專利名稱：煤礦乏風瓦斯氧化裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及煤礦乏風瓦斯氧化裝置，尤其是一種基于蓄熱原理來氧化并利用煤礦 乏風瓦斯的礦用設備，屬于煤礦節(jié)能減排、煤礦安全技術及工程領域。
背景技術：
在我國常規(guī)能源構成中，煤炭資源總量約5. 57萬億噸，地下2000m以內的瓦斯 (煤層氣)資源量約30 35萬億m3，屬于人均資源貧乏的國家，有效開采和利用煤炭及瓦 斯資源在我國國民經濟發(fā)展中的重要地位日益凸顯。瓦斯是一種與煤伴生的、不可再生的 資源，同時瓦斯也是一種清潔、高效的能源，其發(fā)熱量可達33. 5 36. 8MJ/m3，Im3瓦斯相當 于1. 3kg標準煤的發(fā)熱量，并且其利用過程不會產生氮氧化合物及硫化物等有害物質。由 于我國50%以上的煤層為高瓦斯煤層，2009年我國煤礦生產過程中釋放的瓦斯總量超過 150億m3，但將近2/3的瓦斯則以乏風的形式直接排入了大氣，既浪費了大量寶貴的能源資 源，也污染了大氣環(huán)境。更加重要的是，瓦斯(煤層氣)的溫室效應是二氧化碳的21倍，對 臭氧層的破壞是CO2的7倍。按照目前世貿組織中減排權購買價格，目前在國際碳匯市場， 每噸碳的減排量可以賣85元人民幣，每年150億m3瓦斯的減排和利用，可獲得170億人民 幣的收益。目前，隨著《應對氣候變換國家方案》的實施，我國的節(jié)能減排問題已成為現(xiàn)階 段的重要戰(zhàn)略任務。因此，煤礦瓦斯特別是乏風瓦斯的綜合利用，不僅可以在瓦斯利用方面 獲得直接的經濟收益，又可在節(jié)能減排方面獲得豐厚的回報。但由于煤礦乏風瓦斯的特點(排氣量大、瓦斯?jié)舛鹊颓也▌臃秶?，使得以此為 基本燃料的常規(guī)燃燒設備無法正常的連續(xù)穩(wěn)定運行。目前，煤礦乏風瓦斯的氧化利用多采 用熱逆流氧化技術，其工作原理為裝置啟動時首先由輔助加熱手段將氧化床中心部分加 熱至1000°C左右，形成中心溫度高、兩側溫度低的近似正態(tài)分布的溫度場。煤礦乏風初始以 一個方向通入并流經蜂窩陶瓷蓄熱體，在流動過程中其溫度不斷升高并迅速氧化，氧化后 的高溫氣體在繼續(xù)流動中將后續(xù)的氧化床加熱，氣體本身溫度逐步降低而后排出反應器。 在反應進行的過程中，氣體入口側蜂窩陶瓷的溫度不斷下降，出口側蜂窩陶瓷的溫度不斷 升高，在入口側蜂窩陶瓷不足以將煤礦乏風加熱至瓦斯氧化反應的溫度時，氣流開始換向。 實踐證明，在乏風瓦斯?jié)舛雀哂?. 2%時，瓦斯氧化反應的放熱可維持氧化床的表面散熱及 氧化反應的穩(wěn)定運行。目前，只有少數(shù)單位在進行煤礦乏風瓦斯的氧化利用技術的研究，專利文 獻公開的“煤礦乏風甲烷氧化裝置”(200620081956. X)、“礦井乏風瓦斯熱氧化裝 置”(200810249860. 3)、“礦井乏風氧化裝置”(200820224339. X)等技術均采用了整體式換 熱裝置，但由于大容量整體式換熱器易使得氣流及氧化床在換熱器后部的溫降過大，易造 成氧化床運行的不穩(wěn)定。
發(fā)明內容
技術問題本發(fā)明的目的是克服已有技術中的不足之處，提供一種設備簡單、結構
