煤礦乏風瓦斯氧化裝置汽水循環系統的製作方法

2023-11-04 04:03:47 2

專利名稱：煤礦乏風瓦斯氧化裝置汽水循環系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種煤礦乏風瓦斯氧化裝置汽水循環系統，屬於超低濃度甲烷逆 流氧化和低密度能量回收技術領域。
背景技術：
煤礦瓦斯的主要成分為甲烷，是氣體能源。為了提高煤礦生產的安全性，通常採用 大量通風來排放煤礦瓦斯(稱為煤礦乏風)。目前，常採用蓄熱逆流氧化技術治理和利用煤 礦乏風瓦斯，將其氧化成二氧化碳和水，並回收其熱量用以生產熱水和蒸汽等。在煤礦乏風 瓦斯氧化裝置運行時，氧化床中部為高溫區域，溫度在1000°c以上，兩側溫度逐漸降低，直 至氧化端部接近於常溫；煤礦乏風在進入氧化床後被氧化床加熱，溫度逐漸升高，直至甲烷 在高溫區中氧化；氧化的熱氣體繼續向氧化床的另一邊移動，把熱量傳遞給氧化床而逐漸 降溫。該技術的關鍵是不斷切換進入氧化床氣體的流動方向，以保證煤礦乏風瓦斯在氧化 床中部高溫區中氧化。實踐證明，當乏風中甲烷濃度為0.2%時，氧化放出的熱量能夠維持 氧化裝置殼體表面散熱和出口處氣體帶走的一小部分能量，氧化裝置仍然能夠運轉而不需 要補充額外的能量。如果甲烷濃度高於0.2%時，可以將多餘的熱量從氧化床取出加以利 用。取熱技術是十分關鍵的，它不但影響熱效率，還影響到氧化裝置工作運行穩定性。 大連海事大學採用溫差發電系統來利用乏風瓦斯氧化放出的熱量(200910010612. 8)，將溫 差發電器布置在氧化裝置高溫區域的上下部，溫差發電單元熱端接觸此區域的內絕緣板， 溫差發電單元冷端接觸與換熱器相連的外絕緣板，溫差發電單元熱端和冷端之間產生大溫 度梯度，進行熱電轉換發電，但是未見其實際應用的報導。目前常採用將換熱器安置在氧化床中心高溫區兩側的方法來提取氧化床多於熱 量，這種取熱方法的最大優點是換熱效率高。瑞典MEGTEC公司開發的煤礦乏風瓦斯氧化裝 置通過內置蒸汽管生產過熱蒸汽，推動蒸汽渦輪發電機組發電。考慮到安全穩定運行的需 要，氧化床內置蒸汽管構成傳統蒸汽鍋爐的一部分，發電蒸汽循環系統的其它部件都採用 傳統技術。近年來，我國正在加大力度自主研發煤礦乏風瓦斯氧化裝置。勝利油田勝利動力 機械有限公司的「煤礦乏風甲烷氧化裝置」(200620081956. X)採用2個內置換熱器提取氧 化放熱用於生產飽和蒸汽。但是該專利僅僅涉及到氧化床內置換熱器，未涉及汽水循環系 統。山東理工大學在「礦井乏風瓦斯熱氧化裝置」(200810249860. 3)中公開了一種採 用多個換熱器提取氧化床熱量的裝置，在陶瓷氧化床中心區域兩側分別對稱布置1個外側 換熱器和1個內側換熱器，其換熱管制成蛇形，直線管段外面有方形翅片，在換熱管之間的 空隙內布置著蜂窩陶瓷；外側換熱器和內側換熱器的換熱管之間相互錯開，使所有翅片換 熱管都被陶瓷包圍；具有安裝方便、費用低，容易更換等優點，解決了換熱器兩側溫差過大 的問題。但是該專利僅僅涉及到氧化床內置換熱器。為了提高我國自主研發的煤礦乏風瓦
