[发明专利]一种极低浓度煤矿瓦斯燃烧装置及方法

权利要求书

1.一种极低浓度煤矿瓦斯燃烧装置，包括：抽排瓦斯管道、安全输送装置、浓度控制装置、鼓风机、瓦斯燃烧装置本体、余热锅炉、锅炉排烟引风机和烟囱，其特征在于，所述抽排瓦斯管道经安全输送装置与所述浓度控制装置连通，所述鼓风机经空气输送管道Ⅰ与所述浓度控制装置连通，经所述抽排瓦斯管道、安全输送装置的煤矿抽排瓦斯与来自所述鼓风机的空气同时通入所述浓度控制装置，在所述浓度控制装置中混合后成为甲烷浓度3％～5％的极低浓度煤矿瓦斯，所述浓度控制装置的输出端经管道与所述瓦斯燃烧装置本体的瓦斯输入口连通，其中，

--所述瓦斯燃烧装置本体的壳体内设置有间壁换热器，所述间壁换热器的内侧设置有蓄热材料预热段和蓄热材料燃烧段；在所述瓦斯燃烧装置本体的一端设置有启动加热装置，另一端设置有高温烟气排出口，在靠近所述高温烟气排出口的瓦斯燃烧装置本体的壳体侧壁上设置有所述瓦斯输入口；所述间壁换热器的一端与所述瓦斯燃烧装置本体的设置有所述瓦斯输入口的一端的端壁密封连接，所述间壁换热器的另一端与所述瓦斯燃烧装置本体的另一端壁留有一定间隙；

--所述高温烟气排出口依次与余热锅炉、锅炉排烟引风机、烟囱连通；

所述极低浓度煤矿瓦斯进入瓦斯燃烧装置本体后，先通过间壁换热器初步预热至50℃～150℃，然后在蓄热材料预热段内继续吸热，达到极低浓度煤矿瓦斯的燃烧温度后开始燃烧；点燃后的极低浓度煤矿瓦斯流经蓄热材料燃烧段完成燃烧过程并释放部分热量加热蓄热材料燃烧段；温度较高的蓄热材料燃烧段和高温烟气向温度较低的蓄热材料预热段和未燃极低浓度煤矿瓦斯传递热量，以使未燃极低浓度煤矿瓦斯持续达到燃烧温度；从蓄热材料燃烧段流出的高温烟气经余热锅炉回收热量后通过锅炉排烟引风机、烟囱排入大气。

2.根据权利要求1所述的极低浓度煤矿瓦斯燃烧装置，其特征在于，所述抽排瓦斯管道上设有瓦斯控制阀门。

3.根据权利要求1所述的极低浓度煤矿瓦斯燃烧装置，其特征在于，所述蓄热材料预热段和蓄热材料燃烧段采用刚玉材质的蜂窝陶瓷材料，或采用刚玉或碳化硅材质的外径4mm至20mm的小球堆积而成。

4.根据权利要求1至3任一项所述的极低浓度煤矿瓦斯燃烧装置，其特征在于，所述启动加热装置包括空气输入端和燃料输入端，所述鼓风机经空气输送管道Ⅱ与所述空气输入端连通，所述燃料输入端接燃料管道；所述瓦斯燃烧装置冷态启动时，启动加热装置通过燃烧烟气加热蓄热材料预热段和蓄热材料燃烧段达到800℃以上，然后关闭启动加热装置并通入极低浓度煤矿瓦斯，完成燃烧装置预热启动。优选地，所述启动加热装置所使用的燃料为天然气或柴油。

5.根据权利要求1至4任一项所述的极低浓度煤矿瓦斯燃烧装置，其特征在于，所述空气输送管道Ⅰ、空气输送管道Ⅱ、燃料管道上均设置有控制阀门。

6.根据权利要求1至5任一项所述的极低浓度煤矿瓦斯燃烧装置，其特征在于，所述余热锅炉包括辐射受热段、对流受热段和水冷壁，所述辐射受热段设置于对流受热段的下部；所述辐射受热段的一端与所述高温烟气排出口连通，另一端与所述对流受热段的进口连通，所述对流受热段的出口经管道与所述锅炉排烟引风机连通；所述水冷壁的冷水进口设置在所述辐射受热段的进口附近，所述水冷壁的热水或蒸汽出口设置在所述对流受热段的出口附近。

7.一种极低浓度煤矿瓦斯燃烧方法，设置抽排瓦斯管道、安全输送装置、浓度控制装置、鼓风机、瓦斯燃烧装置本体、余热锅炉、锅炉排烟引风机和烟囱，其特征在于，

--经抽排瓦斯管道、安全输送装置的煤矿抽排瓦斯与来自鼓风机的空气同时通入浓度控制装置，在浓度控制装置中混合后成为甲烷浓度3％～5％的极低浓度煤矿瓦斯，

所述极低浓度煤矿瓦斯进入瓦斯燃烧装置本体后，先通过间壁换热器初步预热至50℃～150℃，然后在蓄热材料预热段内继续吸热，达到极低浓度煤矿瓦斯的燃烧温度后开始燃烧；点燃后的极低浓度煤矿瓦斯流经蓄热材料燃烧段完成燃烧过程并释放部分热量加热蓄热材料燃烧段；温度较高的蓄热材料燃烧段和高温烟气向温度较低的蓄热材料预热段和未燃极低浓度煤矿瓦斯传递热量，以使未燃极低浓度煤矿瓦斯持续达到燃烧温度；从蓄热材料燃烧段流出的高温烟气经余热锅炉回收热量后通过锅炉排烟引风机、烟囱排入大气。