多床式乏風瓦斯蓄熱氧化裝置的製作方法
2023-06-03 20:30:16
專利名稱：多床式乏風瓦斯蓄熱氧化裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種應用於乏風瓦斯逆流熱氧化處理工藝中的多床式乏風瓦斯蓄熱
氧化裝置。
背景技術：
煤礦通風瓦斯又稱乏風瓦斯，由於其甲烷含量低且缺乏有效的利用方式而直接排入大氣中。我國煤礦每年的瓦斯排放量約有80% 90%是以礦井通風方式排出的。據有關資料統計，2008年通過乏風排入大氣中的甲烷量已達到161億m3。另有研究表明，甲烷溫室效應約為二氧化碳的21倍，對生態環境破壞性極強。因此，回收利用乏風瓦斯具有節能和環保雙重意義。乏風中甲烷體積分數很低，無法直接被點燃或維持燃燒，這是開發利用乏風瓦斯的難點。隨著人們對能源以及環境問題的重視，國內外對乏風瓦斯的處理和能量回收利用技術越發關注。目前乏風瓦斯的氧化利用多採用熱逆流氧化技術，其工作原理為裝置啟動時由輔助加熱手段將氧化床中心部分加熱至高溫，形成中心溫度高、兩側溫度低的溫度場；乏風瓦斯初始從一個方向通過蜂窩陶瓷蓄熱體，在流動過程中吸收熱量溫度逐漸升高並迅速氧化，氧化後的高溫煙氣繼續流動並將後續的蓄熱體加熱，煙氣自身溫度降低後排出反應器；經過一定周期後，氣流換向，如此循環往復，系統持續運行。目前只有少數單位在進行煤礦乏風瓦斯的氧化技術的研究，專利文獻公開的「礦井乏風瓦斯熱氧化裝置」(200810249860. 3)、「煤礦乏風氧化裝置」(201010216013. 4)、「具有煙氣抽吸裝置的礦井乏風逆流氧化裝置」(201010166371. 9)、「抽氣取熱的煤礦乏風瓦斯熱氧化裝置」 (201010274138. 2)均採用了類似美國MEGTEC公司的Vocsidizer的單床箱式蓄熱式熱氧化器。這種結構存在一些缺點首先，當切換氣體流動方向時，本來進入乏風的蓄熱室立即變為排出淨化氣的蓄熱室，這樣在切換閥和反應空間之間的氣體未經氧化反應而直接與淨化氣一起排出；其次，入口閥和出口閥在極短時間內同時啟動，有可能使進入的乏風瓦斯直接走短路而與淨化氣一起排出。基於上述原因，就有可能出現排放的淨化氣瞬時不合格的峰值，降低了裝置的平均氧化率。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的是提供一種多床式乏風瓦斯蓄熱氧化裝置。該裝置在蓄熱和放熱循環中增加了一個吹掃淨化過程，將傳統結構的氧化裝置在換向瞬間殘留在切換閥和反應空間之間的未經氧化反應乏風瓦斯吹掃至燃燒室氧化，從而防止未氧化乏風直接排到大氣中，氧化率高達99 %以上。在氧化床高溫區與低溫區之間設置有煙氣抽取口，可以抽取部分高溫煙氣進行餘熱利用。本發明的目的是通過以下技術方案實現的
該種多床式乏風瓦斯蓄熱氧化裝置，裝置包括η個氧化床，所述η為大於或等於3的整數，所述η個氧化床採用豎向並列且上部連通的方式組合在一起，形成一個立式結構的裝、置本體，所有氧化床連通在一起的上部共同形成燃燒室，每一氧化床的底部均設置有支撐柵網，支撐柵網上設置有一定厚度的陶瓷矩鞍環，陶瓷矩鞍環的上方堆放有蜂窩陶瓷蓄熱體，所述蜂窩陶瓷蓄熱體按照上下關係分為高溫區和低溫區，兩層之間留有間隙，裝置本體的外部設置有用於包圍裝置本體的保溫耐火材料；