3緊湊合理、節(jié)能減排效果好的煤礦乏風瓦斯氧化裝置。技術方案本發(fā)明的煤礦乏風瓦斯氧化裝置，包括內壁布有保溫隔熱層的外殼，由 保溫隔熱層所圍成的腔體中部設有蜂窩陶瓷氧化床，蜂窩陶瓷氧化床由形狀為立方體或長 方體的陶瓷蓄熱體堆積構成，陶瓷蓄熱體上布有若干圓形、方形或多邊形的孔隙；蜂窩陶瓷 氧化床上下兩端與保溫隔熱層圍成上部整流室和下部整流室，上部整流室和下部整流室的 側部均設有分別與進氣管和排氣管相連通的通口，進氣管上設有分別進入上下整流室的進 氣換向閥，排氣管上設有分別進入上下整流室的排氣換向閥，蜂窩陶瓷氧化床的上方設有 上部勻流器，下方設有下部勻流器，進氣管上設有進氣管溫度傳感器和進氣管瓦斯?jié)舛葌?感器，排氣管上設有排氣管溫度傳感器和排氣管瓦斯?jié)舛葌鞲衅?；蜂窩陶瓷氧化床的中部 設有啟動電加熱器，啟動電加熱器的上下方間隔設有內置式換熱器；外殼后部分雖設有間 隔插入上部整流室中部位置的上部整流室溫度傳感器、蜂窩陶瓷氧化床中部位置的溫度傳 感器、下部整流室中部位置的下部整流室溫度傳感器。所述的上部勻流器和下部勻流器均由孔板構成；所述的啟動電加熱器由間隔排列 的多根加熱棒和電源連接板構成；所述的陶瓷蓄熱體由三氧二化鋁、碳化硅或二氧化鋯燒 結而成；所述的內置式換熱器為單連通的蛇形管構成。有益效果可避免裝置大型化后進排氣氣流分布的偏移而引起的床內溫度場不均 和運行的不穩(wěn)定；有利于在裝置啟動時形成中間高、兩側低的溫度場分布；內置式換熱器 采用多組小容量、分體式結構且均勻布置在蜂窩陶瓷氧化床中心部位的兩側，可有效避免 氣流在經過換熱器時溫降過大而引起的氧化床運行不穩(wěn)定，并且分體式結構的換熱器有利 于實現(xiàn)取熱工作介質的多級過熱，為能量的利用提供了便利；裝置的進排氣管均設置在氧 化床裝置的一端，可使得裝置結構緊湊、合理、占地面積小。其主要優(yōu)點如下1)在氧化床的上下部均設置進排氣整流室及勻流器，避免了裝置大型化后進排氣 氣流分布的偏移而引起的床內溫度場不均和運行的不穩(wěn)定；2)內置式換熱器采用多組小容量、分體式結構且均勻布置在蜂窩陶瓷氧化床中心 部位的兩側，可有效避免氣流在經過換熱器時溫降過大而引起的氧化床運行不穩(wěn)定，并且 分體式結構的換熱器有利于實現(xiàn)取熱工作介質的多級過熱，為能量的利用提供了便利；3)裝置的進排氣管均設置在氧化床裝置的一端，可使得裝置結構緊湊、合理、占地 面積??；4)裝置啟動的只需少量的電能進行加熱，通入的乏風瓦斯可在氧化床內實現(xiàn)自維 持穩(wěn)定運行，在實現(xiàn)乏風瓦斯減排的同時，可提供一定量的熱能，從而達到煤礦乏風瓦斯的 綜合利用及節(jié)能減排。
圖1是本發(fā)明的結構主視剖面示意圖；圖2是圖1的A-A剖面結構圖；圖3是圖1的B-B剖面結構圖；圖4是圖1的C-C剖面結構圖。圖中1-進氣管，2-進氣換向閥，3-外殼，4-保溫隔熱層，5-上部整流室，6-上部 勻流器，7-上部整流室溫度傳感器，8-溫度傳感器，9-蜂窩陶瓷氧化床，10-內置式換熱器，11-啟動電加熱器，12-下部整流室，13-下部整流室溫度傳感器，14-下部勻流器，15-進氣 管溫度傳感器，16-進氣管瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳎?7-排氣管瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳎?8-排氣管，19-排 氣管溫度傳感器，20-排氣換向閥。