一种集成原煤干燥的煤矿乏风回收利用系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了属于煤矿乏风回收利用领域的一种集成原煤干燥的煤矿乏风回收利用系统。该系统包括煤矿乏风催化氧化系统和原煤干燥系统两个子系统，主要由陶瓷蓄热器、换热器、催化剂、电加热器、碎煤机、原煤预热器及流化床干燥机等组成。该系统通过利用催化氧化装置回收利用煤矿乏风，使其在反应器内发生氧化反应，并放出一定的热量，除了维持氧化器内热反应所需要的热量外，其余热量可用作原煤干燥系统的干燥热源；同时，以反应器的尾气作为流化床干燥器的流化介质，充分回收这部分余热。本实用新型在高效回收利用煤矿乏风的同时，又可降低原煤中水分含量，提高原煤能量密度，降低其运输成本，为能源的高效合理利用提供基础。
【专利说明】
一种集成原煤干燥的煤矿乏风回收利用系统
技术领域
[0001]本实用新型属于煤矿乏风回收利用领域，特别涉及一种集成原煤干燥的煤矿乏风回收利用系统。
【背景技术】
[0002]目前，全世界因煤矿开采每年排入大气中的CH4总量为2500万吨，其中70% (中国为90%)来自煤矿乏风(VAM)。将CH4直接排放到大气中，一方面造成了有限的不可再生资源的严重浪费，仅每年从煤矿乏风中释放的CH4低位发热量相当于3 370万吨标准煤的发热量;另一方面，加剧了大气污染，CH4是一种温室气体，以10a计CH4的温室效应是CO2的21倍，CH4的温室效应影响居第2位(17%)，仅次于CO2 (55%)。因此，合理回收利用煤矿乏风中CH4具有节能和环保双重意义。煤矿乏风排量大、瓦斯浓度低以及浓度不稳定，这些特点决定了煤矿乏风瓦斯很难利用传统燃烧器在没有辅助燃料的情况下直接进行燃烧。目前，煤矿乏风直接氧化技术主要分两类，一种是逆流式煤矿乏风热氧化装置(TFRR)，另一种是逆流式乏风催化氧化装置(CFRR)。逆流式煤矿乏风热氧化装置技术较为成熟，但其乏风的自燃温度需达到100tC左右，其对装置材质的要求较高。而逆流式乏风催化氧化装置通过增加催化剂可使煤矿乏风的自燃温度降至350?800°C，从而既可降低能耗，又不致使空气中的氮气氧化成氮氧化物而造成二次污染热。甲烷在氧化过程中可释放出一定的热量，除了维持氧化器内热反应所需要的热量外，其余热量可被回收利用，这部分热量的有效利用不仅对氧化装置的工作稳定性会产生影响，同时还会影响到瓦斯能量的利用率。
[0003]而我国主要动力用煤的为烟煤、贫煤，其水分含量一般在3?15%，如:烟煤(3?18%);贫煤(4?8%);而褐煤中的全水分更是可达20?50%。水分含量中，外水分为主约为70?80%;另外，由于气候环境等影响因素，如:南方靠近水系的煤矿环境湿度偏大或经过煤的洗选过程，煤中含水量一般更高。因此，煤矿开采出来的中高水分原煤一般需进行干燥处理，既可提高原煤的能量密度，又能降低原煤的运输成本，缓解运输压力。而煤矿中又往往缺乏相应的干燥热源，因此，如何将煤矿乏汽的回收利用与中高水分原煤的干燥有效集成起来，对提高煤矿瓦斯气及原煤的有效利用率意义重大。
[0004]有鉴于此，本实用新型提出一种集成原煤干燥的煤矿乏风回收利用系统，充分利用煤矿乏风氧化过程中释放的热量对开采出的原煤进行干燥处理，在回收利用煤矿乏风的同时，又可降低原煤中水分含量，提高原煤能量密度，为能源的高效合理利用提供基础。
【发明内容】
