技术特征：
1.一种煤矿乏风掺混煤粉蓄热氧化利用系统，其特征在于，包括乏风瓦斯气体输送装置、煤粉输送装置、蓄热氧化装置以及能量利用装置；所述乏风瓦斯气体输送装置依次通过气体输送管道、第一连接管与所述蓄热氧化装置的上输入端连通；所述蓄热氧化装置的上输出端依次通过第二连接管、导热管与所述能量利用装置连通；所述乏风瓦斯气体输送装置依次通过所述气体输送管道、第三连接管与所述蓄热氧化装置的下输入端连通；所述蓄热氧化装置的下输出端依次通过第四连接管、所述导热管与所述能量利用装置连通；所述煤粉输送装置通过第五连接管与所述蓄热氧化装置的上输入端连通；其中，所述第一连接管上安装有第一电磁阀；所述第二连接管上安装有第二电磁阀；所述第三连接管上安装有第三电磁阀；所述第四连接管上安装有第四电磁阀；所述乏风瓦斯气体输送装置用于输送乏风瓦斯气体；所述煤粉输送装置用于输送目标煤粉；其中，单位时间内所述目标煤粉的质量是根据单位时间内所述乏风瓦斯气体所产生的热量的占比确定；所述蓄热氧化装置用于根据所述乏风瓦斯气体和所述目标煤粉反应产生烟气；所述烟气的热能包括第一部分热能、第二部分热能以及第三部分热能；所述第一部分热能用于维持所述蓄热氧化装置运行；所述能量利用装置用于将所述第二部分热能转成电能，将所述第三部分热能进行热交换操作；在工作过程中，控制所述第一电磁阀和所述第四电磁阀开启，控制所述第二电磁阀和所述第三电磁阀关闭，以使所述乏风瓦斯气体和所述目标煤粉通过所述上输入端进入所述蓄热氧化装置，所述蓄热氧化装置产生的烟气通过所述下输出端进入所述能量利用装置；控制所述第一电磁阀和所述第四电磁阀关闭，控制所述第二电磁阀和所述第三电磁阀开启，以使所述乏风瓦斯气体通过所述下输入端进入所述蓄热氧化装置，所述目标煤粉通过所述上输入端进入所述蓄热氧化装置，所述蓄热氧化装置产生的烟气通过所述上输出端进入所述能量利用装置，循环操作，使得所述乏风瓦斯气体掺混所述目标煤粉在所述蓄热氧化装置内燃烧，从而进行热量回收利用。2.根据权利要求1所述的一种煤矿乏风掺混煤粉蓄热氧化利用系统，其特征在于，所述乏风瓦斯气体输送装置包括甲烷气体罐、空气压缩机和气体预混室；所述甲烷气体罐通过第六连接管与所述气体预混室连通；所述空气压缩机通过第七连接管与所述气体预混室连通；所述气体预混室的输出端为所述乏风瓦斯气体输送装置的输出端；按照气体输送方向，所述第六连接管上依次安装有第二减压阀、第二阀门、质量流量计和第四阀门，所述第七连接管上依次安装有第一减压阀、第一阀门、玻璃转子流量计、第三阀门。3.根据权利要求1所述的一种煤矿乏风掺混煤粉蓄热氧化利用系统，其特征在于，所述煤粉输送装置包括煤粉仓、连续供粉组件和鼓风机；所述连续供粉组件设置在所述煤粉仓的输出端上；所述连续供粉组件用于控制所述煤粉仓内煤粉的输出量；所述煤粉仓的输出端与所述第五连接管的第一输入端连通，所述鼓风机与所述第五连接管的第二输入端连通，所述第五连接管的输出端与所述蓄热氧化装置的上输入端连通。4.根据权利要求1所述的一种煤矿乏风掺混煤粉蓄热氧化利用系统，其特征在于，所述
蓄热氧化装置包括燃烧室、用于包裹所述燃烧室的绝缘保温层、安装在所述燃烧室内腔中部区域的蓄热陶瓷以及设置在所述燃烧室内腔顶部区域的煤粉燃烧喷嘴；所述煤粉燃烧喷嘴与所述上输入端连接。5.根据权利要求4所述的一种煤矿乏风掺混煤粉蓄热氧化利用系统，其特征在于，还包括温度监控装置；所述温度监控装置包括热电偶、与所述热电偶的一端连接的温度数据采集模块以及用于获取所述温度数据采集模块采集的温度信息的计算机；所述热电偶的个数为多个，且多个所述热电偶的另一端按照垂直距离平均分布在所述蓄热陶瓷上。6.根据权利要求1所述的一种煤矿乏风掺混煤粉蓄热氧化利用系统，其特征在于，所述能量利用装置包括换热模块、汽轮机和换热器；所述换热模块的输入端与所述导热管的第一输出端连通，所述换热模块用于获取所述导热管传输的烟气的热量，以得到过热蒸汽和低温蒸汽；所述换热模块的第一输出端与所述汽轮机连接，所述换热模块用于将所述过热蒸汽传输至所述汽轮机；所述汽轮机用于根据所述过热蒸汽进行发电；所述换热模块的第二输出端与所述换热器连接；所述换热模块用于将所述低温蒸汽传输至所述换热器；所述换热器用于根据所述低温蒸汽进行热交换，以产生热水。