具有烟气抽吸装置的矿井乏风逆流氧化装置.pdf

一种具有烟气抽吸装置的矿井乏风逆流氧化装置，应用在煤矿工业产生的矿井乏风逆流高温氧化处理的工艺中。装置包括逆流氧化床、周期换向气流流通管路和测量与控制系统。装置换向阀门周期旋转180度角度，形成在氧化床内周期正反方向气流流动。在半个换向周期内，进入的冷矿井乏风被储存在氧化床上游热填充介质预热至氧化，然后又将氧化释放出的热量传递并储存于下游氧化床填充介质内，将被用于预热下半个周期内引入的冷矿井乏风，在氧化床内形成矿井乏风所含甲烷气体自维持逆流高温氧化，将其转化成水和二氧化碳，并通过烟气抽吸装置将氧化释放的、除维持逆流氧化所需热量之外热量提取后供热或产生过热蒸汽用于发电，本装置节能环保。

1.  一种具有烟气抽吸装置的矿井乏风逆流氧化装置，包括逆流氧化床、周期换向气流流通管路，其特征在于：还包括测量与控制系统，并且所述的逆流氧化床燃烧室(7)内设置烟气抽吸装置(9)，烟气抽吸装置阀门(10)安装在烟气抽吸装置(9)出口管路上。

2.  如权利要求1所述的具有烟气抽吸装置的矿井乏风逆流氧化装置，其特征在于：所述的逆流氧化床包括壳体(1)、床底托板(2)、多孔板A(3)、保温层(4)、填充床(5)、多孔板B(6)、燃烧室(7)、燃烧器(8)，烟气抽吸装置(9)和烟气抽吸装置阀门(10)；与床底气流通道外壳(20)连接的床底托板(2)托起对称布置在燃烧室两侧的两个填充床(5)，填充床(5)内设置填充材料；燃烧器(8)布置在燃烧室(7)顶部，烟气抽吸装置(9)布置在燃烧室(7)内，烟气抽吸装置阀门(10)安装在烟气抽吸装置(9)出口管路上；填充床(5)外被保温层(4)包围，保温层(4)内填充的是绝热材料。

3.  如权利要求1所述的具有烟气抽吸装置的矿井乏风逆流氧化装置，其特征在于：所述的周期换向气流流通管路包括进气管(11)、排气管(12)、换向阀门(13)、密封垫A(14)、密封垫B(15)、阀门气流通道(16)、床底气流通道A(17)、床底气流通道B(18)、阀门驱动轴(19)、床底气流通道外壳(20)、底板(21)、底板进排气口A(22)、底板进排气口B(23)、支杆(24)、床底气流通道隔板(25)、气流分配板(26)构成；由电机带动的传动装置驱动阀门驱动轴(19)旋转，从而带动换向阀门(13)周期旋转180度角度，进气管(11)周期交替地与底板进排气口A(22)和底板进排气口B(23)连通，阀门气流通道(16)周期交替地与底板进排气口B(23)和底板进排气口A(22)连通，形成氧化床内气流正向流动和气流反向流动。

4.  如权利要求1所述的具有烟气抽吸装置的矿井乏风逆流氧化装置，其特征在于：所述的测量与控制系统包括甲烷浓度传感器A(27)、温度传感器A(28)、甲烷浓度传感器B(29)、温度传感器B(29)、温度传感器C(31)、信号传输线(32)和控制柜(33)构成；传感器信号传输线(32)与控制柜(33)相连接；甲烷浓度传感器A(27)和温度传感器A(28)固定在进气管(11)的外壁面上，此两个传感器探针插入进气管(11)的管道内，甲烷浓度传感器B(29)和温度传感器B(30)固定在排气管(12)的外壁面上，此两个传感器探针插入排气管的管道内，温度传感器C(31)固定在壳体(1)的外壁面上，其传感器探针插入填充床(5)的填充介质内。