所述裝置還包括乏風進氣管路、煙氣抽取管路、煙氣出氣管路、吹掃管路、燃料管路和助燃空氣管路，所述乏風進氣管路上聯接有η個進氣切換閥，每一進氣切換閥均按照一一對應的關係連接於與其對應的氧化床的底部；所述煙氣出氣管路上聯接有η個出氣切換閥，每一出氣切換閥均按照一一對應的關係連接於與其對應的氧化床的底部；所述吹掃管路上聯接有η個吹掃閥，每一吹掃閥均按照一一對應的關係連接於與其對應的氧化床的底部；所述煙氣抽取管路上聯接有η個抽氣閥，每一抽氣閥均按照一一對應的關係連接於與其對應的氧化床的中部位置，即高溫區與低溫區之間的間隙空間；所述燃料管路通過燃料閥連接至裝置的燃燒室，所述助燃空氣管路通過助燃空氣閥連接至裝置的燃燒室；
所述裝置還包括控制單元，所述控制單元用於控制上述所有閥門。進一步，所述η為3;·
進一步，所述煙氣抽取管路的出口與外部的餘熱利用設備相連接。本發明的有益效果是
1、本發明的多床式乏風瓦斯蓄熱氧化裝置採用多個氧化床的結構，在蓄熱和放熱循環中增加了一個吹掃淨化過程，將傳統結構的氧化裝置在換向瞬間殘留在切換閥和反應空間之間的未經氧化反應乏風瓦斯吹掃至燃燒室氧化，從而防止未氧化乏風直接排到大氣中，氧化率可提聞至99%以上；
2、本發明的多床式乏風瓦斯蓄熱氧化裝置從氧化床高溫區與低溫區之間抽取高溫煙氣，既提取了多餘熱量，又能保證高溫區蓄熱體儲存甲烷氧化所需的溫度和蓄熱量，提高了氧化裝置的運行穩定性；
3、抽氣閥與進氣切換閥、出氣切換閥聯動，保證氣體完全流過燃燒室及高溫區蓄熱體後再被抽取出來，能夠保證乏風瓦斯中甲烷完全氧化，提高了甲烷氧化率；
4、當採用五床及以上的結構時，乏風瓦斯蓄熱氧化裝置單床的處理量減小，氧化床橫截面積減小，氧化床內氣流分配更加均勻，避免了傳統結構的氧化裝置在處理量較大時內部氣流不均的情況。本發明的其他優點、目標和特徵在某種程度上將在隨後的說明書中進行闡述，並且在某種程度上，基於對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發明的實踐中得到教導。本發明的目標和其他優點可以通過下面的說明書和權利要求書來實現和獲得。
為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細描述，其中
圖I為本發明的結構示意圖。
具體實施方式
以下將參照附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。應當理解，優選實施例僅為了說明本發明，而不是為了限制本發明的保護範圍。如圖I所示，實施例是以三床式結構為例，圖中1、乏風進氣管 2、抽氣閥一
3、進氣切換閥一 4、出氣切換閥一 5、吹掃閥一 6、抽氣閥二 7、進氣切換閥二 8、出氣切換閥二 9、吹掃閥二 10、抽氣閥三11、進氣切換閥三12、出氣切換閥三13、煙氣抽取管路 14、煙氣出氣管 15、吹掃管路16、吹掃閥三17、支撐柵網18、氧化床三19、保溫耐火材料20、燃燒室21、氧化床二 22、預熱器23、助燃空氣閥24、燃料閥25、燃料管路26、助燃空氣管路27、氧化床一 28、控制單元29、信號線。本發明的裝置包括3個氧化床，3個氧化床採用豎向並列且上部連通的方式組合在一起，形成一個立式結構的裝置本體，所有氧化床連通在一起的上部共同形成燃燒室20，每一氧化床的底部均設置有支撐柵網17，支撐柵網上設置有一定厚度的陶瓷矩鞍環，陶瓷矩鞍環的上方堆放有蜂窩陶瓷蓄熱體，蜂窩陶瓷蓄熱體按照上下關係分為高溫區和低溫 區，兩層之間留有間隙，裝置本體的外部設置有用於包圍裝置本體的保溫耐火材料；保溫耐火材料採用本領域常用的保溫耐火材料即可。其中，乏風進氣管路I通過進氣切換閥一 3、進氣切換閥二 7、進氣切換閥三11分別與氧化床一 27、氧化床二 21、氧化床三18的底部相連通；煙氣出氣管路14通過出氣切換閥一 4、出氣切換閥二 8、出氣切換閥三12分別與氧化床一 27、氧化床二 21、氧化床三18的底部相連通；吹掃管路15通過吹掃閥一 5、吹掃閥二 9、吹掃閥三16分別與氧化床一 27、氧化床二 21、氧化床三18的底部相連通；乏風通過乏風進氣管、進氣切換閥進入各氧化床，氧化後的煙氣通過出氣切換閥從煙氣出氣管排出。