发酵时间延长，产生臭味，而且肥效低。接种既可以提高初期有机物微生物数量，加
速堆肥材料的腐熟，还可提高发酵温度，高温可以消灭一些病原体、虫卵和杂草种子，还能控制臭气的产生，最后提高堆肥效率。目前广泛应用的接种剂有3类：微生物培养剂和商业添加剂2类，主要用于大规模工厂化生产；农村土法堆肥主要是用第三类有效自然材料，包括老堆肥的粪底、马粪、牛粪、菜园土等。 其三，适当水分条件。水分调控直接影响到堆肥发酵速度和腐熟程度，还是好氧堆肥化的关键因素之一。为了维持微生物的活性，含水量要高达90%，但是实际有机物材料适宜的含水量在60%～80%，以秸秆为例，一般含水量75%～85%、蔬菜含水量达90%以上。但是，过多含水量也不利于发酵和提温。 其四，通风条件。高位堆肥是利用好氧性微生物进行发酵的，要求至少有50%的氧渗入到堆肥中各部位，以满足好氧微生物氧化分解有机物的需要。中期堆肥温度升高后，通风可将供氧与带走水汽二者共同进行。达到堆内散热降温和干燥的目的。通风的方式，可用自然通风供氧，向堆内插入通气管或用秫秸梱做通气塔。 其五，堆肥需要酌情加入石灰。50公斤秸秆中加2～1.5公斤石灰既可调节酸度，又可破坏秸秆表面的蜡质层，而利于吸水发酵。在北方也可用土壤调节酸度。
垃圾堆肥处理方式 以前，我国城市生活垃圾中主要为煤灰和厨余类有机物，其它固体废弃物较少，比较适宜于堆肥处理。1987年颁布的《城镇垃圾农用控制标准》（GB8172—1987）和《粪便无害化卫生标准》（GB7959—1987）是指导城市生活垃圾堆肥处理的技术标准，也是我国最先制订的有关城市垃圾处理的技术标准。 自1980年有统计记载以来，堆肥在我国城市垃圾处理中，一直发展缓慢。据建设部综合财务司报告，2003年全国660个建制市中，年垃圾清运量为14857万吨，当时各类生活垃圾处理场（厂）计574座，其中：填埋场457座（占79.6％），堆肥厂70座（占12.2％），焚烧厂47座（占8.2％）；总处理能力7545万吨，集中处理率为50.78％，其中：填埋年处理量6404万吨（占85.5％），堆肥年处理量717万吨（占9.6％），焚烧年处理量370万吨（占4.9％）。 由上可知，我国三种主要垃圾处理方式，无论按处理场（厂）的数量，还是处理量的吨位，排行顺序均为：填埋、堆肥、焚烧。堆肥虽然位居第二，但与填埋相比其处理量差距太大。 随着人们生活水平的提高，我国城市生活垃圾的成分也发生了很大变化。特别是对于经济较发达的地区，由于居民燃料结构的改变，厨房气化率的提高，以及北方地区冬日取
暖集中供热的普及，大大减少了城市居民的直接用煤量。分析这个趋势，当垃圾中的灰渣含量显著降低后，厨房垃圾将成为家庭生活废弃物的最主要成分。无论从环保角度考虑，还是资源循环再利用出发，厨余类有机物处理的最佳方式，就是使其转化为稳定的有机质，让它来源于自然再回归于自然。从这些意义上说，我国城市生活垃圾的堆肥处理，应该有着很大的发展潜力和市场需求。 世上任何事物总是有一利必有一弊，同样由于人们生活水准的提升，使得垃圾中其他固体废弃物也大量增加。比如塑料、纸品、玻璃、铁皮类包装废弃物，以及旧衣、旧鞋等家庭生活废弃品也随之增多，让我们的垃圾成分越趋复杂。以华南地区为例，垃圾的基本成分如下：厨余类50－70％，塑料袋类包装物 10－15％，泥沙等无机物 8－15％，高热值长条物 15－20％，其他 3－5％。北方亦然，大体相当。 由此可见，虽然我国垃圾中厨余量占了绝大多数，有机质含量一般都在50％左右，仍然是堆肥的好原料。但混杂着30％左右的其他固体废弃物，依旧是堆肥处理的一大障碍。我国城市生活垃圾是混合倾倒、混合清运、混合堆放的，对这种混合垃圾不进行有效分类，“垃圾资源化”将是一句空话，无论下游技术多么成熟与先进，都将无用武之地。 由于我国城市固体废弃物全部为混装式垃圾，早已约定俗成，习惯成自然。想要彻底实行城市生活垃圾规范化分类
