专利名称：利用自然冷源对瓦斯进行深度冷凝的除尘、脱水系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及煤矿瓦斯处理系统，具体说是一种利用自然冷源对瓦斯进行深度 冷凝的除尘、脱水系统。
背景技术：
由于高瓦斯矿井越来越多，大部分矿井均建立了地面永久瓦斯抽采系统，纯瓦斯 量均达100Nm3/min以上，大部分矿井抽出来的瓦斯均用于瓦斯发电。由于从抽放站出来的 瓦斯压力较低、温度较高、相对湿度较大，并且含有较大灰尘颗粒物，不符合瓦斯管道输送 及燃气发动机对瓦斯的要求。所以，瓦斯输送管道前端及进入燃气发动机前必须设置除尘、 脱水装置，通过预处理系统的过滤、降温、脱水、增压，达到燃气发动机对瓦斯气的要求后， 才能进入瓦斯管道输送及利用燃气发动机燃烧做功。通过对瓦斯进行脱水处理可以解决瓦 斯输送管道存在的冷凝水冬季结冰和管道锈蚀严重等问题，减少瓦斯输送管道的维护工作 量，有效延长管道的使用寿命，从而大大降低瓦斯输送管道的维护和使用成本，同时可以减 少由于管道生锈产生的灰尘对瓦斯发电机组的侵害，保障瓦斯电站的正常运行。瓦斯除尘、脱水装置是用于煤矿瓦斯发电及管道输送工程中重要的辅助机械设 备。瓦斯发电机组对燃料品质有很严格的要求，而矿井瓦斯具有波动性大、高湿、高温、高粉 尘等特点。因此，瓦斯发及管道输送电工程需要设置专业的设备系统对瓦斯进行预先除尘、 脱水处理。现有的处理工艺一般是采用1、低温及吸附双重除尘、脱水工艺；整个除尘、脱水系统主要由在煤层气压缩机后设置的低温冷却器、初级过滤器、吸 附塔、精密过滤器几大部分组成。由于来气温度较高，必须经过冷凝措施，把气体中夹带的 游离水、固体杂质以及过饱和水从低温冷却器及初级过滤器中分离出来，再经过吸附塔及 精密过滤器实现油雾离子小于50 μ m(大于1 μ m)的粉尘分离出来。但是这种工艺(1)结构比较复杂，投资费用较高；(2)运行环节较多，管理较复杂，系统运行可靠性较差；(3)气体经过该套系统后压力损失较大，需要增加瓦斯加压系统，额外投资规模较 大。2、无热再生吸附脱水工艺；整个除尘、脱水系统仍然由低温冷却器、初级过滤器、吸附塔、精密过滤器几大部 分组成。只是吸附塔再生原理采取了无热再生方式，利用变压吸附进行工作和再生。在工作 压力下，煤层气通过吸附剂水分被吸附；再生时再利用一定比例的成品气对吸附剂进行吹 扫，使吸附剂得到脱附再生。由于进气压力比较低，所以需要的再生气比例较高，约为30%。 这种工艺的问题是(1)运行成本费用太高；(2)有效供气量小，损耗高，需损耗30%的成品气；[0014](3)供气露点受工况变化的影响比较大，稳定性差；(4)气体经过该套系统后压力损失较大，需要增加瓦斯加压系统，额外投资规模较 大；3、蒸汽加热再生脱水工艺利用变温吸附原理进行工作和再生。在常温下，煤气通过吸附剂水分被吸收；再生 时通过蒸汽加热器，用高温蒸汽将部分煤气加热到iocrc以上，再送到再生塔加热吸附剂， 使吸附剂脱附再生，脱附的水分被再生气带出干燥装置。再生用煤气，通过设备上配套的冷 却器，降至常温后，送入另一干燥塔进行干燥处理。干燥过程中，煤气循环使用，没有损耗。 当再生塔加热再生后，需用5%的成品气将吸附剂吹至常温，以备工作。这种工艺(1)结构仍然比较复杂，投资费用最高；(2)运行环节较多，管理较复杂，系统运行可靠性较差；(3)气体经过该套系统后阻力损失较大，需要增加瓦斯加压系统，额外投资规模较 大。