吹掃管路通過吹掃閥與氧化床相連通，吹掃管路引入少量煙氣進入氧化床，將換向瞬間未氧化的乏風吹進燃燒室，將乏風中甲烷完全氧化。而煙氣抽取管路13通過抽氣閥一 2、抽氣閥二 6、抽氣閥三10分別與氧化床一 27、氧化床二 21、氧化床三18的中部相連通，具體是連接至在氧化床的高溫區與低溫期之間的間隙空間，從氧化床高溫區與低溫區之間抽取高溫煙氣，既提取了多餘熱量，又能保證高溫區蓄熱體儲存甲烷氧化所需的溫度和蓄熱量，提高了氧化裝置的運行穩定性；助燃空氣管路26通過助燃空氣閥23、燃料管路25通過燃料閥24連接至預熱器22，所述預熱器設置於燃燒室內。抽氣閥一 2、進氣切換閥一 3、出氣切換閥一 4、吹掃閥一 5、抽氣閥二 6、進氣切換閥二 7、出氣切換閥二 8、吹掃閥二 9、抽氣閥三10、進氣切換閥三11、出氣切換閥三12、吹掃閥三16、助燃空氣閥23、燃料閥24分別通過信號線29與控制單元28相連。以三床式乏風瓦斯蓄熱氧化裝置為例，其工作過程是首先，在啟動階段由預熱器燃燒油或燃料氣產生高溫煙氣，高溫煙氣將各氧化床加熱，氧化床形成上高下低的溫度場，其中高溫區蓄熱陶瓷溫度達到8(Knoo(rc，然後關掉預熱器。預熱完成後，裝置進入正常工作狀態。一個完整的工作周期由三個循環組成。循環一將進氣切換閥一、出氣切換閥二、吹掃閥三、抽氣閥二處於開啟狀態，進氣切換閥二、進氣切換閥三、出氣切換閥一、出氣切換閥三、吹掃閥一、次掃閥二、抽氣閥一、抽氣閥三處於關閉狀態。乏風瓦斯氣體經過乏風進氣管、進氣切換閥一、支撐柵網，從氧化床底部進入氧化床一，在氧化床內向上流動過程中被蜂窩陶瓷蓄熱體加熱，溫度逐漸升高。乏風瓦斯在燃燒室內發生氧化反應生成二氧化碳和水，同時放出熱量，氧化後生成的煙氣溫度升高。然後煙氣繼續流動，從氧化床二向下流動，煙氣同高溫區蓄熱體進行熱交換，煙氣自身溫度降低，高溫區蓄熱體被加熱，此後煙氣分為兩路一部分煙氣繼續在氧化床二內向下流動，同低溫區蓄熱體進行熱交換，煙氣自身溫度繼續降低，低溫區蓄熱體被加熱，最後煙氣從氧化床二下部流出，經支撐柵網、出氣切換閥二、煙氣出氣管排出；另一部分煙氣經抽氣閥二、煙氣抽取管路輸送給餘熱利用設備進行利用。同時，吹掃管路引入部分煙氣經吹掃閥三、支撐柵網，從氧化床三下部流入，對氧化床三中的殘留氣體進行吹掃，氣體在燃燒室氧化後經過氧化床二流出。在這一循環裡，氧化床一內蓄熱體放熱，氧化床二內蓄熱體蓄熱，氧化床三內對殘留氣進行吹掃。循環二 將進氣切換閥二、出氣切換閥三、吹掃閥一、抽氣閥三處於開啟狀態，進氣切換閥一、進氣切換閥三、出氣切換閥一、出氣切換閥二、吹掃閥二、次掃閥三、抽氣閥一、抽氣閥二處於關閉狀態。乏風瓦斯進入氧化床二，被預熱後進入燃燒室，反應後煙氣進入氧化床三，部分煙氣被冷卻後排出，部分煙氣經抽氣閥三、煙氣抽取管路輸送給餘熱利用設備進行利用。此時氧化床一用煙氣進行吹掃，吹掃後的氣體經燃燒室反應後與煙氣一起通過氧化床三排出。在這一循環裡，氧化床一內對殘留氣進行吹掃，氧化二內蓄熱體放熱，氧化床三內蓄熱體蓄熱。 循環三將進氣切換閥三、出氣切換閥一、吹掃閥二、抽氣閥一處於開啟狀態，進氣切換閥一、進氣切換閥二、出氣切換閥二、出氣切換閥三、吹掃閥一、次掃閥三、抽氣閥二、抽氣閥三處於關閉狀態。乏風瓦斯進入氧化床三，被預熱後進入燃燒室，反應後煙氣進入氧化床一，部分煙氣被冷卻後排出，部分煙氣經抽氣閥一、煙氣抽取管路輸送給餘熱利用設備進行利用。此時氧化床二用煙氣進行吹掃，吹掃後的氣體經燃燒室反應後與煙氣一起通過氧化床一排出。在這一循環裡，氧化床一內蓄熱體蓄熱，氧化床二內對殘留氣進行吹掃，氧化三內蓄熱體放熱。循環三結束後，再回到循環一，周而復始連續運轉。控制單元根據系統設置控制各閥門的開閉。三床式乏風瓦斯蓄熱氧化裝置工作過程簡要表述如下