1.工艺流程及说明 1.1 工艺原理 堆肥过程通常分两个阶段，即一次堆肥（也叫快速或高温发酵）和二次堆肥（也叫后熟或陈化）。 一次堆肥阶段的特点是：高氧气吸收率，高温，可降解挥发性固体（BVS）大量减少，高的臭味潜力。通常，一次堆肥阶段由于需要减少臭气，因此需要提供通气和保持对堆肥过程的良好控制。二次堆肥阶段的特点是：温度低，氧气吸收率低，臭味潜力低。相对一次堆肥来讲，二次堆肥阶段的管理和调控比较简单，然而从工程角度看，不能没有二次堆肥，因为二次堆肥阶段可继续降解那些难降解的有机物、还要克服反应速率变慢以及重建低温微生物群落，从而有助于堆肥腐熟、减少植物毒性物质和抑制病原菌。这两个阶段对一个完整的堆肥系统的设计和操作来说是缺一不可的，而且是生产腐熟堆肥所必需的。 一次堆肥开始之前的原料处理称为前处理，后熟阶段之后的原料处理称为后处理。前处理或后处理是否需要依赖于原料的特点和期望的产品质量。 堆肥过程一般分为三个阶段： 1、升温阶段 一般指堆肥过程的初期，在该阶段，堆体温度逐步从环境温度上升到45℃左右，主导微生物以嗜温性微生物为主，包括真菌、细菌和放线菌，分解底物以糖类和淀粉类为主，期间能发现真菌的子实体，也有动物及原生动物参与分解。 2、高温阶段 堆温升至45℃以上即进入高温阶段，在这一阶段，嗜温微生物受到抑制甚至死亡，而嗜热微生物则上升为主导微生物。堆肥中残留的和新形成的可溶性有机物质继续被氧化分解，复杂的有机物如半纤维素-纤维素和蛋白质也开始被强烈分解。微生物的活动交替出现，通常在50℃左右时最活跃的是嗜热性真菌和放线菌，温度上升到60℃时真菌几乎完全停止活动，仅有嗜热性细菌和放线菌活动，温度升到70℃时大多数嗜热性微生物已不再适应，并大批进入休眠和死亡阶段。现代化堆肥生产的最佳温度一般为55℃，这是因为大多数微生物在该温度范围内最活跃，最易分解有机物，而病原菌和寄生虫大多数可被杀死。
低浓度瓦斯综合利用技术研究 发表时间：2016-12-12T14:13:07.460Z 来源：《基层建设》2016年25期9月上作者：牛楠 [导读] 摘要：低浓度瓦斯的综合利用在技术上与经济上均具有可行性，且符合国家能源产业发展方向，提高了矿井抽采积极性，提升了矿井安全性。 淮南矿业集团瓦斯利用分公司安徽省淮南市 232001 摘要：低浓度瓦斯的综合利用在技术上与经济上均具有可行性，且符合国家能源产业发展方向，提高了矿井抽采积极性，提升了矿井安全性。 关键词：低浓度；瓦斯综合利用；技术 一、装机形式的确定 某煤矿抽采总量在 25 m3 / m i n 左右，其中高负压抽采瓦斯量约 13 m3 / m i n，浓度约为 15% ；低负压抽采瓦斯量约 12 m3 / m i n，浓度约为 5% ，掺混后瓦斯浓度约为 12% ，考虑到抽采系统瓦斯抽采纯量和抽采浓度变化幅度比较大，采用高、低负压抽采瓦斯，掺混后全部采用国产低浓度瓦斯内燃发电机组。国内低浓度瓦斯发电机组热耗一般为 11. 0kW· h，甲烷热值约 35. 5 M J/Nm3 ，总装机容量 4 357 kW 。考虑到现阶段瓦斯流量和浓度都不稳定，所以取10% 的富余系数，本次装机按约 4 200 kW 考虑，并适当预留扩建余地。目前在我国运行或安装的国产瓦斯发电机组，主要有 500、700 和 1 000、1200 kW 几种机型，各种机型均适合本瓦斯发电项目。根据万峰煤矿瓦斯抽采站抽采量、瓦斯浓度、瓦斯气热值等条件，根据目前国内利用瓦斯气发电技术应用的现状，本设计对单机容量为 700 和 1000 kW 两种机型进行方案对比：方案一为 4 台 1000 kW 低浓度瓦斯发电机组；方案二为 6 台 7 00kW 低浓度瓦斯发电机组。