3斯氧化裝置穩定運行性，有必要研發煤礦乏風瓦斯氧化裝置的汽水循環系統。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種能根據煤礦乏風瓦斯氧化裝置運行的特點、工作性 能優良的煤礦乏風瓦斯氧化裝置汽水循環系統。其技術方案為一種煤礦乏風瓦斯氧化裝置汽水循環系統，包括設有液位計、壓力表與安全閥的 汽包、蒸發器迴路、補水迴路、蒸汽輸出管路和連通汽包底部的排汙管，其中蒸發器迴路包 括進水管、回水管和設置在氧化床內的蒸發器，蒸發器的入口端經進水管連通汽包的底部， 出口端經回水管連通汽包的頂部，補水迴路包括補水管、水箱與補水泵，其中補水泵的入口 端通過補水管與水箱連通，出口端通過補水管與汽包的底部連通，蒸汽輸出管路包括設有 熱電偶、壓力表、蒸汽流量計、第四閥門的過熱蒸汽管，其特徵在於增設PLC、過熱器迴路、 循環水泵、流量計、電動調節閥、溫控電動調節閥和設有加熱管的預熱器，其中循環水泵和 流量計設置在進水管上，預熱器和電動調節閥串接在補水泵的出口端與汽包之間的補水管 上，加熱管的出口端經冷凝水管接水箱，入口端經設有溫控電動調節閥的預熱蒸汽管接過 熱蒸汽管，過熱器迴路串接在汽包頂部與過熱蒸汽管之間，包括設有第一閥門的飽和蒸汽 管和設置在氧化床內的過熱器，在第一閥門靠近過熱器側的飽和蒸汽管與進水管之間設有 帶第二閥門的第一連接管，在過熱蒸汽管的始端與回水管之間設有帶第三閥門的第二連接 管；液位計、流量計、蒸汽流量計、熱電偶通過數據線與PLC相連，電動調節閥和溫控電動調 節閥通過信號線與PLC相連。所述的煤礦乏風瓦斯氧化裝置汽水循環系統，蒸發器和過熱器均為兩組，兩組過 熱器對稱的設置在氧化床高溫區的上下側，兩組蒸發器對稱布置在兩組過熱器的外側。該實用新型的工作過程是在煤礦乏風瓦斯氧化裝置正常工作時，第一閥門和第四閥門處於開啟狀態，第二 閥門和第三閥門處於關閉狀態。汽包內的水在循環水泵的驅動下，經過流量計和進水管分 別進入兩個蒸發器，在蒸發器內被加熱，一部分水蒸發變成蒸汽，從蒸發器流出來的汽水兩 相混合物經過回水管進入汽包進行汽水分離。汽包上部的蒸汽經過飽和蒸汽管和第一閥門 分別進入兩個過熱器，在過熱器內被加熱成過熱蒸汽，產生的過熱蒸汽經過過熱蒸汽管、第 四閥門、蒸汽流量計送給外界。水箱內的水在補水泵的驅動下進入電動調節閥，經過水量調 節後進入預熱器內，在預熱器內被過熱蒸汽加熱到一定的溫度後通過補水管進入汽包。過 熱蒸汽管內的部分過熱蒸汽經過預熱蒸汽管、溫控電動調節閥進入預熱器，在加熱管內與 補水進行熱交換而冷凝，冷凝水通過冷凝水管回到水箱內。溫控電動調節閥對進入預熱器 的過熱蒸汽量進行控制，從而保證補入到汽包的水溫恆定。PLC根據液位計和蒸汽流量計的 信號，控制電動調節閥的開度，從而實現連續穩定的補水，減小汽包內蒸汽參數的波動。在煤礦乏風瓦斯氧化裝置啟動過程中，氧化床被電加熱器或外部燃燒器提供的熱 量加熱，溫度逐漸升高，直至氧化床中部高溫區溫度達到近1000°c，並形成中部溫度高、兩 側溫度逐漸降低的溫度場，然後停掉電加熱器或外部燃燒器。在開始啟動時，將第一閥門和 第四閥門關閉，將第二閥門和第三閥門開啟，汽包內的水在循環水泵的驅動下分為兩路，一 路水進入兩個蒸發器，從蒸發器出來進入回水管；另一路水經過第一連接管和第二閥門進 入兩個過熱器，從過熱器出來經過第三閥門和第二連接管進入回水管，與從蒸發器出來的 水混合，一起進入汽包。這樣可以防止過熱器在加熱啟動過程中被幹燒，有效保護過熱器。