I氧化床一 I氧化床二 I氧化床三一循環一放熱蓄熱吹掃循環二吹掃放熱蓄熱
循環二蓄熱_吹掃_放熱_
三床式乏風瓦斯蓄熱氧化裝置適用於小到中等乏風流量。當乏風流量很大時(一般大於60000 m3/h)，應採用五床式乏風瓦斯蓄熱氧化裝置，即兩個兩床並聯加上一床用於衝洗。同樣，當處理量更大時，可用七室或九室。以上述三床式裝置工作過程類推，五床式乏風瓦斯蓄熱氧化裝置工作過程可如下表示
I氧化床一 I氧化床二 I氧化床三I氧化床四I氧化床五循環一蓄熱蓄熱放熱放熱吹掃循環二吹掃蓄熱蓄熱放熱放熱循環三放熱吹掃蓄熱蓄熱放熱循環四放熱放熱吹掃蓄熱蓄熱習沐五I蓄熱 I放熱 I放熱 I吹掃 I蓄熱最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.多床式乏風瓦斯蓄熱氧化裝置，其特徵在於所述裝置包括η個氧化床，所述η為大於或等於3的整數，所述η個氧化床採用豎向並列且上部連通的方式組合在一起，形成一個立式結構的裝置本體，所有氧化床連通在一起的上部共同形成燃燒室，每一氧化床的底部均設置有支撐柵網，支撐柵網上設置有一定厚度的陶瓷矩鞍環，陶瓷矩鞍環的上方堆放有蜂窩陶瓷蓄熱體，所述蜂窩陶瓷蓄熱體按照上下關係分為高溫區和低溫區，兩層之間留有間隙，裝置本體的外部設置有用於包圍裝置本體的保溫耐火材料； 所述裝置還包括乏風進氣管路、煙氣抽取管路、煙氣出氣管路、吹掃管路、燃料管路和助燃空氣管路，所述乏風進氣管路上聯接有η個進氣切換閥，每一進氣切換閥均按照一一對應的關係連接於與其對應的氧化床的底部；所述煙氣出氣管路上聯接有η個出氣切換閥，每一出氣切換閥均按照一一對應的關係連接於與其對應的氧化床的底部；所述吹掃管路上聯接有η個吹掃閥，每一吹掃閥均按照一一對應的關係連接於與其對應的氧化床的底部；所述煙氣抽取管路上聯接有η個抽氣閥，每一抽氣閥均按照一一對應的關係連接於與其對應的氧化床的中部位置，即高溫區與低溫區之間的間隙空間；所述燃料管路通過燃料閥連接至裝置的燃燒室，所述助燃空氣管路通過助燃空氣閥連接至裝置的燃燒室； 所述裝置還包括控制單元，所述控制單元用於控制上述所有閥門。
2.根據權利要求I所述的多床式乏風瓦斯蓄熱氧化裝置，其特徵在於所述η為3。
3.根據權利要求I所述的多床式乏風瓦斯蓄熱氧化裝置，其特徵在於所述煙氣抽取管路的出口與外部的餘熱利用設備相連接。
全文摘要
本發明公開了一種多床式乏風瓦斯蓄熱氧化裝置，應用於煤礦生產過程中產生中乏風瓦斯逆流熱氧化處理工藝中。裝置包括氧化床、燃燒室、預熱器、乏風進氣管、煙氣出氣管、吹掃管路、煙氣抽取管路、切換閥和控制單元。其中氧化床有三個或三個以上，為立式結構，四周設有保溫耐火材料，在蓄熱和放熱循環之外增加了一個吹掃淨化過程，從而防止未氧化乏風直接排到大氣中，氧化率高達99％以上。同時在氧化床高溫區與低溫區之間設置有煙氣抽取口，可以抽取部分高溫煙氣進行餘熱利用。本發明具有甲烷氧化率高、餘熱利用方便、裝置運行穩定等優點。
文檔編號E21F1/00GK102720527SQ20121021784
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月28日 優先權日2012年6月28日
發明者蘭波, 康建東, 李強, 李磊, 許慧娟, 逄錦倫, 霍春秀, 高鵬飛, 龍伍見 申請人:中煤科工集團重慶研究院