具有烟气抽吸装置的矿井乏风逆流氧化装置
技术领域
本发明涉及一种煤矿工业产生中矿井乏风逆流氧化处理装置，尤其涉一种具有能量回收功能的矿井乏风逆流氧化处理装置。
背景技术
煤矿通常采用大量通风来排放煤矿瓦斯，称之为矿井乏风(Ventilation AirMethane，简称VAM)，我国每年排放的矿井乏风中所含纯甲烷气体达100～150亿m³左右，居世界第一，约占世界采煤排放甲烷总量的1/3，其中利用量却不到10亿m³。我国排放的矿井乏风中甲烷气体占甲烷排放总量的91％，是最大的工业甲烷气体排放源。一个年产量为100万吨的高瓦斯矿井，每分钟所排放的通风瓦斯量为5000～10000m³，折合成纯甲烷是25～50m³，而每年排放的纯甲烷达到1000～2000万m³，相当于向大气中排放了130～250万吨的CO₂气体。因此，治理和利用矿井乏风甲烷，是我国面临的紧迫任务。
然而，从矿井乏风甲烷浓度一般不超过1％，采用传统燃烧技术上，很难回收利用。如果使其在多孔介质内周期往复流动燃烧，利用储存在多孔介质内的燃烧热来预热新鲜预混合气体，就可以实现其中所含甲烷气体自维持高温氧化，将其转化为水和二氧化碳，而且，多孔介质内氧化反应和传热方式还能够有效地抑制NO_x污染物生成，这种矿井乏风处理及利用方式，在煤矿工业领域被称为逆流氧化技术，相应的装置称为逆流氧化装置。但是，目前的逆流氧化装置中甲烷气体的燃烧热除实现甲烷的自维持高温氧化外还有多余，但均没有涉及如何回收这部分多余的能量。
发明内容
本发明目的就是提供一种具有烟气抽吸装置的矿井乏风逆流氧化装置，将矿井乏风中超低浓度甲烷气体氧化成水和二氧化碳，并将一部分释放的多余能量通过烟气抽吸装置提取后供热或产生过热蒸汽用于发电。
本发明的技术解决方案是：具有烟气抽吸装置的矿井乏风逆流氧化装置包括逆流氧化床、周期换向气流流通管路和测量与控制系统；所述的逆流氧化床由壳体、床底托板、多孔板A、保温层、填充床、多孔板B、燃烧室、燃烧器，烟气抽吸装置和烟气抽吸装置阀门组成。与床底气流通道外壳连接的床底托板托起对称布置在燃烧室两侧的两个填充床。填充床内填充蜂窝陶瓷、球型颗粒或泡沫陶瓷等填充材料。燃烧器布置在燃烧室顶部。烟气抽吸装置布置在燃烧室内。烟气抽吸装置阀门安装在烟气抽吸装置出口管路上。填充床外被保温层包围，保温层内填充的是绝热材料。所述的周期换向气流流通管路由进气管、排气管、换向阀门、密封垫A、密封垫B、阀门气流通道、床底气流通道A、床底气流通道B、阀门驱动轴、床底气流通道外壳、底板、底板进排气口A、底板进排气口B、支杆、床底气流通道隔板、气流分配板构成。由电机带动的传动装置驱动阀门驱动轴旋转，从而带动换向阀门周期旋转180度角度，进气管周期交替地与底板进排气口A和底板进排气口B连通，阀门气流通道周期交替地与底板进排气口B和底板进排气口A连通，形成氧化床内气流正向流动和气流反向流动。所述的测量与控制系统包括甲烷浓度传感器A、温度传感器A、甲烷浓度传感器B、温度传感器B、温度传感器C、信号传输线和控制柜构成。传感器信号传输线与控制柜相连接。甲烷浓度传感器A和温度传感器A固定在进气管的外壁面上，传感器探针插入进气管的管道内。甲烷浓度传感器B和温度传感器B固定在排气管的外壁面上，传感器探针插入排气管的管道内。温度传感器C固定在壳体的外壁面上，传感器探针插入填充床的填充介质内。
本发明的有益效果是：含甲烷浓度极低的矿井乏风(含甲烷浓度7.5％以下的混合气体)可在其内自维持逆流高温氧化，氧化产生的除自维持氧化所需的热量之外的热量被烟气抽吸装置抽吸出来，送至常规的余热锅炉用于加热热水供热或产生过热蒸汽用于发电。本装置可以防止它们对环境的污染，又对这些气体加以利用。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
图1是本发明装置的结构示意图。
图2是本发明进排气管路结构图。
图3是本发明换向阀门部分的结构图。