4[0014]當汽包內的蒸汽壓力達到額定值後，將第一閥門和第四閥門開啟，將第二閥門和 第三閥門關閉。循環水通過蒸發器進行蒸發，飽和蒸汽進入過熱器被加熱成過熱蒸汽，汽水 循環進入正常工作狀態。本實用新型與現有技術相比，主要優點和有益效果是(1)本實用新型的汽水循環系統有兩組蒸發器和兩組過熱器，可以在煤礦乏風氧 化裝置氧化床高溫區的上下兩側分別對稱布置一組蒸發器和一組過熱器，既提取了氧化床 高溫區兩側的部分熱量，又有利於氧化床高溫區保持在氧化床中心區域。蒸發器布置在過 熱器的外側，有利於形成氧化床中心溫度高、兩測溫度逐漸降低的溫度場分布，提高氧化裝 置運行穩定性。(2)大多數煤礦乏風氧化裝置的氧化床為立式結構，蒸發器的蒸發管在氧化床內 為水平布置，存在氣堵和幹燒的危險，增設循環水泵採用強制循環，可以實現高倍率循環， 並且可以調節循環水量，工作可靠。(3)在蒸發器之前的進水管與過熱器之前的飽和蒸汽管之間設有第一連接管和第 二閥門、蒸發器之後的回水管與過熱器之後的過熱蒸汽管之間分別設有第二連接管和第三 閥門。在啟動過程中，在汽包內還未形成穩定的蒸汽之前，可以通過開通第二和第三閥門、 關閉第一和第四閥門，使循環水通過過熱器，避免過熱器幹燒。在汽包內的蒸汽達到要求 後，再通過關閉第二和第三閥門、開通第一和第四閥門，使飽和蒸汽進入過熱器。(4)向汽包內補水時，利用過熱蒸汽在預熱器內將補充的水加熱到一定溫度後再 進入汽包，降低了新補充的水對汽包的溫度衝擊；通過溫控電動調節閥調節進入預熱器的 過熱蒸汽量，實現預熱後的補水水溫恆定；PLC根據液位計和蒸汽流量計的信號，控制電動 調節閥的開度，可以實現連續穩定的補水。這些技術方案有利於減小汽包內的蒸汽參數波 動。

附圖1是本實用新型的結構示意圖。圖中1、PLC 2、水箱 3、冷凝水 加熱管 7、預熱器 8、溫控電動調節閥 12、流量計 13、循環水泵 14、進水管 18、汽包 19、安全閥 20、預熱蒸汽管
第二閥門 24、飽和蒸汽管 25、回水管 接管 29、第三閥門 30、第四閥門 31 蒸汽管
4、補水泵 5、電動調節閥 6、 9、熱電偶 10、壓力表 11、補水管 15、氧化床 16、排汙管 17、液位計 21、第一連接管 22、第一閥門 23、 26、蒸發器 27、過熱器 28、第二連 、蒸汽流量計 32、控制閥門 33、過熱
具體實施方式在圖1所示的實施例中蒸發器26和過熱器27均為兩組，兩組過熱器27對稱的 設置在氧化床15高溫區的上下側，兩組蒸發器26對稱布置在兩組過熱器27的外側。液位 計17設置在汽包18內，汽包18上設有壓力表10和安全閥19，排汙管16連通汽包18的底 部。蒸發器迴路包括設有循環水泵13和流量計12的進水管14、回水管25、兩組蒸發器26， 兩組蒸發器26的入口端均經進水管14連通汽包18的底部，出口端均經回水管25連通汽包18的頂部，補水迴路包括設有電動調節閥5的補水管11、水箱2、設有加熱管6的預熱器 7和補水泵4，其中補水泵4的入口端通過補水管11與水箱2連通，出口端通過依次經電動 調節閥5、預熱器7與汽包18的底部連通，蒸汽輸出管路包括設有熱電偶9、壓力表10、蒸汽 流量計31、第四閥門30的過熱蒸汽管33，加熱管6的出口端經冷凝水管3接水箱2，入口端 經設有溫控電動調節閥8的預熱蒸汽管20接過熱蒸汽管33，過熱器迴路串接在汽包18頂 部與過熱蒸汽管33之間，包括設有第一閥門22的飽和蒸汽管24和兩組過熱器27，在第一 閥門22靠近過熱器27側的飽和蒸汽管24與進水管14之間設有帶第二閥門23的第一連 接管21，在過熱蒸汽管33的始端與回水管25之間設有帶第三閥門29的第二連接管28，液 位計17、流量計12、蒸汽流量計31、熱電偶9通過數據線與PLCl相連，電動調節閥5和溫控 電動調節閥8通過信號線與PLC 1相連。