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的一個實施例作進一步的描述圖1所示，煤礦乏風瓦斯氧化裝置呈立式結構布置，主要由蜂窩陶瓷氧化床9、上 下部進排氣整流室5和12以及上下部勻流器6和14、啟動電加熱器11、內置式換熱器10、 進排氣管1和18以及各種測控元件組成。裝置包括呈側凹形的金屬外殼3，金屬外殼3內 表面襯有厚度適中保溫隔熱層4，內部填充由蓄熱體構成的蜂窩陶瓷氧化床9 ；蜂窩陶瓷氧 化床9由形狀為立方體或長方體的陶瓷蓄熱體堆積構成，陶瓷蓄熱體由三氧二化鋁A1203、 碳化硅SiC或二氧化鋯&02燒結而成，陶瓷蓄熱體上布有若干圓形、方形或多邊形的孔隙。 蜂窩陶瓷氧化床9的上下兩端與保溫隔熱層4圍成上部整流室5和下部整流室12，以保證 氣流在蜂窩陶瓷蓄熱體內流動的均勻性，避免裝置大型化后由于進排氣氣流分布的偏移而 引起的床內溫度場不均和運行的不穩(wěn)定。上部整流室5和下部整流室12的側部均設有分 別與進氣管1和排氣管18相連通的通口 ；圖2所示，進氣管1上設有分別進入上下整流室 的進氣換向閥2，排氣管18上設有分別進入上下整流室的排氣換向閥20，進氣管1上設有 進氣管溫度傳感器15和進氣管瓦斯?jié)舛葌鞲衅?6，排氣管18上設有排氣管溫度傳感器19 和排氣管瓦斯?jié)舛葌鞲衅?7 ；圖3所示，蜂窩陶瓷氧化床9的上方設有上部勻流器6，蜂窩 陶瓷氧化床9的下方設有下部勻流器14，上下部均流器6和14均由孔板構成；外殼3后部 分設有間隔插入上部整流室5中部位置的上部整流室溫度傳感器7、蜂窩陶瓷氧化床9中部 位置的溫度傳感器8、下部整流室12中部位置的下部整流室溫度傳感器13 ；蜂窩陶瓷氧化 床9的中部設有啟動電加熱器11，啟動電加熱器11以嵌入的方式安裝于蜂窩陶瓷氧化床 9的中心位置，以便于在裝置啟動時形成中間高、兩側低的溫度場分布；啟動電加熱器11由 間隔排列的多根加熱棒和電源連接板構成。啟動電加熱器11的上下方間隔設有內置式換 熱器10，內置式換熱器10采用兩組小容量、分體式結構且均勻布置在蜂窩陶瓷氧化床9中 心部位的兩側，每組兩個。圖4所示，內置式換熱器10為單連通的蛇形管構成，4個內置式 換熱器10以兩組嵌入式均布于氧化床中心位置兩側，既可以有效吸收換熱器的熱膨脹，又 可有效避免氣流在經過換熱器時溫降過大而引起的氧化床運行不穩(wěn)定，并且分體式結構的 換熱器有利于實現(xiàn)取熱工作介質的多級過熱，為能量的利用提供了便利。測控系統(tǒng)的組成 包括設置在整流室內的溫度傳感器、安裝在蜂窩陶瓷氧化床內的多個溫度傳感器，安裝在 進排氣管路上的溫度傳感器、瓦斯?jié)舛葌鞲衅饕约斑M排氣氣流換向調節(jié)閥，其中各測點的 溫度傳感器在于監(jiān)測氧化床內的溫度分布，進排氣換向調節(jié)閥用于控制氧化床內氣流流向 的自動切換以實現(xiàn)裝置的穩(wěn)定自維持運行。工作過程首先由啟動電加熱器11將蜂窩陶瓷氧化床9蓄熱體中心部分加熱至 1000°C左右，形成中心溫度高、兩側溫度低的近似正態(tài)分布的溫度場。關閉啟動電加熱器11 并調節(jié)進排氣換向閥使得煤礦乏風瓦斯初始以一個方向通入，經整流后均勻進入蜂窩陶瓷 氧化床9，在流動過程中氣體受蓄熱體的加熱溫度不斷升高并迅速氧化，產生的高溫氣體繼 續(xù)流動中將后續(xù)的蓄熱體加熱，氣體本身溫度逐步降低，并從排氣管排出。在反應進行的過
