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在煤炭开采过程中，通过煤矿通风系统排出的瓦斯称为通风瓦斯，也称为风排瓦斯或乏风，约占煤矿煤层气甲烷总量的70%。我国《煤矿安全操作规程》规定通风瓦斯中CH4含量必须低于0.75%，实际操作中浓度一般是0.3%左右。通风瓦斯因为甲烷浓度低、气量大，利用技术难度大，一般都直接排放大气。据统计，每年我国通过煤矿通风瓦斯排入大气的甲烷约为130-170亿m3，是西气东输工程设计年输气量的1.1-1.4倍，相当于1500-2000万吨标准煤，每年CO2当量排放量约2.0-2.6亿吨。
目前，国内外一些研究机构和制造商也在研究通风瓦斯氧化装置；从公开报道的文献来看，主要问题有两个：1、回收热量品位低、效率低；2、增加热量回收设备以后，自维持浓度过高，即甲烷浓度低时不能工作或需要额外能量输入。
实验室在中科院知识创新工程“十一五”重要方向项目的支持下，在通风瓦斯氧化处理基础研究、实验装置蓄热室的设计计算的基础上，建成了处理能力为1000Nm3/h的通风瓦斯氧化处理实验装置。该装置采用蓄热式烟气余热回收技术，预热通风瓦斯至
850
℃
，超过甲烷自燃温度，使CH4发生氧化反应；反应释放的热量，一部分被蓄热体吸收，用于预热通风瓦斯，实现装置连续稳定运行；另一部分热量回收利用，可产生高品位蒸汽。实验装置累计试验运行时间超过1000小时，连续自维持运行200小时以上；装置可适应风量波动范围为400Nm3/h-1000Nm3/h，甲烷浓度波动范围为0.45%-1.2%，甲烷氧化率超过97%。通风瓦斯处理能力为1000Nm3/h的实验台包括配气系统、启动系统、测控系统和装置本体。实验台搭建完成后进行了冷态调试，对实验系统的控制方式、压力损失、操作参数等进行了全面测试，确保实验装置的各项性能满足实验所需，并掌握了各控制阀开度等实验工况控制所需的基本数据，制定了实验台操作规范。进行了实验台的热态启动实验，针对启动时间、切换时间、通风量等操作参数进行了实验研究，确定了装置的最佳启动方案，使蓄热体内温度场达到实验所需的理想温度场。随着实验开展，对实验台进行了一系列改造，实现了装置氧化性能的提高和装置结构的优化。
经过大量热态调试后，解决了中部温度降低问题，实现了通过过渡阶段后温度场的稳定。装置在稳定工况下进行了长期自维持实验。选取通风量800Nm3/h，进气甲烷浓度0.63-0.65%，进行了72小时稳定运行实验。从装置72小时内运行每6小时温度场可见，装置经过前期过渡阶段后，温度场逐渐稳定。变工况实验中，对装置的自维持稳定运行进行了考核，单次自维持运行时间超过200小时，选取一侧蓄热室部分典型温度测点，长时间测量结果如图所示，其中实验1为稳定运行实验，实验2为浓度逐渐降低的变工况实验，实验3为风量逐渐降低的变工况实验。温度分布特点是蓄热室外侧区域温度梯度大、中间为具有两个峰值的高温区域，轴向温度分布成M形结构。
对实验装置进行了多种结构的比较实验，与现有装置比较，对装置性能和结构的优化主要体现在如下几方面。
通过对蓄热室结构的逐步优化，共减少蓄热体体积77.8%（不含实验初期去掉的6层共
0.18 m3
堇青石）。
由于中部空腔的延长，使主要的氧化反应处于空腔中，从而改善了由于蓄热室中气流分配不均而产生的边缘角落处反应率低的问题，显著提高了甲烷转化率。
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实验装置