[发明专利]一种防冻瓦斯的掺混方法

说明书

本发明涉及一种防冻瓦斯的掺混方法，本方法采用两级掺混技术，在第一级掺混时，控制进入一级掺混器的冷空气流量，使瓦斯气中的水蒸汽在混合降温后尽可能多的冷凝析出，液态水被脱水器分离后排出，在第二级掺混时，冷空气被热水加热，与脱水后的瓦斯气进行再次掺混，该方法可有效脱除瓦斯气中的液态水，降低瓦斯气露点温度，有利于提高后端瓦斯利用设备的效率。

技术领域

本发明属于流体混合领域，涉及一种防冻瓦斯的掺混方法。

背景技术

甲烷是一种温室气体，以100年计，单位质量的甲烷温室效应约为相同质量二氧化碳的21倍。而所有因人类活动导致的温室效应中，甲烷的影响居第二位(17％)，仅次于二氧化碳(55％)。大量低浓度瓦斯因浓度低、流量不稳定，无法得到有效利用而被直接排入大气。2015年全国煤矿有85亿m³的井下抽采煤矿瓦斯未得到利用。

我国北方地区冬季气温低，新疆地区最低气温可达-30℃以下。根据《煤炭工业矿井设计规范》要求，采暖室外计算温度等于或低于-4℃地区的进风立井、等于或低于-5℃地区的进风斜井和等于或低于-6℃地区的进风平硐，当有淋帮水、排水沟或排水管时，应设置空气加热设备。因此，北方地区煤矿为满足井筒防冻需求，配置了数量较多的燃煤热风炉。自2016年7月1日起，10t/h及以下在用蒸汽锅炉和7MW及以下在用热水锅炉执行《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2014)。新标准实施后，燃煤热风炉均需进行脱硫除尘或清洁能源改造。

瓦斯蓄热氧化装置可将未利用的抽采瓦斯作为原料，利用热逆流氧化技术将甲烷氧化，并利用甲烷氧化放热来加热空气，实现井筒防冻目的。瓦斯蓄热氧化装置替代燃煤热风炉，能够有效解决当前燃煤热风炉的大气污染物超标问题，同时充分利用了排空的低浓度瓦斯，节省了燃煤消耗，减小了大气污染物排放，避免了废水和固废物的排放，具有良好的节能环保效益。

瓦斯蓄热氧化装置要求原料气中甲烷浓度低于1.2％，但抽采瓦斯浓度一般在5％以上，因此需要对抽采瓦斯进行掺混以降低甲烷浓度。由于抽采瓦斯是由水环真空泵从井下抽采出来的，瓦斯气中含有大量液态水，瓦斯气被水加热后温度一般在20℃左右，气体湿度达到100％。若抽采瓦斯与冬季寒冷的空气直接掺混，抽采瓦斯因温度降低会析出大量冷凝水。根据甲烷浓度控制需要，混合后的气体温度可能会降低至0℃以下，此时液态水会凝结成冰，堵塞管道，影响系统运行安全。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种防冻瓦斯的掺混方法，该方法采用两级掺混技术，在第一级掺混时，控制进入一级掺混器的冷空气流量，以保证混合后气体温度以上，使瓦斯气中的水蒸汽在混合降温后尽可能多的冷凝析出，液态水被脱水器分离后排出，在第二级掺混时，冷空气被热水加热，与脱水后的瓦斯气进行再次掺混，该方法可有效脱除瓦斯气中的液态水，降低瓦斯气露点温度，有利于提高后端瓦斯利用设备的效率。

为了达到上述目的，本发明一种防冻瓦斯的掺混方法，其工艺流程步骤如下：

1)空气Ⅰ进入输送管道，经检测温度T4和空气流量F2，分成两个支路，一路通过调节阀Ⅲ后与一级掺混器空气入口连接，另一路与换热器空气入口连接，换热器空气出口与二级掺混器空气入口连接，空气在换热器内被热水加热后再进入二级掺混器，检测热水流量F3；

2)瓦斯气Ⅰ分成两个支路，一路通过调节阀Ⅰ与大气连通，作为瓦斯排空管道，另一路通过调节阀Ⅱ后，经检测甲烷浓度C1、瓦斯气Ⅰ温度T1和瓦斯气Ⅰ流量F1后与一级掺混器瓦斯入口连接，在一级掺混器内瓦斯气与空气掺混后，形成的瓦斯气Ⅱ甲烷浓度降低且自身温度降低，并析出冷凝水；

3)一级掺混器出口与脱水器入口连接，检测瓦斯气Ⅱ的甲烷浓度C2和温度T2，在流经脱水器时，瓦斯气Ⅱ中含有的液态水被脱离出来，排入液态水收集管道中，瓦斯气Ⅱ中液态水含量降低；