[0005]本实用新型针对目前煤矿乏风直接排放所造成的能量浪费和环境污染，及部分煤矿开采出来的原煤中水分含量较高，给原煤的运输及后续高效利用造成影响等问题，提出一种集成原煤干燥的煤矿乏风回收利用系统，通过充分利用煤矿乏风催化氧化过程中释放的热量，以此作为原煤干燥的热源，从而在回收利用煤矿乏风的同时，又可降低原煤中水分含量，提高原煤能量密度，为能源的高效合理利用提供基础。
[0006]为达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案:
[0007]—种集成原煤干燥的煤矿乏风回收利用系统，该系统主要包括煤矿乏风催化氧化系统和原煤干燥系统两个子系统。其特征在于，所述的煤矿乏风催化氧化系统中，煤矿乏风的入口分两路，一路通过第一控制阀分别与第四控制阀及催化氧化反应器相连，另一路通过第三控制阀分别与第二控制阀及催化氧化反应器相连;所述的催化氧化反应器中，四块陶瓷蓄热器、两个换热器、两块催化剂及一个电加热器依次间隔排列;来自原煤干燥系统的低温空气在入口处分两路分别进入上下对称布置的两个换热器，吸热后的高温空气在出口处汇集后进入原煤干燥系统;所述的催化氧化反应器出口的尾气分别通过第二控制阀和第四控制阀在出口处汇集后进入原煤干燥系统;所述的原煤干燥系统中，煤矿采集的原煤经碎煤机破碎后与原煤预热器相连，其原煤出口与流化床干燥机相连;所述的流化床干燥机内置式换热器的入口与催化氧化反应器的高温空气出口相连，其出口与原煤预热器的空气入口相连，原煤预热器的空气出口通过管道与催化氧化反应器的换热器入口相连;所述的催化氧化反应器出口进入原煤干燥系统的尾气分两路，一路与流化床干燥机的流化介质入口相连，一路进入尾气处理装置;所述的流化床干燥机出口的干燥尾气与除尘器相连，其出口的气体进入尾气处理装置，出口的固体颗粒与干燥后的原煤混合后，进入储煤仓。
[0008]所述的煤矿乏风催化氧化系统中，煤矿乏风交替的以两个流动方向流过催化氧化反应器，分别为当第一、二控制阀打开，第三、四控制阀关闭的流动通路;及第一、二控制阀关闭，第三、四控制阀打开的流动通路;其换向周期为120 S0
[0009]所述的催化氧化反应器由陶瓷蓄热器、换热器、催化剂及电加热器构成，其中，电加热器布置在催化氧化反应器的中心垂直位置，其两侧分别对称布置有催化剂、陶瓷蓄热器及换热器。
[0010]所述的流化床干燥机的内置式换热器的入口与催化氧化反应器的高温空气出口相连，其出口与原煤预热器的空气入口相连，原煤预热器的空气出口通过管道与催化氧化反应器的换热器入口相连。
[0011]所述的催化氧化反应器出口进入原煤干燥系统的尾气分两路，一路与流化床干燥机的流化介质入口相连，一路进入尾气处理装置。
[0012]本实用新型具有以下优点及有益效果:本实用新型通过利用催化氧化装置回收利用煤矿乏风，使其在反应器内发生氧化反应，并放出一定的热量，除了维持氧化器内热反应所需要的热量外，其余热量可用作原煤干燥系统的干燥热源；同时，以反应器的尾气作为流化床干燥器的流化介质，充分回收这部分余热;此外，使煤矿乏风交替的以两个流动方向流过催化氧化反应器可保证反应器内温度场均衡，使得氧化反应更加稳定。最终，本实用新型在高效回收利用煤矿乏风的同时，又可降低原煤中水分含量，提高原煤能量密度，降低其运输成本，为能源的高效合理利用提供基础。
【附图说明】
[0013]图1为一种集成原煤干燥的煤矿乏风回收利用系统。
[0014]图中:1-第一控制阀；2-催化氧化反应装置;3-陶瓷蓄热器;4-换热器;5-催化剂；6-电加热器;7-第二控制阀;8-第三控制阀;9-第四控制阀；10-碎煤机;11-原煤预热器;12-流化床干燥机;13-除尘器。
