專利名稱：礦井乏風(fēng)瓦斯氧化裝置的加熱啟動系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種礦井乏風(fēng)瓦斯氧化裝置的加熱啟動系統(tǒng)，屬于低濃度甲垸逆流氧化技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
煤礦瓦斯的主要成分為甲垸，是優(yōu)質(zhì)潔凈的氣體能源，但同時也是煤礦生產(chǎn)中最大的安 全隱患。為了提高煤礦生產(chǎn)的安全性，通常采用大量通風(fēng)來排放煤礦瓦斯(稱為礦井乏風(fēng))。 幾乎所有的煤礦沒有嘗試回收和處理礦井乏風(fēng)中的甲烷，而直接將其排放到大氣之中，這不
僅造成能源的巨大浪費(fèi)，而且對大氣環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。甲烷是一種溫室氣體，以ioo
年計的甲烷溫室效應(yīng)是二氧化碳的21倍。目前，全球每年通過乏風(fēng)排放的甲烷總量估計為 152億m3，而中國每年通過乏風(fēng)排放的甲烷達(dá)91億m3，是甲垸的最大工業(yè)排放源。礦井通風(fēng) 瓦斯具有以下三個特點(diǎn)(1)風(fēng)排量巨大， 一個典型礦井主排風(fēng)口的通風(fēng)量為100-250m3/S; (2)瓦斯?jié)舛纫话阈∮?%; (3)瓦斯?jié)舛炔▌臃秶?。這些特點(diǎn)決定了礦井乏風(fēng)瓦斯很難 利用傳統(tǒng)燃燒器在沒有輔助燃料的情況下直接進(jìn)行燃燒。目前，有效利用礦井乏風(fēng)瓦斯的方 法是逆流氧化技術(shù)。逆流氧化技術(shù)按照氧化機(jī)理可分為熱逆流反應(yīng)器和催化逆流反應(yīng)器兩種。 這兩種反應(yīng)器的基本工作原理和構(gòu)造大體相同，主要區(qū)別是催化逆流反應(yīng)器使用了氧化催化 劑，降低了瓦斯氧化所需要的溫度，但是也大幅度增加了設(shè)備成本和維護(hù)費(fèi)用。MEGTEC公司 采用熱逆流反應(yīng)器(VOCSIDIZER)處理礦井乏風(fēng)中的甲垸，并回收其能量。VOCSIDIZER采用 氣體和熱交換介質(zhì)固體床之間的再生熱交換原理，首先用電加熱器將熱交換介質(zhì)固體床(蜂 窩陶瓷)加熱到IOOO'C左右，礦井乏風(fēng)以一個方向流入和通過反應(yīng)器，氣體被蓄熱陶瓷加熱， 溫度不斷提高，直至甲垸氧化。然后，氧化的熱氣體繼續(xù)向床的另一邊移動，把熱量傳遞給 蓄熱陶瓷而逐漸降熱。隨著氣體的不斷進(jìn)入，反應(yīng)床入口一側(cè)溫度逐漸降低，出口側(cè)溫度逐 漸升高。在入口側(cè)沒有足夠的熱量將氣體加熱到氧化溫度以前，開始換向，氣體流動發(fā)生反 轉(zhuǎn)。該反應(yīng)器的關(guān)鍵是要將送入反應(yīng)器中的氣體不斷變換運(yùn)動方向，使進(jìn)氣在蓄熱器中吸熱 升溫，以保證氧化過程的自維持。我國開發(fā)的"煤礦乏風(fēng)甲垸氧化裝置"(200620081956. X)， 其原理與VOCSIDIZER基本相同。上述的幾種逆流氧化裝置都是采用電加熱啟動方法，加熱元件為電熱體合金電熱絲，埋在氧化床中部的蓄熱陶瓷內(nèi)。啟動時通電加熱，達(dá)到甲垸氧化反 應(yīng)溫度后停止加熱，靠甲垸氧化反應(yīng)放出的熱量進(jìn)行自維持。但這種加熱方式存在以下缺點(diǎn) (1)在電加熱器停止加熱后，電加熱器長期處于具有氧化氛圍的高溫區(qū)中，電熱絲容易氧化 變脆，甚至斷裂，失去再次啟動的功能；(2)電熱絲直接埋在陶瓷蓄熱體內(nèi)，電加熱絲表面 溫度比周圍陶瓷蓄熱體高IO(TC以上，會造成陶瓷蓄熱體局部熱應(yīng)力過大，降低陶瓷蓄熱體 壽命；(3)電熱絲維修和更換不方便；(4)單臺氧化裝置電加熱器的功率為數(shù)百千瓦，增大 了煤礦用電負(fù)荷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要克服上述電加熱啟動的缺點(diǎn)，創(chuàng)新研制和提供一種礦井乏風(fēng)瓦斯氧 化裝置的加熱啟動系統(tǒng)。其技術(shù)方案為