5程中,氣體入口側蓄熱體的溫度不斷下降，出口側蓄熱體的溫度不斷升高，在入口側蓄熱體 不足以將煤礦乏風加熱至瓦斯氧化反應的溫度時，在換向閥的自動控制下氣流開始換向， 從而實現(xiàn)裝置的穩(wěn)定自維持運行。
權利要求
一種煤礦乏風瓦斯氧化裝置，其特征在于它包括內壁布有保溫隔熱層(4)的外殼(3)，由保溫隔熱層(4)所圍成的腔體中部設有蜂窩陶瓷氧化床(9)，蜂窩陶瓷氧化床(9)由形狀為立方體或長方體的陶瓷蓄熱體堆積構成，陶瓷蓄熱體上布有若干圓形、方形或多邊形的孔隙；蜂窩陶瓷氧化床(9)的上下兩端與保溫隔熱層(4)圍成上部整流室(5)和下部整流室(12)，上部整流室(5)和下部整流室(12)的側部均設有分別與進氣管(1)和排氣管(18)相連通的通口，進氣管(1)上設有分別進入上下整流室的進氣換向閥(2)，排氣管(18)上設有分別進入上下整流室的排氣換向閥(20)，蜂窩陶瓷氧化床(9)的上方設有上部勻流器(6)，下方設有下部勻流器(14)，進氣管(1)上設有進氣管溫度傳感器(15)和進氣管瓦斯?jié)舛葌鞲衅?16)，排氣管(18)上設有排氣管溫度傳感器(19)和排氣管瓦斯?jié)舛葌鞲衅?17)；蜂窩陶瓷氧化床(9)的中部設有啟動電加熱器(11)，啟動電加熱器(11)的上下方間隔設有內置式換熱器(10)；外殼(3)后部分雖設有間隔插入上部整流室(5)中部位置的上部整流室溫度傳感器(7)、蜂窩陶瓷氧化床(9)中部位置的溫度傳感器(8)、下部整流室(12)中部位置的下部整流室溫度傳感器(13)。
2.根據權利要求1所述的煤礦乏風瓦斯氧化裝置，其特征在于所述的上部勻流器(6) 和下部勻流器(14)均由孔板構成。
3.根據權利要求1所述的煤礦乏風瓦斯氧化裝置，其特征在于所述的啟動電加熱器 (11)由間隔排列的多根加熱棒和電源連接板構成。
4.根據權利要求1所述的煤礦乏風瓦斯氧化裝置，其特征在于所述的陶瓷蓄熱體由 三氧二化鋁(Al2O3)、碳化硅(SiC)或二氧化鋯(ZrO2)燒結而成。
5.根據權利要求1所述的煤礦乏風瓦斯氧化裝置，其特征在于所述的內置式換熱器 (10)為單連通的蛇形管構成。
全文摘要
一種煤礦乏風瓦斯氧化裝置，包括內壁布有保溫隔熱層的外殼、蜂窩陶瓷氧化床，蜂窩陶瓷氧化床上下兩端分別設有上下部整流室，上下部整流室側部均設有分別與進排氣管相連通的通口，進排氣管上分別設有進排氣換向閥、進排氣管溫度傳感器和進排氣管瓦斯?jié)舛葌鞲衅?，蜂窩陶瓷氧化床的上下方分別設有上下部勻流器，蜂窩陶瓷氧化床的中部設有啟動電加熱器，啟動電加熱器的上下方間隔設有內置式換熱器；外殼后部分設有間隔插入上部整流室中部位置的上部整流室溫度傳感器、蜂窩陶瓷氧化床中部位置的溫度傳感器、下部整流室中部位置的下部整流室溫度傳感器。其結構緊湊、操作方便、占地面積小、投資和運行成本低。
文檔編號E21F7/00GK101915117SQ20101021601
公開日2010年12月15日 申請日期2010年6月25日 優(yōu)先權日2010年6月25日
發(fā)明者李慶釗, 林柏泉 申請人:中國礦業(yè)大學