[发明专利]一种极低浓度煤矿瓦斯燃烧装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于煤矿瓦斯治理、减排技术领域，特别是涉及一种极低浓度煤矿瓦斯燃烧装置及方法，以甲烷浓度3％～5％的极低浓度煤矿瓦斯作为燃料，通过将极低浓度煤矿瓦斯在燃烧装置内部预热维持稳定燃烧，产生650℃～1050℃高温烟气，烟气热量可供回收利用。本技术适用于处理、利用煤矿瓦斯抽采泵站高、低负压真空泵所抽采出的瓦斯气体。

背景技术

当前煤矿瓦斯抽采泵站抽采出的瓦斯气体，其甲烷浓度一般在3％～30％。除部分甲烷浓度高于9％的抽排瓦斯可以用于内燃机发电以外，甲烷浓度低于9％的抽排瓦斯没有成熟的处理、利用技术，目前全部排放大气。而内燃机发电技术仍然没有解决故障率高、受瓦斯浓度波动影响大等问题，使内燃机发电技术的推广应用受到很多限制。甲烷、空气预混气体的爆炸极限范围为5％～15％；对于甲烷浓度3％～5％的极低浓度煤矿瓦斯来说，由于存在大量过剩空气因而绝热燃烧温度降低，在自然条件下不会燃烧、爆炸，应用、处理难度较大。甲烷浓度低于1.2％的煤矿瓦斯可以采用蓄热氧化技术进行处理，但存在装置经济性差、热效率低、维修维护工作量大等问题。

全世界煤矿业每年通风和抽放排出的甲烷约2800万吨/年，预计到2015年可达3200万吨/年。据统计，我国煤矿每年向大气排放的甲烷量达190亿m³，居世界第一，约占中国工业生产中甲烷排放量的三分之一，而其中通过煤矿抽放系统排入大气的甲烷约为60～75亿m³，为西气东输工程设计年输气量的50％～63％。甲烷具有很强的温室效应，相当于二氧化碳温室效应的21倍，对臭氧的破坏能力是二氧化碳的7倍。煤矿瓦斯的直接排放，在浪费大量能源的同时引起巨大的环境污染问题。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种极低浓度煤矿瓦斯燃烧装置及方法，不仅能保证甲烷浓度3％～5％的极低浓度煤矿瓦斯连续、稳定燃烧和甲烷燃烧效率高于99.5％，还解决了内燃机发电技术故障率高、受瓦斯浓度波动影响大和蓄热氧化技术经济性差、热效率低、维修维护工作量大等问题。

为了克服现有技术的缺点和不足，根据本发明的一方面，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：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。

进一步地，本发明的极低浓度煤矿瓦斯燃烧装置中，所述抽排瓦斯管道上设有瓦斯控制阀门。

进一步地，本发明的极低浓度煤矿瓦斯燃烧装置中，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。