包括熱風(fēng)產(chǎn)生與調(diào)節(jié)系統(tǒng)、熱風(fēng)分配系統(tǒng)兩大部分，其特征在于熱風(fēng)產(chǎn)生與調(diào)節(jié)系統(tǒng) 包括風(fēng)機(jī)、流量調(diào)節(jié)閥、空氣進(jìn)風(fēng)口、燃燒器、熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)室、熱電偶和超高溫閥門，安 裝在氧化裝置本體的外部，風(fēng)機(jī)經(jīng)過流量調(diào)節(jié)閥與空氣進(jìn)風(fēng)口相連，空氣進(jìn)風(fēng)口套在燃燒器 的燃燒頭上，并與熱風(fēng)溫調(diào)節(jié)室連通，熱風(fēng)分配系統(tǒng)包括熱風(fēng)分配總管和多個熱風(fēng)分配支管， 其中熱風(fēng)分配總管置于氧化裝置本體內(nèi)部的中心部位、插在陶瓷蓄熱體的孔內(nèi)，其入口端通 過超高溫閥門與熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)室相連通，多個熱風(fēng)分配支管分居熱風(fēng)分配總管的兩側(cè)、插在 陶瓷蓄熱體的孔內(nèi)，與熱風(fēng)分配總管相連。
所述的礦井乏風(fēng)瓦斯氧化裝置的加熱啟動系統(tǒng)，熱風(fēng)分配總管經(jīng)總管支架安裝在孔內(nèi)， 其外壁與陶瓷蓄熱體之間留有間隙；熱風(fēng)分配支管的管壁上均勻分布著許多小孔，并經(jīng)支管 支架安裝在孔內(nèi)，其外壁與陶瓷蓄熱體之間留有間隙。
所述的礦井乏風(fēng)瓦斯氧化裝置的加熱啟動系統(tǒng)，熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)室上插有熱電偶。
所述的礦井乏風(fēng)瓦斯氧化裝置的加熱啟動系統(tǒng)，氧化裝置本體為設(shè)有保溫層的陶瓷蓄熱體。
其工作原理為啟動時，首先打開礦井乏風(fēng)瓦斯熱逆流氧化裝置的配風(fēng)裝置，使使氧化 裝置本體內(nèi)部中心部位的風(fēng)壓維持在土100kPa內(nèi)。打開流量調(diào)節(jié)閥和超高溫閥門，啟動風(fēng)機(jī)， 空氣經(jīng)過空氣進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入熱風(fēng)溫調(diào)節(jié)室。開啟燃燒器，燃燒器產(chǎn)生的高溫氣體與風(fēng)機(jī)輸送的 空氣在熱風(fēng)溫調(diào)節(jié)室內(nèi)混合。混合后的熱氣體經(jīng)過超高溫閥門進(jìn)入熱風(fēng)分配總管，然后再進(jìn) 入各個熱風(fēng)分配支管，通過熱風(fēng)分配支管管壁上的孔進(jìn)入陶瓷蓄熱體，對陶瓷蓄熱體進(jìn)行加 熱，以使混合氣體的溫度與設(shè)定的目標(biāo)溫度一致。當(dāng)位于氧化裝置陶瓷蓄熱體中心部位的熱 電偶采集的溫度達(dá)到預(yù)定值(如100(TC)時，依次關(guān)閉燃燒器、超高溫閥門、風(fēng)機(jī)和流量調(diào)節(jié)閥，至此，啟動過程完成，氧化裝置在控制系統(tǒng)的控制下自動運(yùn)行。
在氧化裝置運(yùn)行過程中，當(dāng)陶瓷蓄熱體中心部位的溫度過低時，打開流量調(diào)節(jié)閥和超高 溫閥門，啟動風(fēng)機(jī)和燃燒器，向熱風(fēng)分配系統(tǒng)輸送熱風(fēng)，對中心部位的蓄熱陶瓷進(jìn)行輔助加 熱，以維持氧化反應(yīng)。當(dāng)陶瓷蓄熱體中心部位的溫度達(dá)到正常工作值時，停止加熱，依次,關(guān) 閉燃燒器、超高溫閥門、風(fēng)機(jī)和流量調(diào)節(jié)閥。
在氧化裝置運(yùn)行過程中，當(dāng)陶瓷蓄熱體中心部位的溫度過高時，打開流量調(diào)節(jié)閥和超高溫閥 門，啟動風(fēng)機(jī)，向熱風(fēng)分配系統(tǒng)輸送冷空氣，對中心部位的蓄熱陶瓷進(jìn)行冷卻，以保證正常 的工作溫度。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)和有益效果是
(1) 采用燃燒器外部加熱，對加熱系統(tǒng)的要求低，降低了成本,維護(hù)方便。熱風(fēng)分配總 管和熱風(fēng)分配支管可以采用耐高溫的陶瓷制成，可以長期置于高溫區(qū)內(nèi)，可靠性高。燃燒器 產(chǎn)生的高溫氣體用空氣在熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后的溫度恒定，容易控制，避免 了因加熱系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫對氧化床造成的破壞，延長了氧化床的壽命。
