Regenerative Thermal Oxidizer para sa Low-Concentration Coal Mine Methane Treatment at Energy Recovery

Sa panahon ng pagmimina ng karbon, ang gas ng minahan ng karbon ay parehong isang mahalagang salik na nakakaapekto sa kaligtasan sa operasyon at isang mahalagang pinagmumulan ng emisyon ng methane. Ang mababang konsentrasyon ng gas ng minahan ng karbon at ang bentilasyon ng air methane ay partikular na mahirap gamitin dahil sa kanilang mababang konsentrasyon ng methane, malaking volume ng hangin, at medyo mababang heating value. Ang mga kumbensyonal na teknolohiya sa pagkasunog at pagbuo ng kuryente ay kadalasang hindi angkop para sa direktang paggamit, at isang malaking bahagi ng mga gas na ito ay dating inilalabas nang direkta sa atmospera.

Habang patuloy na umuunlad ang mga pandaigdigang pagsisikap sa pagbabawas ng methane, ang pamamahala ng methane sa minahan ng karbon ay unti-unting lumilipat mula sa pagtuon lamang sa kaligtasan patungo sa isang pinagsamang pamamaraan na pinagsasama ang ligtas na paggamot, pagbabawas ng greenhouse gas, at pagbawi ng enerhiya. Para sa malalaking daloy ng gas na naglalaman ng methane na may mababang heating value, Regenerative Thermal OxidizerNagbibigay ang mga ito ng praktikal na ruta ng paggamot sa pamamagitan ng pagsasama ng oksihenasyon sa mataas na temperatura at mahusay na pag-iimbak at pagbawi ng init.

1. Bakit Angkop ang Low-Concentration Coal Mine Gas para sa RTO Treatment

Ang pangunahing hamon sa paggamot ng low-concentration na gas mula sa minahan ng karbon ay ang mababang heating value nito. Habang bumababa ang konsentrasyon ng methane, ang mga kumbensyonal na kagamitan sa pagkasunog ay lalong nagiging hindi kayang mapanatili ang matatag na operasyon gamit ang heating value ng mismong gas, na nagiging dahilan upang kailanganin ang patuloy na auxiliary fuel input at pataasin ang pagkonsumo ng enerhiya.

Ang pangunahing bentahe ng isang RTO ay ang kakayahang mabawi hangga't maaari ang init na inilalabas sa panahon ng oksihenasyon ng methane at muling gamitin ito upang painitin ang papasok na gas. Ang mababang temperaturang gas na naglalaman ng methane ay unang dumadaan sa isang mainit na regenerative chamber, kung saan sinisipsip nito ang nakaimbak na init. Pagkatapos ay pumapasok ito sa oxidation chamber, kung saan ang methane ay nao-oxidize sa mataas na temperatura. Ang nagresultang mainit na flue gas ay kasunod na dumadaan sa isa pa, mas malamig na regenerative chamber, na inililipat ang init nito pabalik sa ceramic media ng chamber.

Matapos baguhin ang daloy ng gas, ang regenerative chamber na kakasipsip lang ng init ay ginagamit upang painitin ang susunod na papasok na daloy ng gas, na bubuo sa sumusunod na siklo:

Pagpapainit ng feed-gas → oksihenasyon sa mataas na temperatura → paglabas ng init ng flue-gas → pag-iimbak ng init na seramik → pagpapalit ng daloy → pagpapainit ng feed-gas

Sa pamamagitan ng paulit-ulit na siklong ito, ang init ay patuloy na nananatili sa loob ng RTO, na lubos na binabawasan ang mga thermal losses na mangyayari kung ang mainit na flue gas ay direktang ibinubuga. Sa ilalim ng angkop na disenyo at mga kondisyon ng pagpapatakbo, ang init na inilalabas mula sa methane oxidation ay maaaring magtustos ng malaking proporsyon ng thermal demand ng sistema, sa gayon ay binabawasan ang auxiliary fuel consumption.

2. Proseso ng Paggamot ng isang Sistemang RTO

Ang isang tipikal na sistema ng paggamot para sa gas ng minahan ng karbon na mababa ang konsentrasyon ay kinabibilangan ng ligtas na pagdadala ng gas, pagsasaayos ng konsentrasyon, Regenerative Thermal Oxidation, awtomatikong kontrol, at pagbawi ng nasayang na init.