4、工业制冷冷凝脱水利用工业制冷机制造冷源，通过热交换器对瓦斯进行热交换，降低瓦斯的温度，达 到冷凝脱水的目的。这种工艺存在的缺陷是(1)、制造大量的冷源需要工业制冷机，投资成本高；(2)、工业制冷机耗电高，运行成本很高。在瓦斯气处理系统中如何大幅降低运行成本、简化系统环节，同时保证运行的可 靠性、稳定性和产出率、有效提高瓦斯气的处理指标是瓦斯气工业化处理开发的长期目标。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种利用自然冷源对瓦斯进行深度冷凝 的除尘、脱水系统。所述利用自然冷源对瓦斯进行深度冷凝的除尘、脱水系统，以瓦斯气的处理顺序， 处理设备依次包括通过瓦斯输送管道连接的雾化喷淋塔、一级气液分离器、深度冷凝热交 换器、二级气液分离器，其中雾化喷淋塔的冷却水由冷却塔提供，其特征是所述一级气液 分离器、二级气液分离器中的热交换器，和置于地下的深度冷凝热交换器，它们的热交换介 质输入口各自通过其自身的地下水输送阀门、空气冷源进气阀门分别与地下水输送水管、 空气冷源输送管道连接，它们的热交换介质输出口各自通过其自身的地下水排放阀门、空 气冷源排放阀门分别与地下水排放管道、空气排放管道连接；其中空气冷源输送管道的输 入端与冷源风机的出风口连接。所述地下水输送水管的输入口深入深水井中，通过地下水输送水泵连接到各个热 交换设备的地下水输送阀门。所述地下水输送水管通过地下水输送水泵连接到冷却塔的补水供水管道接口。所述一级气液分离器或二级气液分离器是高效复合式气液分离器，所述高效复合 式气液分离器内部由下至上依次安装有旋风分离器、列管式热交换器、高效破沫捕雾器。 所述气液分离器的进气口和出气口装有防爆阀门。 本实用新型达可到以下的有益效果[0033](1)运行能耗低充分利用地下自然低温冷源(土壤/地下水/空气)有利条件 对瓦斯气体进行深度冷凝，无需增加额外的制冷设备，节约了大量的电能；(2)与其它方式的除尘脱水工艺相比较，建设成本和运行成本低；(3)有效供气量高，瓦斯气损耗小；(4)结构相对简单，操作方便，便于管理；(5)故障率低，系统运行可靠；(6)设备维护成本低除循环泵及气液分离塔需要定期维护和更换滤芯外，其它 设备只需要定期检查即可；(7)压力损失小瓦斯气经过该套系统后压力损失较小，无需增加额外的增压系 统。本实用新型具备降温、除尘、脱水、防爆泄压、水封阻火、储气、稳压等多种功能。利 用自然冷源具有原理简单、能耗低、安全可靠、工作稳定、易于维护、压力损失小等优点。是 煤层气抽采项目瓦斯输送前除尘、脱水的最佳选择。
图1是本实用新型整体系统结构示意图。图中1-喷淋塔，2-瓦斯放散管，3-深水井，4-地下水输送水管，5-地下水输送水 泵，6-冷却塔，7-冷却水循环泵，8-地下水输送阀门，9-空气冷源排放阀门，10-空气冷源进 气阀门，11-地下水排放阀门，12-—级气液分离器，13-旋风分离器，14-热交换器，15-高效 破沫捕雾器，16-深度冷凝热交换器，17-空气冷源输送管道，18-二级气液分离器，19-冷源 风机，20-地下水排放管道，21-空气排放管道，22-补水供水管道接口，23-防爆阀门。