(2) 在煤礦開采過程中，礦井乏風(fēng)中的瓦斯?jié)舛葧l(fā)生波動。在氧化裝置運(yùn)行過程中， 氧化床中心部位的溫度在一定程度上也會隨著乏風(fēng)瓦斯?jié)舛炔▌佣▌印Ｈ绻趸仓行牟?位溫度過低，加熱系統(tǒng)可以在控制系統(tǒng)的控制下自動對氧化床進(jìn)行輔助加熱；如果氧化床中 心部位溫度過高，控制系統(tǒng)自動啟動加熱系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)，向氧化床內(nèi)輸送冷風(fēng)，抑制高溫。這 樣就可以使氧化床中心的溫度保持在一定范圍內(nèi)，提高氧化裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性。
(3) 本系統(tǒng)可以礦井現(xiàn)場實(shí)際情況選用各種燃料的燃燒器，燃料包括濃瓦斯、天然氣、 液化石油氣、汽油和柴油等，燃料選用靈活。
(4) 該加熱啟動系統(tǒng)消耗電能較少，降低了用電負(fù)荷。
(5) 本加熱啟動系統(tǒng)不僅具有可靠性高、造價低、容易維修、燃料靈活、用電負(fù)荷小等 優(yōu)點(diǎn)，提高了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1所示實(shí)施例的局部A-A剖示圖。
圖3是圖1所示實(shí)施例中的B-B剖示圖。
圖4是圖1所示實(shí)施例中熱風(fēng)分配支管橫截面局部剖示圖。
圖中1、風(fēng)機(jī) 2、流量調(diào)節(jié)閥 3、配風(fēng)口 4、燃燒器 5、熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)室 6、 熱電偶7、超高溫閥門8、熱風(fēng)分配總管9、保溫層10、熱風(fēng)分配支管11、支管支架12陶瓷蓄熱體13、總管支架14、上進(jìn)出氣導(dǎo)向分配器 15、四通換向閥
16、閥門 17、乏風(fēng)進(jìn)口管 18、鼓風(fēng)機(jī)19、引風(fēng)機(jī)20、排氣管 21、閥門 22、
下進(jìn)出氣導(dǎo)向分配器23、支撐網(wǎng)24、熱電偶25、孑L26、孔 27、小孔
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明
在圖l-4所示的實(shí)施例中上進(jìn)出氣導(dǎo)向分配器14、四通換向閥15、閥門16、乏風(fēng)進(jìn) 口管17、鼓風(fēng)機(jī)18、引風(fēng)機(jī)19、排氣管20、閥門21下進(jìn)出氣導(dǎo)向分配器22構(gòu)成了礦井乏 風(fēng)瓦斯熱逆流氧化裝置的配風(fēng)裝置，氧化裝置本體為設(shè)有保溫層9的陶瓷蓄熱體12。風(fēng)機(jī)1 經(jīng)過流量調(diào)節(jié)閥2與空氣進(jìn)風(fēng)口 3相連，空氣進(jìn)風(fēng)口 3套在燃燒器4的燃燒頭上，并與熱風(fēng) 溫調(diào)節(jié)室5連通；熱風(fēng)分配總管8置于氧化裝置本體內(nèi)部的中心部位、并經(jīng)總管支架13安裝 在陶瓷蓄熱體12的孔25內(nèi)，其外壁與陶瓷蓄熱體12之間留有間隙，熱風(fēng)分配總管8的入口 端通過超高溫閥門7與熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)室5相連通；多個管壁上均布有小孔27的熱風(fēng)分配支管 10分居熱風(fēng)分配總管8的兩側(cè)、并經(jīng)支管支架11安裝在陶瓷蓄熱體12的孔26內(nèi)，熱風(fēng)分 配支管10與熱風(fēng)分配總管8相連，其外壁與陶瓷蓄熱體12之間留有間隙。熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)室 5上插有熱電偶6。
權(quán)利要求