Una, ang gas mula sa minahan ng karbon ay dinadala patungo sa sistema ng paggamot sa pamamagitan ng sistema ng paghahatid ng gas. Dahil ang methane ay madaling masunog, ang sistema ay dapat na may angkop na mga aparatong pangkaligtasan para sa pag-iwas sa backflow, pag-aresto sa apoy, paghihiwalay ng pagsabog, at pag-alis ng presyon. Ang konsentrasyon, presyon, at bilis ng daloy ng gas ay dapat ding patuloy na subaybayan.

Kapag pabago-bago ang konsentrasyon ng methane, maaaring isaayos ang kondisyon ng feed-gas sa pamamagitan ng kontroladong air dilution upang ang gas na pumapasok sa RTO ay manatili sa loob ng tinukoy na operating range.

Pagkatapos makapasok sa RTO, ang low-temperature gas ay unang dumadaan sa isang regenerative chamber. Inililipat ng ceramic media ang init na nakaimbak noong nakaraang operating cycle patungo sa papasok na gas, na mabilis na nagpapataas ng temperatura nito. Ang preheated gas ay papasok sa high-temperature combustion chamber, kung saan ang methane ay tumutugon sa oxygen:

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + init

Sa ganitong paraan, ang methane ay nababago sa carbon dioxide at tubig habang naglalabas ng init.

Ang mainit na gas na tubo ay dumadaloy sa isa pang regenerative chamber, kung saan ang init nito ay inililipat sa ceramic media bago ilabas ang pinalamig na gas. Sa pamamagitan ng pana-panahong pagbabago ng direksyon ng daloy ng gas, ang mga regenerative chamber ay salitan na sumisipsip at naglalabas ng init, na nagpapanatili ng isang patuloy na panloob na siklo ng pagbawi ng init.

Para sa mga aplikasyon na nangangailangan ng pangmatagalan at patuloy na paggamot sa malalaking volume ng gas mula sa minahan ng karbon, ang mga rotary valve RTO ay nag-aalok ng karagdagang mga bentahe sa pagpapatakbo. Ang mga sistemang ito ay karaniwang gumagamit ng isang cylindrical multi-chamber na istraktura. Ang isang rotary valve ay patuloy na nagre-redirect sa mga daanan ng inlet at outlet ng gas upang ang bawat regenerative chamber ay magkakasunod na magsagawa ng feed-gas preheating, heat recovery mula sa oxidized gas, at flow switching.

Kung ikukumpara sa kumbensyonal na poppet-valve, binabawasan ng rotary valve ang mga pagbabago-bago ng daloy ng gas na dulot ng madalas na pagbukas at pagsasara ng maraming balbula. Nagreresulta ito sa mas maayos na paglipat sa pagitan ng mga daloy ng papasok at palabas at nakakatulong na mapanatili ang mas matatag na temperatura ng combustion-chamber at presyon ng sistema.

Bukod pa rito, ang isang sentral na rotary distribution mechanism ay kayang kontrolin ang maraming regenerative chamber, na binabawasan ang bilang ng mga switching valve at mga kaugnay na actuator at pinapasimple ang distribusyon ng daloy ng gas. Sa patuloy na operasyon, ang iba't ibang regenerative chamber ay gumagana sa isang nakapirming pagkakasunod-sunod, na nagpapahintulot sa ceramic media na kumpletuhin ang pagsipsip ng init at paglabas ng init nang mas epektibo at nakakatulong na mapanatili ang mataas na kahusayan sa pagbawi ng init.

Para sa mga aplikasyon ng gas sa minahan ng karbon na may mababang konsentrasyon na nailalarawan sa pamamagitan ng malalaking volume ng hangin at mahahabang panahon ng pagpapatakbo, binabawasan din ng disenyo ng rotary valve ang epekto ng paulit-ulit na pag-on sa process continuity. Samakatuwid, nakakatulong ito sa RTO na mapanatili ang medyo matatag na performance ng oksihenasyon kapag ang gas flow rate at methane concentration ay nag-iiba sa loob ng operating range. Dahil dito, ang mga rotary valve RTO ay partikular na angkop para sa malakihang volume, tuluy-tuloy na low-concentration na paggamot ng gas sa minahan ng karbon.

3. Ang Mataas na Pagbawi ng Init ay Isang Pangunahing Bentahe ng mga RTO

Ang gas mula sa minahan ng karbon na may mababang konsentrasyon ay naglalaman lamang ng maliit na proporsyon ng mga nasusunog na bahagi, kaya ang bisa ng pagbawi ng init ay may direktang epekto sa pagkonsumo ng enerhiya sa pagpapatakbo.