两个方案技术经济比较见表 1。 二、低浓度瓦斯的输送 1、输送系统工艺流程 根据目前的瓦斯浓度和抽采量以及今后扩建的需要，瓦斯抽采站出口至瓦斯发电站厂区布置 2 根DN500 的瓦斯输送管道，经约 160 m 的距离到达瓦斯发电机组进口，其机组进口压力不小于 2 500 Pa（按瓦斯输送速度不大于 12 m / s），满足机组调压阀前对瓦斯的压力要求。当抽出的瓦斯浓度高于 9% 时燃气机组能安全稳定运行，为保证输送瓦斯浓度在要求的范围内，在瓦斯发电站进掺混装置后，设置瓦斯浓度检测装置，当掺混瓦斯浓度小于 9% 时自动打开放散管，部分或全部放空低浓度瓦斯，保证机组正常运行。在瓦斯抽采站至瓦斯发电站的气源接口处，为保障瓦斯发电站停机或机组检修时有效切断气源，设置快速关闭阀门，作为紧急关断用。万峰煤矿瓦斯放散、水封阻火器布置在室内，输送管路及雾化水管路设置可靠的保温防冻措施。低浓度燃气内燃发电机组所需瓦斯浓度范围较宽，在 10% ～25% 能安全运行，而浓度 5% ～15%的瓦斯在管道运输中极易爆炸。因此为了保证安全生产，从瓦斯抽采站来的瓦斯采用细水雾输送系统，通过水雾发生器在瓦斯管道内连续成雾，从而降低送往发电机组间瓦斯管道的危险性 [ 5] 。细水雾输送系统工艺流程为：瓦斯—抽采泵站—自动水封阻火器—湿式放散阀—瓦斯管道专用阻火器—水雾输送系统—溢流水封阻火器—气水分离器—瓦斯发电机组发电。 2、安全保护措施 细水雾瓦斯输送系统采用了细水雾变送装置，即将水加压通过喷嘴变成水雾，再将水雾和瓦斯气一起通过管路送到发电机组前进行脱水送入发电机组，对于输送系统前、后端接口部分安装了瓦斯专用阻火器，严格的安全设施，使火焰不会蔓延。一般情况下，燃烧前都有温度积累上升的过程，水雾可有效控制瓦斯气体温度，使其远低于燃点（瓦斯的燃点是 700℃）。燃烧发生时，水雾迅速气化，稀释瓦斯浓度，使其达不到爆炸范围，同时水气包围燃烧源，阻止其继续燃烧和蔓延 [ 5] 。在输送系统中设有设备主要包括自动水封阻火器、溢流水封阻火器、湿式放散阀、细水雾发生器、气水分离器、篮式过滤器、瓦斯管道专用阻火器、雾化水泵等以确保系统安全稳定的运行。低浓度瓦斯输送系统不设置储气罐和加压设备，依靠瓦斯抽采泵的余压输送，由抽采站抽采的瓦斯用管道输送至电站，在输送管路上设置湿式水位自控阻火器系列和金属波纹带瓦斯管道专用阻火器系列，在瓦斯输送总管上阻火器系列后设置水雾发生器，由水泵将雾化水池中的水加压送入，产生细水雾，与抽采站来的瓦斯混合后送至各发电机组。发电机组前配备一套脱水器，脱出来的水返回雾化水池再循环使用，瓦斯脱水后进入瓦斯发电机组。全部过程由计算机监控运行，确保输送系统压力正常。 三、气源的保证 本煤矿建有地面永久抽放泵站，采用分源抽采方法。安设有抽采泵 6 台，独立的抽采系统 3套，其中一套高负压抽采系统，抽采泵型号为2BEC67，标况流量 370 m3 / m i n；两套低负压抽采系统，一套为 2BEC67，另一套为 P2620 抽采泵，标况流量 630 m3 / m i n，每套系统一运一备，目前运行一套高负压抽采系统与一套 P2620 低负压抽采系统。瓦斯发电工程启动后，对部分管路进行连接改造，完成 3 套系统同时正常运转。其中高负压系统1 套，用于抽采本煤层钻孔、边掘边抽钻孔与邻近层顶板钻孔；低负压抽采系统两套，用于工作面采空区埋管抽采。