【具体实施方式】
[0015]本实用新型提供了一种集成原煤干燥的煤矿乏风回收利用系统，下面结合附图和【具体实施方式】对本系统工作原理做进一步说明。
[0016]图1所示为一种集成原煤干燥的煤矿乏风回收利用系统的示意图。
[0017]如图1所示，该系统主要包括煤矿乏风催化氧化系统和原煤干燥系统两个子系统。其特征在于，所述的煤矿乏风催化氧化系统中，煤矿乏风的入口分两路，一路通过第一控制阀I分别与第四控制阀9及催化氧化反应器2相连，另一路通过第三控制阀8分别与第二控制阀7及催化氧化反应器2相连;所述的催化氧化反应器2中，四块陶瓷蓄热器3、两个换热器4、两块催化剂5及一个电加热器6依次间隔排列;来自原煤干燥系统的低温空气在入口处分两路分别进入上下对称布置的两个换热器4，吸热后的高温空气在出口处汇集后进入原煤干燥系统;所述的催化氧化反应器2出口的尾气分别通过第二控制阀7和第四控制阀9在出口处汇集后进入原煤干燥系统;所述的原煤干燥系统中，煤矿采集的原煤经碎煤机10破碎后与原煤预热器11相连，其原煤出口与流化床干燥机12相连;所述的流化床干燥机12内置式换热器的入口与催化氧化反应器2的高温空气出口相连，其出口与原煤预热器11的空气入口相连，原煤预热器11的空气出口通过管道与催化氧化反应器2的换热器4入口相连;所述的催化氧化反应器2出口进入原煤干燥系统的尾气分两路，一路与流化床干燥机12的流化介质入口相连，一路进入尾气处理装置;所述的流化床干燥机12出口的干燥尾气与除尘器13相连，其出口的气体进入尾气处理装置，出口的固体颗粒与干燥后的原煤混合后，进入储煤仓。
[0018]所述的煤矿乏风催化氧化系统中，煤矿乏风交替的以两个流动方向流过催化氧化反应器2，分别为当第一、二控制阀1、7打开，第三、四控制阀8、9关闭的流动通路;及第一、二控制阀1、7关闭，第三、四控制阀8、9打开的流动通路;其换向周期为120 S0
[0019]所述的催化氧化反应器2由陶瓷蓄热器3、换热器4、催化剂5及电加热器6构成，其中，电加热器6布置在催化氧化反应装置2的中心垂直位置，其两侧分别对称布置有催化剂
5、陶瓷蓄热器3及换热器4。
[0020]所述的流化床干燥机12的内置式换热器的入口与催化氧化反应器2的高温空气出口相连，其出口与原煤预热器11的空气入口相连，原煤预热器11的空气出口通过管道与催化氧化反应器2的换热器4入口相连。
[0021]所述的催化氧化反应器2出口进入原煤干燥系统的尾气分两路，一路与流化床干燥机12的流化介质入口相连，一路进入尾气处理装置。
[0022]其工作过程为:首先利用电加热器对催化氧化反应器进行预热，当中心部分温度达到煤矿乏风的自燃温度(约500?550°C)时打开第一、二控制阀，同时保持第三、四控制阀关闭，包含低浓度CH4的乏气从上部依次流化陶瓷蓄热器、换热器、催化剂和电加热器，当其通过中间高温区时CH4迅速发生氧化反应，并放出热量，热量通过热交换传递给陶瓷蓄热器和换热器中的空气;换向切换时，关闭第一、二控制阀，打开第三、四控制阀，使得乏气从下部流入催化氧化反应器，系统稳定后由控制系统实现乏气流向的交替变换，其换向周期为120 s;分别在两侧对称布置的换热器中被加热后的高温空气(300?350°C)进入流化床干燥器的内置换热器对原煤进行干燥，放热后的空气温度降至150°C左右，并进入原煤预热器进一步放热预热原煤，最终，空气温度降至50°C左右，并被输送回催化氧化反应器的换热器中；同时，催化氧化反应器反应产生的尾气分两路，一部分作为流化床干燥机的流化介质将原煤中的水分带走，另一部分直接送入尾气处理装置进一步处理;煤矿开采出的中高水分含量的原煤经碎煤机破碎后进入原煤预热器，在其中被预热后被送入流化床干燥机，在干燥机内，原煤中的部分水分被高温空气加热蒸发，干燥机的尾气送入除尘器，经除尘器处理后的气体进入尾气处理装置，除尘器出口的固体颗粒与干燥后的原煤混合后进入储煤仓，随后输送到各个电厂被燃烧利用。
