近日，中煤科工集团重庆研究院赵旭生研究员团队研究了以金属纤维燃烧器和管道金属纤维阻火器为核心的低浓度瓦斯安全燃烧技术，开发出了处理能力为2 000 m3 /h、甲烷体积分数为10%的工业级低浓度瓦斯安全燃烧系统，解决了爆炸浓度瓦斯的安全燃烧和直接利用的难题。相关研究成果以《低浓度瓦斯安全直接燃烧技术研究》为题发表于《矿业安全与环保》。
近年来，虽然我国煤矿瓦斯抽采量逐年增加，但瓦斯利用率没有明显增加，一直徘徊在34%左右。这主要是因为煤矿抽采瓦斯中低浓度瓦斯( 甲烷体积分数低于30%) 占到一半以上。甲烷体积分数在5%～ 16%内属瓦斯爆炸浓度范围，将其直接利用安全风险极大，而先浓缩再利用成本太高。
低浓度瓦斯直接发电一般要求瓦斯浓度( 甲烷体积分数) 不小于8%，受瓦斯抽采规模、气体湿度、流量波动和设备检修等影响，许多低浓度瓦斯不适宜发电。所以，全国抽采的低浓度瓦斯绝大部分都直接排空，造成温室气体的大量排放及巨大的能源浪费。
低浓度瓦斯安全燃烧系统结构示意
多级燃烧器结构示意
赵旭生研究团队研发的低浓度瓦斯安全燃烧系统以金属纤维燃烧器、金属纤维阻火器为核心。主要由地面火炬、金属纤维燃烧器、金属纤维阻火器、监测控制系统等组成。低浓度瓦斯经安全输送保障装置、水环真空泵和气液分离除尘器等装置，输送至安全燃烧系统，通过地面火炬内的金属纤维燃烧器，由远程控制系统打开自动点火装置点燃瓦斯气体后，安全燃烧系统进入工作状态。
通过监测控制系统监测管道中瓦斯流量、浓度、压力及金属纤维燃烧器内外部温度、进气管温度等变化情况，并能根据设定自动控制关气阀门、点火、不同燃烧器的开和关、火炬吹扫风机的开停等。
在爆炸浓度范围内的瓦斯燃烧时，依靠金属纤维燃烧器的阻火、隔热、阻爆特性可实现爆炸气体的安全可靠燃烧，单个燃烧器在设计流量内燃烧时，金属纤维丝的温度不会超过1 100 ℃熔断温度。为适应气源的巨大波动带来的流量变化，由多个燃烧器组成的多级燃烧结构能通过流量的分级调节实现安全燃烧。为防止火炬内环境温度的上升可能带来的进气管温度升高，对火炬筒体设置的吹扫风机通过智能开停实现火炬筒体内温度场的温度控制。
在火炬外瓦斯管道上，安设有金属纤维阻火器和关断阀门，可以起到有效阻爆作用。另外，煤矿抽采的低浓度瓦斯管道上本身安装有安全输送保障装置，设有自动阻爆阀门、喷粉抑爆装置、水封阻火泄爆装置等。所以，由安全燃烧系统中的金属纤维燃烧器、阻火器和抽采瓦斯进气管道中的安全保障装置构成的三级安全保障系统能够保证爆炸浓度范围气体的安全燃烧，完全能够阻止爆炸的发生和传播。
这项研究得到了国家科技重大专项、重庆市科技创新领军人才支持计划项目的资金支持。