图中，1.壳体，2.床底托板，3.多孔板A，4.保温层，5.填充床，6.多孔板B，7.燃烧室，8.燃烧器，9.烟气抽吸装置，10.烟气抽吸装置阀门，11.进气管，12.排气管，13.换向阀门，14.密封垫A，15.密封垫B，16.阀门气流通道，17.床底气流通道A，18.床底气流通道B，19.阀门驱动轴，20.床底气流通道外壳，21.底板，22.底板进排气口A，23.底板进排气口B，24.支杆，25.床底气流通道隔板，26.气流分配板，27.甲烷浓度传感器A，28.温度传感器A，29.甲烷浓度传感器B，30.温度传感器B，31.温度传感器C，32.信号传输线，33.控制柜，34.气流正向流动，35.气流反向流动。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本发明具有烟气抽吸装置的矿井乏风逆流氧化装置包括逆流氧化床、周期换向气流流通管路和测量与控制系统。逆流氧化床由壳体1、床底托板2、多孔板A3、保温层4、填充床5、多孔板B6、燃烧室7、燃烧器8，烟气抽吸装置9和烟气抽吸装置阀门10组成。床底气流通道隔板25将床底气流通道分为床底气流通道A17和床底气流通道B18。床底气流通道外壳20和床底气流通道隔板25支撑床底托板2，床底托板2托起填充床5。多孔板A3、保温层4内壁面和多孔板B构成矩形填充床5填充空间。填充床5内填充蜂窝陶瓷、球型颗粒或泡沫陶瓷等填充材料。两个填充床5对称布置在燃烧室7的两侧。支杆24一端与壳体1焊接在一起，中间与气流分配板26焊接，另一端与多孔板A3焊接。两侧多孔板B6与保温层4内壁面构成燃烧室7。燃烧器8布置在燃烧室7顶部。烟气抽吸装置9布置在燃烧室7内。烟气抽吸装置阀门10安装在烟气抽吸装置9出口管路上。填充床5外被保温层4包围，保温层4内填充的是绝热材料。周期换向气流流通管路由进气管11、排气管12、换向阀门13、密封垫A14、密封垫B15、阀门气流通道16、床底气流通道A17、床底气流通道B18、阀门驱动轴19、床底气流通道外壳20、底板21、底板进排气口A22、底板进排气口B23、支杆24、床底气流通道隔板25、气流分配板26构成。换向阀门13上端面与密封垫A14连接，密封垫A14与底板21下表面连接。换向阀13下端面与密封垫B15连接，密封垫B15与排气管12外表面连接。由电机带动的传动装置驱动阀门驱动轴19旋转，从而带动换向阀门13周期旋转180度角度，进气管11周期交替地与底板进排气口A和底板进排气口B连通，阀门气流通道16周期交替地与底板进排气口B和底板进排气口A连通，形成氧化床内气流正向流动34和气流反向流动35。气流分配板26焊接在支杆24中间，而被支撑。测量与控制系统包括甲烷浓度传感器A27、温度传感器A28、甲烷浓度传感器B29、温度传感器B30、温度传感器C31、信号传输线32和控制柜33构成。传感器信号传输线32与控制柜33相连接。甲烷浓度传感器A27和温度传感器A28固定在进气管11的外壁面上，传感器探针插入进气管的管道内。甲烷浓度传感器B29和温度传感器B30固定在排气管12的外壁面上，传感器探针插入排气管12的管道内。温度传感器C31固定在壳体1的外壁面上，传感器探针插入填充床5的填充介质内。
本发明的工作过程是：在启动逆流氧化装置时，将换向阀门13周向角度置于进气管12与底板进排气口A22连通，阀门气流通道16连通底板进排气口B23和排气管12，形成正向气流流动34通道。燃烧器8点火燃烧，燃气在燃烧室7内燃烧释放的热量预热了填充床5内的填充介质。当填充介质被加热到超过甲烷气体氧化反应发生温度后，引入矿井乏风，关闭燃烧器8。矿井乏风在靠燃烧室7中间位置氧化，将氧化释放的热量传递并储存在右侧填充床5的填充介质内。经过半个周期后，将换向阀门13置于进气管11与底板进排气口B23连通，阀门气流通道16连通底板进排气口A22和排气管12，形成反向气流流动35通道。进入逆流氧化装置的冷矿井乏风，被上半个周期内储存在氧化床5右侧填充床5填充介质热量预热，在靠近燃烧室7中间位置氧化，又将氧化释放出的热量传递并储存于此半周期内左侧填充床5填充介质内，将被用于预热下半个周期内引入的冷矿井乏风。逆流氧化装置启动后，换向阀门13周期旋转180度角度，矿井乏风在两个填充床5内周期正反方向流动，形成自维持逆流高温氧化。同时，甲烷浓度传感器A27、温度传感器A28、甲烷浓度传感器B29、温度传感器B30和温度传感器C31将测量的温度信号和甲烷浓度信号传入控制柜33中，控制柜33微机接收信号并产生反馈控制信号。填充床5内的温度升高到一定程度，控制柜33微机控制自动打开烟气抽气装置阀门10后，启动烟气抽气装置9进行烟气抽吸。如果填充床5内的温度降低到一定程度，微机将控制自动关闭烟气抽气装置9，关闭烟气抽气装置阀门10。如果甲烷浓度过低，将自动启动燃烧器8，用燃气在燃烧室7内补充燃烧来维持填充床5内填充介质正常运行温度。
本发明不局限于上述实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。