【主权项】
1.一种集成原煤干燥的煤矿乏风回收利用系统，该系统主要包括煤矿乏风催化氧化系统和原煤干燥系统两个子系统;其特征在于，所述的煤矿乏风催化氧化系统中，煤矿乏风的入口分两路，一路通过第一控制阀(I)分别与第四控制阀(9)及催化氧化反应器(2)相连，另一路通过第三控制阀(8)分别与第二控制阀(7)及催化氧化反应器(2)相连;所述的催化氧化反应器(2)中，四块陶瓷蓄热器(3)、两个换热器(4)、两块催化剂(5)及一个电加热器(6)依次间隔排列;来自原煤干燥系统的低温空气在入口处分两路分别进入上下对称布置的两个换热器(4)，吸热后的高温空气在出口处汇集后进入原煤干燥系统;所述的催化氧化反应器(2)出口的尾气分别通过第二控制阀(7)和第四控制阀(9)在出口处汇集后进入原煤干燥系统;所述的原煤干燥系统中，煤矿采集的原煤经碎煤机(10)破碎后与原煤预热器(11)相连，其原煤出口与流化床干燥机(12)相连;所述的流化床干燥机(12)内置式换热器的入口与催化氧化反应器(2)的高温空气出口相连，其出口与原煤预热器(11)的空气入口相连，原煤预热器(11)的空气出口通过管道与催化氧化反应器(2)的换热器(4)入口相连;所述的催化氧化反应器(2)出口进入原煤干燥系统的尾气分两路，一路与流化床干燥机(12)的流化介质入口相连，一路进入尾气处理装置;所述的流化床干燥机(12)出口的干燥尾气与除尘器(13)相连，其出口的气体进入尾气处理装置，出口的固体颗粒与干燥后的原煤混合后，进入储煤仓。2.根据权利要求1所述的一种集成原煤干燥的煤矿乏风回收利用系统，其特征在于，所述的煤矿乏风催化氧化系统中，煤矿乏风交替的以两个流动方向流过催化氧化反应器(2)，分别为当第一、二控制阀(1、7)打开，第三、四控制阀(8、9)关闭的流动通路;及第一、二控制阀(1、7)关闭，第三、四控制阀(8、9)打开的流动通路;其换向周期为120 S03.根据权利要求1所述的一种集成原煤干燥的煤矿乏风回收利用系统，其特征在于，所述的催化氧化反应器(2)由陶瓷蓄热器(3)、换热器(4)、催化剂(5)及电加热器(6)构成，其中，电加热器(6)布置在催化氧化反应器(2)的中心垂直位置，其两侧分别对称布置有催化剂(5)、陶瓷蓄热器(3)及换热器(4)。4.根据权利要求1所述的一种集成原煤干燥的煤矿乏风回收利用系统，其特征在于，所述的流化床干燥机(12)的内置式换热器的入口与催化氧化反应器(2)的高温空气出口相连，其出口与原煤预热器(11)的空气入口相连，原煤预热器(11)的空气出口通过管道与催化氧化反应器(2)的换热器(4)入口相连。5.根据权利要求1所述的一种集成原煤干燥的煤矿乏风回收利用系统，其特征在于，所述的催化氧化反应器(2)出口进入原煤干燥系统的尾气分两路，一路与流化床干燥机(12)的流化介质入口相连，一路进入尾气处理装置。
【文档编号】B01D53/72GK205613283SQ201620409703
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年5月9日
【发明人】徐钢, 董伟, 郑磊, 刘琦, 杨勇平
【申请人】华北电力大学