權利要求一種煤礦乏風瓦斯氧化裝置汽水循環系統，包括設有液位計(17)、壓力表(10)與安全閥(19)的汽包(18)、蒸發器迴路、補水迴路、蒸汽輸出管路和連通汽包(18)底部的排汙管(16)，其中蒸發器迴路包括進水管(14)、回水管(25)和設置在氧化床(15)內的蒸發器(26)，蒸發器(26)的入口端經進水管(14)連通汽包(18)的底部，出口端經回水管(25)連通汽包(18)的頂部，補水迴路包括補水管(11)、水箱(2)與補水泵(4)，其中補水泵(4)的入口端通過補水管(11)與水箱(2)連通，出口端通過補水管(11)與汽包(18)的底部連通，蒸汽輸出管路包括設有熱電偶(9)、壓力表(10)、蒸汽流量計(31)、第四閥門(30)的過熱蒸汽管(33)，其特徵在於增設PLC(1)、過熱器迴路、循環水泵(13)、流量計(12)、電動調節閥(5)、溫控電動調節閥(8)和設有加熱管(6)的預熱器(7)，其中循環水泵(13)和流量計(12)設置在進水管(14)上，預熱器(7)和電動調節閥(5)串接在補水泵(4)的出口端與汽包(18)之間的補水管(11)上，加熱管(6)的出口端經冷凝水管(3)接水箱(2)，入口端經設有溫控電動調節閥(8)的預熱蒸汽管(20)接過熱蒸汽管(33)，過熱器迴路串接在汽包(18)頂部與過熱蒸汽管(33)之間，包括設有第一閥門(22)的飽和蒸汽管(24)和設置在氧化床(15)內的過熱器(27)，在第一閥門(22)靠近過熱器(27)側的飽和蒸汽管(24)與進水管(14)之間設有帶第二閥門(23)的第一連接管(21)，在過熱蒸汽管(33)的始端與回水管(25)之間設有帶第三閥門(29)的第二連接管(28)；液位計(17)、流量計(12)、蒸汽流量計(31)、熱電偶(9)通過數據線與PLC(1)相連，電動調節閥(5)和溫控電動調節閥(8)通過信號線與PLC(1)相連。
2.根據權利要求1所述的煤礦乏風瓦斯氧化裝置汽水循環系統，其特徵在於蒸發器 (26)和過熱器(27)均為兩組，兩組過熱器(27)對稱的設置在氧化床(15)高溫區的上下 側，兩組蒸發器(26)對稱布置在兩組過熱器(27)的外側。
專利摘要本實用新型涉及一種煤礦乏風瓦斯氧化裝置汽水循環系統，屬於超低濃度甲烷逆流氧化和低密度能量回收技術領域。汽包的水在循環水泵驅動下進入兩個蒸發器進行蒸發，經過回水管回到汽包；汽包內的蒸汽進入兩個過熱器被加熱成過熱蒸汽送給外界；水箱內的水在補水泵驅動下依次進入電動調節閥和預熱器，在預熱器內被過熱蒸汽加熱後進入汽包；利用溫控電動調節閥控制補水的溫度；PLC根據液位計和蒸汽流量計的信號，控制電動調節閥的開度，實現連續穩定的補水；在加熱啟動時，可以通過閥門切換使循環水流經過熱器，保護過熱器。本實用新型具有蒸汽參數波動小、運行穩定、工作可靠等優點。
文檔編號E21F7/00GK201764467SQ201020259128
公開日2011年3月16日 申請日期2010年7月1日 優先權日2010年7月1日
發明者劉永啟, 劉瑞祥, 孟建, 尤彥彥, 毛明明, 王延遐, 鄭斌, 高振強 申請人:山東理工大學