7.根据权利要求6所述的一种煤矿乏风掺混煤粉蓄热氧化利用系统，其特征在于，还包括气相色谱分析仪；所述气相色谱分析仪的第一输入端通过第八连接管与所述导热管的第二输出端连通；所述气相色谱分析仪的第二输入端通过第九连接管与所述气体输送管道连通；所述气相色谱分析仪用于对所述烟气的浓度和成分进行分析，以及对所述乏风瓦斯气体的浓度和成分进行分析。8.一种基于权利要求1-7任一项所述的煤矿乏风掺混煤粉蓄热氧化利用系统的方法，其特征在于，包括：步骤100：当所述蓄热氧化装置处于第一条件时，控制第一电磁阀和第四电磁阀开启，控制控制第二电磁阀和第三电磁阀关闭，以使乏风瓦斯气体和目标煤粉通过上输入端进入蓄热氧化装置，进而使蓄热氧化装置产生的烟气通过下输出端进入能量利用装置；其中，单位时间内所述目标煤粉的质量是根据单位时间内所述乏风瓦斯气体所产生的热量的占比确定；步骤200：当所述蓄热氧化装置处于第二条件时，控制第一电磁阀和第四电磁阀关闭，控制控制第二电磁阀和第三电磁阀开启，以使乏风瓦斯气体通过下输入端进入蓄热氧化装置，使目标煤粉通过上输入端进入蓄热氧化装置，进而使蓄热氧化装置产生的烟气通过上输出端进入能量利用装置；步骤300：重复步骤100和步骤200，使得所述乏风瓦斯气体掺混所述目标煤粉在所述蓄热氧化装置内燃烧，从而进行热量回收利用。9.根据权利要求8所述的一种煤矿乏风掺混煤粉蓄热氧化利用系统的方法，其特征在于，在执行步骤100之前，包括：通过电加热方式对所述蓄热氧化装置进行预热。10.根据权利要求8所述的一种煤矿乏风掺混煤粉蓄热氧化利用系统的方法，其特征在
于，所述目标煤粉的质量的确定过程：根据公式计算在单位时间内乏风瓦斯中甲烷浓度为第一浓度时产生的氧化热；根据公式计算在单位时间内甲烷浓度为基准浓度时产生的氧化热；所述第一浓度小于所述基准浓度，且在单位时间内甲烷浓度为基准浓度时产生的氧化热能够维持所述蓄热氧化装置的运行；计算氧化热差值；所述氧化热差值为在单位时间内乏风瓦斯中甲烷浓度为第一浓度时产生的氧化热与在单位时间内甲烷浓度为基准浓度时产生的氧化热的差值；将所述氧化热差值作为单位质量煤粉产生的热量，并结合公式q2＝q
coal-lhv
·
m
coal
计算出所需补充的目标煤粉的质量；其中，q1表示单位时间内乏风瓦斯中甲烷浓度为第一浓度时产生的氧化热，mj/h；q3表示单位时间内乏风瓦斯中甲烷浓度为基准浓度时产生的氧化热，mj/h；l表示蓄热氧化装置处理的乏风瓦斯气体的流量，m3/h；表示乏风瓦斯中甲烷的浓度，vol.％；表示甲烷的低位热值，mj/m3；η表示甲烷的氧化率，％；q2表示单位质量煤粉产生的热量，mj；q
coal-lhv
表示煤粉的低位热值，mj/kg；m
coal
表示目标煤粉的质量，kg。
技术总结
本发明公开了一种煤矿乏风掺混煤粉蓄热氧化利用系统及方法，涉及极低浓度瓦斯氧化利用、煤矿节能减排技术领域，该系统包括乏风瓦斯气体输送装置、煤粉输送装置、蓄热氧化装置以及能量利用装置。本发明通过添加优质煤粉使蓄热氧化稳定运行，降低了可自维持运行的最低甲烷浓度和氧化温度，大大提高乏风瓦斯的利用效率；同时本发明破解了煤矿乏风及低浓度瓦斯无法直接利用的难题，将乏风瓦斯转化为热能并用于发电和供热，可大大提高乏风瓦斯的利用效率，有效解决矿区电力供给紧张的矛盾及碳达峰碳中和的环保压力，可以有效降低供热和能源消耗成本。耗成本。耗成本。
技术研发人员：聂百胜 尹斐斐 柳先锋 李祥春 孟筠青 常里
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：2022.07.26
技术公布日：2022/11/1