目的

　　全世界因煤矿开采每年排入大气中的CH4总量为2500万t，其中70%来自煤矿乏风。将CH4直接排放到大气中，一方面造成了有限的不可再生资源的严重浪费；另一方面，加剧了大气污染，甲烷是一种温室气体，以100年计甲烷的温室效应是CO2的21倍，甲烷的温室效应影响居第二位(17%)，仅次于CO2(55%)。因此，合理回收利用煤矿乏风中CH4具有节能和环保双重意义。煤矿乏风中CH4浓度通常低于1%，利用难度大。本文利用自行研制的蓄热逆流氧化装置对煤矿乏风的氧化过程进行了研究，考察了CH4浓度、乏风流量、换向周期和反应区温度对煤矿乏风氧化的影响。

方法

　　搭建了煤矿乏风蓄热逆流氧化装置，它是由1个氧化反应炉、4个阀门和1个能量获取系统组成。炉体内部采用蜂窝陶瓷蓄热体，内表面采用陶瓷纤维棉等保温材料。炉体中间为电加热器，在炉体轴线上布置12个热电偶测点，两换热器内部称为中心区，共布置4个热电偶测点，换热器外侧称为预热区，分别布置4个热电偶测点，热电偶输出信号与计算机相连接，可实现对炉内温度场的瞬态监测。气体的流向变化由2个1组共4个电磁阀实现。模拟煤矿乏风由天然气和空气配制而成。

结果

　　(1) 炉内温度场分布呈现一种中间高、两端低的对称式分布，中心区具有较高的温度，从而可以保证氧化反应的顺利进行，两侧进出口的温度较低，说明排烟损失较小，氧化反应产生的热量被有效的获取；(2) 当CH4浓度为0.2％时，炉内中心区的温度维持在1 000℃左右，CH4氧化率为99.2％，说明氧化反应炉能够维持超低浓度的自热氧化反应；(3) 随着CH4浓度的增加，中心区的温度升高，高温区的范围变大，氧化反应区域变宽，有利于氧化反应的进行，两侧预热区的温度变化不大，进出口温差变化较小，说明排烟热量损失基本不变，受CH4浓度变化的影响较小；(4) 随着乏风流量的增加，中心区的最高温度升高，高温区域变宽，有利于氧化反应的进行，同时进出口温差变大，被气体带走的热量增加，排烟热量损失增加；(5) 最佳换向周期范围为90～150 s，乏风氧化的最低反应温度为880 ℃左右，并且受反应浓度的影响较小。

结论

　　炉内温度场分布呈现一种中间高、两端低的对称式分布，当CH4浓度为0.2％时，蓄热逆流氧化装置能够维持自热氧化反应；随着CH4浓度的增加，中心区的温度升高，高温区的范围变大，氧化反应区域变宽；随着乏风流量的增加，中心区的最高温度升高，高温区域变宽，但进出口温差变大，热量损失增加；最佳换向周期范围为90～150 s；煤矿乏风氧化的最低反应温度为880℃左右。