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进一步说明如图1中所示利用自然冷源对瓦斯进行 深度冷凝的除尘、脱水系统，以瓦斯气的处理顺序，处理设备依次包括通过瓦斯输送管道连 接的雾化喷淋塔1、一级气液分离器12、深度冷凝热交换器16、二级气液分离器18，其中雾 化喷淋塔的冷却水由冷却塔6提供，其特征是所述一级气液分离器12、二级气液分离器18 中的热交换器14，和置于地下的深度冷凝热交换器16，它们的热交换介质输入口各自通过 其自身的地下水输送阀门8、空气冷源进气阀门10分别与地下水输送水管4、空气冷源输送 管道17连接，它们的热交换介质输出口各自通过其自身的地下水排放阀门11、空气冷源排 放阀门9分别与地下水排放管道20、空气排放管道21连接；其中空气冷源输送管道17的 输入端与冷源风机19的出风口连接。所述地下水输送水管4的输入口深入深水井3中，通过地下水输送水泵5连接到 各个热交换设备的地下水输送阀门8。同时通过地下水输送水泵5连接到冷却塔6的补水 供水管道接口 22。所述一级气液分离器12或二级气液分离器18是高效复合式气液分离器，所述高 效复合式气液分离器内部由下至上依次安装有旋风分离器13、列管式热交换器14、高效破 沫捕雾器15。所述气液分离器的进气口和出气口装有防爆阀门23。在其顶端通过自动弹 簧复位式防爆门和阀门与燃气管道相接。[0046]本实用新型利用温度在3_5°C的地下水以及冻土层以下的土壤或者零度以下的室 外空气作为冷源，对瓦斯进行冷凝脱水、除尘。首先通过雾化喷淋的方法对瓦斯气进行降温 和除尘处理(可以除去瓦斯气中的绝大部分灰尘，同时可以大大降低瓦斯气的温度)，再结 合多级冷却系统使得瓦斯气中的不饱和状态水达到过饱和状态凝结并析出，然后通过旋风 分离和高效破沫捕雾方法脱除冷凝并分离出来的液态水和粉尘。经过加压机出来的高温(70-90°C )瓦斯进入雾化喷淋塔1，喷淋塔1中水浴喷头 喷出高压雾状水雾，对瓦斯进行除尘，同时带走瓦斯大量的热量，凝结出一部分的水分；从 雾化喷淋塔1出来的瓦斯进入一级气液分离器12，在一级气液分离器12中依次通过旋风分 离器13，在离心力的作用下分离出液态水，再进入热交换器14与地下水或空气冷源进行热 交换，降低瓦斯的温度，凝结出一部分水，再通过高效破沫捕雾器15过滤出瓦斯气体中凝 结出的水分；然后瓦斯进入瓦斯深度冷凝热交换器16进行瓦斯与水的热交换，再次降低瓦 斯的温度凝结水分，瓦斯深度冷凝热交换器16埋于冻土层以下，可以将自身的热量传递给 土壤，从而完成瓦斯与土壤的热交换，能有效的保持设备的低温；从瓦斯深度冷凝热交换器 16出来的瓦斯进入二级气液分离器18，依次经过旋风分离器13、热交换器14、高效破沫捕 雾器15进行二次脱水除尘处理，完成瓦斯的净化处理，经过净化的瓦斯为不含游离态水的 瓦斯。在完成净化处理的过程中，冷源的利用是关键，自然冷源的利用分为‘地下水+ 土 壤’、‘地下水+ 土壤+空气冷源’两部分1、当室外温度高于0°C时，利用地下水及土壤冷源冷源的供给情况如下冷源风机19停止工作，关闭空气冷源进气阀门的空气冷源 进气阀门10和空气冷源排放阀门9，其余阀门全部处于开启状态。地下水输送水泵5从深 水井3中输送出3-5°C的地下水，通过地下水输送水管4为冷却塔6补充地下水，同时还通 过地下水输送阀门8为热交换器14，瓦斯深度冷凝热交换器16、持续输送低温地下水，深度 热交换器10和热交换器14与瓦斯进行热交换后的温水通过地下水排放阀门11循环到深 水井3中；冷却塔6中左半部分的为低温水，右半部分的为高温水，右半部分高温水通过管 道与左半部分低温水循环进行降温，低温度的冷却水通过冷却水循环泵7供给喷淋塔1工 作。