1. 一種礦井乏風(fēng)瓦斯氧化裝置的加熱啟動系統(tǒng)，包括熱風(fēng)產(chǎn)生與調(diào)節(jié)系統(tǒng)、熱風(fēng)分配系統(tǒng)兩大部分，其特征在于熱風(fēng)產(chǎn)生與調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)(1)、流量調(diào)節(jié)閥(2)、空氣進(jìn)風(fēng)口(3)、燃燒器(4)、熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)室(5)、熱電偶(6)和超高溫閥門(7)，安裝在氧化裝置本體的外部，風(fēng)機(jī)(1)經(jīng)過流量調(diào)節(jié)閥(2)與空氣進(jìn)風(fēng)口(3)相連，空氣進(jìn)風(fēng)口(3)套在燃燒器(4)的燃燒頭上，并與熱風(fēng)溫調(diào)節(jié)室(5)連通，熱風(fēng)分配系統(tǒng)包括熱風(fēng)分配總管(8)和多個熱風(fēng)分配支管(10)，其中熱風(fēng)分配總管(8)置于氧化裝置本體內(nèi)部的中心部位、插在陶瓷蓄熱體(12)的孔(25)內(nèi)，其入口端通過超高溫閥門(7)與熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)室(5)相連通，多個熱風(fēng)分配支管(10)分居熱風(fēng)分配總管(8)的兩側(cè)、插在陶瓷蓄熱體(12)的孔(26)內(nèi)，與熱風(fēng)分配總管(8)相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井乏風(fēng)瓦斯氧化裝置的加熱啟動系統(tǒng)，其特征在于熱風(fēng)分 配總管(8)經(jīng)總管支架(13)安裝在孔(25)內(nèi)，其外壁與陶瓷蓄熱體(12)之間留有間隙。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井乏風(fēng)瓦斯氧化裝置的加熱啟動系統(tǒng)，其特征在于熱風(fēng)分 配支管(10)的管壁上均勻分布著許多小孔(27),并經(jīng)支管支架(11)安裝在孔(26)內(nèi)， 其外壁與陶瓷蓄熱體(12)之間留有間隙。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井乏風(fēng)瓦斯氧化裝置的加熱啟動系統(tǒng)，其特征在于熱風(fēng)溫 度調(diào)節(jié)室(5)上插有熱電偶(6)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井乏風(fēng)瓦斯氧化裝置的加熱啟動系統(tǒng)，其特征在于氧化裝 置本體為設(shè)有保溫層(9)的陶瓷蓄熱體(12)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種礦井乏風(fēng)瓦斯氧化裝置的加熱啟動系統(tǒng)，屬于低濃度甲烷逆流氧化技術(shù)領(lǐng)域。其熱風(fēng)產(chǎn)生與調(diào)節(jié)系統(tǒng)由風(fēng)機(jī)、流量調(diào)節(jié)閥、空氣進(jìn)風(fēng)口、燃燒器、熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)室、熱電偶和超高溫閥門組成，安裝在氧化裝置本體的外部。熱風(fēng)分配總管置于氧化裝置本體內(nèi)部中心部位，插在陶瓷蓄熱體的孔內(nèi)，其入口端通過超高溫閥門相連。熱風(fēng)分配總管的兩側(cè)連接著多個熱風(fēng)分配支管，熱風(fēng)分配支管插在陶瓷蓄熱體的孔內(nèi)。啟動時，燃燒器產(chǎn)生的高溫氣體與風(fēng)機(jī)輸送的空氣在熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)室混合，經(jīng)過溫度調(diào)節(jié)后經(jīng)過熱風(fēng)分配總管、熱風(fēng)分配支管對蓄熱陶瓷進(jìn)行加熱。具有可靠性高、造價低、容易維修、燃料靈活、用電負(fù)荷小等優(yōu)點(diǎn)，并提高了氧化裝置運(yùn)行穩(wěn)定性。
文檔編號E21F5/00GK101413398SQ20081015929
公開日2009年4月22日 申請日期2008年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日
發(fā)明者劉永啟, 劉瑞祥, 高振強(qiáng) 申請人:山東理工大學(xué)