Sa isang kumbensyonal na thermal oxidizer, ang paglabas ng mainit na flue gas nang walang sapat na pagbawi ng init ay nangangailangan ng patuloy na pagpasok ng gasolina upang mapanatili ang kinakailangang temperatura ng oksihenasyon. Sa kabilang banda, ang isang RTO ay gumagamit ng ceramic heat-storage media upang paulit-ulit na ilipat ang init mula sa papalabas na flue gas patungo sa papasok na gas, na nagpapahintulot sa thermal energy na umikot sa loob ng sistema.

Ang proseso ay maaaring ibuod bilang:

Init na inilalabas ng oksihenasyon ng methane → imbakan ng init na seramik → papasok na pag-init ng gas → patuloy na oksihenasyon ng methane

Ang mekanismong ito na may mataas na kahusayan sa pagbawi ng init ang pangunahing dahilan kung bakit ang mga RTO ay angkop sa paggamot ng mga gas na naglalaman ng methane na mababa ang konsentrasyon at mababa ang heating value.

4. Mula sa Pagbabawas ng Methane Tungo sa Pagbawi ng Enerhiya

Hindi lamang tinatrato ng isang RTO ang mga emisyon ng methane kundi maaari ring magbigay-daan sa karagdagang pagbawi at paggamit ng enerhiyang thermal.

Ang pagbawi ng init ay maaaring hatiin sa dalawang antas. Ang una ay panloob na regenerative na pagbawi ng initKinukuha ng ceramic heat-storage media ang init mula sa mainit na flue gas at muling ginagamit ito upang painitin ang papasok na gas, sa gayon ay binabawasan ang enerhiyang kinakailangan upang patakbuhin ang mismong RTO.

Ang pangalawa ay pagbawi ng panlabas na basurang initKapag ang init na inilabas ng methane oxidation ay lumampas sa thermal demand ng RTO, ang sobrang init ay maaaring mabawi sa pamamagitan ng waste heat boiler o iba pang kagamitan sa pag-recover ng init. Depende sa pangangailangan ng enerhiya ng lugar ng minahan, ang nabawing init ay maaaring gamitin upang makagawa ng singaw o mainit na tubig, magbigay ng heating sa gusali, maiwasan ang pagyeyelo sa mga shaft ng minahan, o suportahan ang karagdagang pagbuo ng kuryente.

Samakatuwid, ang ruta ng paggamot para sa low-concentration coal gas mula sa minahan ng karbon ay maaaring umunlad mula sa simpleng paglabas patungo sa isang pinagsamang proseso:

Ligtas na pagdadala ng gas → pagsasaayos ng konsentrasyon → Paggamot ng RTO → pagbawi ng init → paggamit ng enerhiya

Sa ganitong paraan, ang RTO ay nabubuo mula sa isang simpleng emission-control device sa dulo ng tubo tungo sa isang mahalagang thermal conversion unit na nag-uugnay sa pagbawas ng methane sa paggamit ng enerhiya sa lugar ng minahan.

5. Konklusyon

Ang mababang konsentrasyon ng gas mula sa minahan ng karbon at ang bentilasyon ng air methane ay nailalarawan sa pamamagitan ng mababang konsentrasyon ng methane, malaking volume ng hangin, at kahirapan sa direktang paggamit, na ginagawa silang mahahalagang target para sa pagbabawas ng emisyon ng methane.

Pinagsasama ng mga RTO ang oksihenasyon sa mataas na temperatura at ang pag-iimbak at pagbawi ng init mula sa ceramic. Sa pamamagitan ng patuloy na pagsipsip ng init, paglabas ng init, at pagpapalit ng daloy ng gas, ang init na nalilikha ng oksihenasyon ng methane ay paulit-ulit na ginagamit muli upang painitin ang papasok na gas, sa gayon ay binabawasan ang pagkonsumo ng pantulong na panggatong. Kapag may magagamit na sobrang init, maaari rin itong mabawi para sa produksyon ng singaw, pagpapainit, o pagbuo ng kuryente.

Gaya ng tinalakay sa artikulong ito, ang isang RTO ay hindi lamang makakabawas sa direktang emisyon ng methane. Maaari rin nitong mapabuti ang halaga ng pagbawi ng enerhiya ng low-concentration coal mine gas, na nagbibigay ng isang pinagsamang teknikal na ruta para sa pagbabawas ng methane at mas berdeng operasyon ng minahan ng karbon.