为保证气源的充足与浓度的稳定，高负压抽采系统上一是保持本煤层钻孔施工进度的均匀连续性，同时在工作面回风巷增加顶板钻孔，抽采采空区裂隙带瓦斯，以增加瓦斯来源，二是对已施工钻孔每周进行全面排查一次，对浓度低于 10% 的钻孔进行关控，以保证高负压抽采浓度；在低负压抽采系统上进行埋管抽采改造，由原来单趟 φ 450m m 埋管改为一趟 φ 315 m m 与一趟 φ 200 m m ，两趟管路前后相差 10 m ，呈迈步式抽采，改造后优点体现在一是减少因隅角拆管停抽的影响（两趟管每次拆一趟即可），实现了不停抽拆管，二是两趟管路一深一浅，抽采浓度不一样，利用每趟管上阀门可随时调控低负压抽采浓度与抽采流量，而原来单趟管随着埋深加大，抽采浓度增大，拆管后浓度又突然降低；另外对管路进行及时放水、除渣等维护工作，保持抽采系统的畅通。 结束语 本煤矿低浓度瓦斯利用实践表明，低浓度瓦斯输送上采用细水雾输送系统，同时严格安全配套设备，可对瓦斯浓度低于 30% 的瓦斯进
低浓度瓦斯利用技术在我国的应用及现状 安全07—2 王延廷 摘要:介绍了我国煤矿抽采瓦斯利用存在的问题和煤矿低浓度瓦斯利用的主要技术途径,详细分析了煤矿低浓度瓦斯利用技术的研究现状,并对今后的利用前景进行了客观展望。 关键词:低浓度瓦斯利用;现状;前景 1、煤矿瓦斯利用现状 我国是一个产煤大国, 矿井瓦斯是煤矿安全生产的最大隐患。国家对煤矿瓦斯抽采工作非常重视,将其作为治理瓦斯的根本措施,提出了“先抽后采、能抽尽抽、以用促抽”的12字方针,并制订了《煤矿瓦斯抽采基本指标》等一系列标准和法规, 加大了瓦斯抽采工作的力度, 煤矿瓦斯抽采量逐年大幅度增加。2006年全国煤矿瓦斯抽采量为32.4亿/m3;2007年全国瓦斯抽采量为47.35亿/m3,其中井下瓦斯抽采量为44亿/m3; 2008年全国瓦斯抽采量达到55亿/m3,其中淮南、阳泉、松藻、水城和宁煤 10家重点煤矿瓦斯抽采量超过1亿/m3。 我国煤矿瓦斯利用起步较早,从20世纪 50年代就开始利用, 但瓦斯利用率非常低,目前只占瓦斯抽采量的1/3左右。2006年瓦斯利用量为11.5亿/m3,利用率为35.49%;2007年瓦斯利用量为14.46亿/m3,占30.54% (其中井下抽出瓦斯利用量为13亿/m3,占30.2 % ); 2008年瓦斯利用量为16亿/m3,占29.09 % ,瓦斯利用率还略有下降。 另据统计资料分析,2006年全国重点煤矿抽出的瓦斯累计利用量
为6.15亿/m3, 利用率为23.53% ,其中民用瓦斯4.74亿/m3, 占77.07 %; 发电用瓦斯1.41亿 m3,占22.93 %。我国瓦斯利用仍以民用为主。 造成我国煤矿瓦斯利用率低的主要原因: 一是大部分煤矿远离城镇,民用瓦斯规模难以扩大;二是煤矿抽 采瓦斯浓度普遍较低 (( CH4 ) < 30 % ,称为低浓度瓦斯),且浓度不稳定,难以满足工业利用和化工产品的要求。 我国煤矿瓦斯排放量居世界首位, 大量的低浓度瓦斯排放不仅浪费了宝贵的清洁能源, 同时也加重了全球温室效应的影响。因此, 结合我国煤矿低浓度瓦斯的排放特点, 从技术及经济角度研究适宜的瓦斯利用技术, 对加强我国煤矿抽放瓦斯和风排瓦斯的资源化利用,具有十分的重要意义。 2、煤矿低浓度瓦斯利用的技术途径 1)瓦斯发电。采用煤矿低浓度瓦斯发电机组和输送安全保障技术,实现低浓度瓦斯发电,目前在技术是可行的,以后将成为低浓度瓦斯利用的主要技术途径。 2)瓦斯浓缩。采用变压吸附技术和低温液化分离技术, 将煤矿低浓度瓦斯浓缩成高浓度瓦斯,作为民用燃料和化工原料等。 3)掺混燃烧。将煤矿低浓度瓦斯作为工业锅炉的辅助燃料, 与煤炭掺混燃烧,进行发电或其他热能利用。 4)瓦斯氧化利用。将抽排的低浓度瓦斯, 与煤矿乏风瓦斯混合后,进行氧化反应,利用氧化反应产生的热能,进行发电、制冷和制热, 进行热量的阶梯利用。 3、煤矿低浓度瓦斯利用技术研究现状 目前,我国在煤矿低浓度瓦斯利用技术的研究主要有: 一、煤矿