2、当室外温度低于0°C时，利用地下水+ 土壤+空气冷源冷源的供给情况如下冷源风机19工作，关闭地下水输送阀门8和地下水排放阀 门11，其余阀门全部处于开启状态。地下水输送水泵5从深水井3中输送出3-5°C的地下 水，为冷却塔6补给3-5°C地下水，冷却塔6中左半部分的为低温水，右半部分的为高温水， 右半部分高温水通过管道与左半部分低温水循环进行降温，低温度的冷却水通过冷却水循 环泵7供给雾化喷淋塔1供其工作；冷源风机19提供空气冷源，由空气冷源输送管道17通 过空气冷源进气阀门10为热交换器14和深度冷凝热交换器16持续输送空气冷源，空气 冷源与瓦斯进行热交换后通过空气冷源排放阀门9排出，完成瓦斯与空气冷源热交换的过 程，凝结脱除瓦斯中的水分。
权利要求一种利用自然冷源对瓦斯进行深度冷凝的除尘、脱水系统，以瓦斯气的处理顺序，处理设备依次包括通过瓦斯输送管道连接的雾化喷淋塔(1)、一级气液分离器(12)、深度冷凝热交换器(16)、二级气液分离器(18)，其中雾化喷淋塔的冷却水由冷却塔(6)提供，其特征是所述一级气液分离器(12)、二级气液分离器(18)中的热交换器(14)，和置于地下的深度冷凝热交换器(16)，它们的热交换介质输入口各自通过其自身的地下水输送阀门(8)、空气冷源进气阀门(10)分别与地下水输送水管(4)、空气冷源输送管道(17)连接，它们的热交换介质输出口各自通过其自身的地下水排放阀门(11)、空气冷源排放阀门(9)分别与地下水排放管道(20)、空气排放管道(21)连接；其中空气冷源输送管道(17)的输入端与冷源风机(19)的出风口连接。
2.根据权利要求1所述的利用自然冷源对瓦斯进行深度冷凝的除尘、脱水系统，其特 征是所述地下水输送水管(4)的输入口深入深水井(3)中，通过地下水输送水泵(5)连接 到各个热交换设备的地下水输送阀门(8)。
3.根据权利要求1或2所述的利用自然冷源对瓦斯进行深度冷凝的除尘、脱水系统，其 特征是所述地下水输送水管(4)通过地下水输送水泵(5)连接到冷却塔(6)的补水供水 管道接口(22)。
4.根据权利要求1所述的利用自然冷源对瓦斯进行深度冷凝的除尘、脱水系统，其特 征是所述一级气液分离器(12)或二级气液分离器(18)是高效复合式气液分离器，所述高 效复合式气液分离器内部由下至上依次安装有旋风分离器(13)、列管式热交换器(14)、高 效破沫捕雾器(15)。
5.根据权利要求1或4所述的利用自然冷源对瓦斯进行深度冷凝的除尘、脱水系统，其 特征是所述气液分离器的进气口和出气口装有防爆阀门(23)。
专利摘要一种利用自然冷源对瓦斯进行深度冷凝的除尘、脱水系统，其特征是其中的热交换器(14)的热交换介质输入口分别与地下水输送水管(4)、空气冷源输送管道(17)连接，它们的热交换介质输出口分别与地下水排放管道(20)、空气排放管道(21)连接；其中空气冷源输送管道(17)的输入端与冷源风机(19)的出风口连接。本实用新型具备降温、除尘、脱水、防爆泄压、水封阻火、储气、稳压等多种功能。利用自然冷源具有原理简单、能耗低、安全可靠、工作稳定、易于维护、压力损失小等优点。是煤层气抽采项目瓦斯输送除尘、脱水的最佳选择。
文档编号E21F5/04GK201696078SQ20102024322
公开日2011年1月5日 申请日期2010年6月22日 优先权日2010年6月22日
发明者刘加勇 申请人:武汉高科佳诚动力科技有限公司