[发明专利]自回热型煤矿低浓度瓦斯与通风瓦斯协同氧化一体化装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种自回热型煤矿低浓度瓦斯与通风瓦斯协同氧化一体化装置，是一种基于蓄热及回热原理来协同氧化并利用煤矿抽采低浓度瓦斯与通风瓦斯的矿用设备，属于煤矿节能减排、煤矿安全技术及工程领域。

背景技术

我国具有丰富的煤矿瓦斯（煤层气）资源，地下2000m以内赋存的瓦斯（煤层气）资源量约30～35万亿m³，有效开采和利用煤炭及瓦斯资源在我国国民经济发展中的重要地位日益凸显。瓦斯也是一种清洁、高效、不可再生的能源，其发热量可达33.5～36.8MJ/m³，1m³瓦斯相当于1.3kg标准煤的发热量，并且其利用过程不会产生氮氧化合物及硫化物等有害物质。我国超过50%的煤层属于高瓦斯煤层，2009年我国煤矿生产过程中释放的瓦斯总量超过150亿m³，但将近2/3的瓦斯则以通风的形式直接排入了大气，既浪费了大量宝贵的能源资源，也污染了大气环境。此外，由于瓦斯（煤层气）的温室效应是二氧化碳的21倍，对臭氧层的破坏是CO₂的7倍。目前在国际碳汇市场，每吨碳的减排量可以卖85元人民币，每年150亿m³瓦斯的减排和利用，可获得170亿人民币的收益。因此，煤矿瓦斯包括通风瓦斯的资源化利用，不仅可以在瓦斯利用方面获得直接的经济收益，又可在节能减排方面获得丰厚的回报。

对于煤矿抽采的低浓度瓦斯，目前可有效利用的方法多为瓦斯内燃式发电机组进行发电，但所用瓦斯浓度一般要求不低于6%，而对于1%～6%的抽采低浓度瓦斯大多以直接排空为主。至于煤矿通风瓦斯的处理，目前可选用的工业化技术包括热逆流氧化技术、催化逆流氧化技术。但现场应用表明，只有在通风瓦斯浓度高于0.5%的情况下，瓦斯氧化反应的放热方可维持氧化床的表面散热及氧化反应的稳定运行。此外，进行通风瓦斯处理的热逆流氧化技术或催化逆流氧化技术均采用了“往复流动模式”下的蓄热氧化原理，由于气流在氧化装置内的往复流动造成装置内的温度场始终处于波动的状态，其一方面会造成取热装置所得蒸汽参数的波动，极大的影响了蒸汽轮机组的安全运行；另一方面，往复流动模式下波动的温度场使得蓄热体始终处于冷热交替的循环状态，也极大的影响了蓄热体的机械强度和寿命。

发明内容

发明目的：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种原理先进、设备简单可靠、结构紧凑合理、节能减排效果显著的可实现煤矿低浓度瓦斯与通风瓦斯协同氧化的一体化装置。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种自回热型煤矿低浓度瓦斯与通风瓦斯协同氧化一体化装置，包括金属外壳，金属外壳外壁设有保温隔热层，金属外壳内设有蜂窝陶瓷氧化床，蜂窝陶瓷氧化床通过换热室分割为回热段和氧化段，回热段与金属外壳内壁之间形成第一空腔，氧化段与金属外壳内壁之间形成第二空腔，第一空腔通过进气隔板分割为第一进气室和排气室，第二空腔通过匀气隔板分割为第二进气室和混合室，匀气隔板上设有若干气体喷嘴；换热室内设有内置式换热器，内置式换热器设有换热器入口和换热器出口，换热器入口和换热器出口分别与锅筒相连，锅筒上还设有给水入口和蒸汽出口，第一进气室设有第一进气入口，第一进气入口通过第一连接法兰与比例调节阀连接，第二进气室设有第二进气入口，第二进气入口通过第四连接法兰与比例混合器连接，通风瓦斯入口通过第二连接法兰与比例调节阀连接，抽采低浓度瓦斯入口通过第六法兰与比例混合器相连，连接管道的一端通过第三法兰与比例调节阀相连，连接管道的另一端通过第五法兰与比例混合器相连；排气室设有排气出口，排气管道通过第七法兰与排气出口相连，第二进气室设有高温烟气入口，高温烟气入口设有高温烟气阀门，高温烟气阀门与启动燃烧器相连，启动燃烧器上安装有启动燃烧器风机和启动燃料喷射泵；蜂窝陶瓷氧化床上还设有若干进气预热管，进气预热管的一端穿过进气隔板上与第一进气室相连通，进气预热管的另一端与混合室相连通。

在本发明中，进一步的，所述进气预热管采用叉排交错布置。

在本发明中，进一步的，所述气体喷嘴数量与进气预热管数量相同，并且气体喷嘴在匀气隔板上的安装位置与进气预热管在蜂窝陶瓷氧化床上的安装位置一一对应。

在本发明中，进一步的，所述蜂窝陶瓷氧化床的材质为三氧二化铝、碳化硅、二氧化锆、莫来石或堇青石；蜂窝陶瓷氧化床的孔型为正方形、矩形、正六边形、圆形或三角形。

在本发明中，进一步的，所述内置式换热器为蛇形管结构。

有益效果：