专利名称：多床式乏风瓦斯蓄热氧化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于乏风瓦斯逆流热氧化处理工艺中的多床式乏风瓦斯蓄热
氧化装置。
背景技术：
煤矿通风瓦斯又称乏风瓦斯，由于其甲烷含量低且缺乏有效的利用方式而直接排入大气中。我国煤矿每年的瓦斯排放量约有80% 90%是以矿井通风方式排出的。据有关资料统计，2008年通过乏风排入大气中的甲烷量已达到161亿m3。另有研究表明，甲烷温室效应约为二氧化碳的21倍，对生态环境破坏性极强。因此，回收利用乏风瓦斯具有节能和环保双重意义。乏风中甲烷体积分数很低，无法直接被点燃或维持燃烧，这是开发利用乏风瓦斯的难点。随着人们对能源以及环境问题的重视，国内外对乏风瓦斯的处理和能量回收利用技术越发关注。目前乏风瓦斯的氧化利用多采用热逆流氧化技术，其工作原理为装置启动时由辅助加热手段将氧化床中心部分加热至高温，形成中心温度高、两侧温度低的温度场；乏风瓦斯初始从一个方向通过蜂窝陶瓷蓄热体，在流动过程中吸收热量温度逐渐升高并迅速氧化，氧化后的高温烟气继续流动并将后续的蓄热体加热，烟气自身温度降低后排出反应器；经过一定周期后，气流换向，如此循环往复，系统持续运行。目前只有少数单位在进行煤矿乏风瓦斯的氧化技术的研究，专利文献公开的“矿井乏风瓦斯热氧化装置”(200810249860. 3)、“煤矿乏风氧化装置”(201010216013. 4)、“具有烟气抽吸装置的矿井乏风逆流氧化装置”(201010166371. 9)、“抽气取热的煤矿乏风瓦斯热氧化装置” (201010274138. 2)均采用了类似美国MEGTEC公司的Vocsidizer的单床箱式蓄热式热氧化器。这种结构存在一些缺点首先，当切换气体流动方向时，本来进入乏风的蓄热室立即变为排出净化气的蓄热室，这样在切换阀和反应空间之间的气体未经氧化反应而直接与净化气一起排出；其次，入口阀和出口阀在极短时间内同时启动，有可能使进入的乏风瓦斯直接走短路而与净化气一起排出。基于上述原因，就有可能出现排放的净化气瞬时不合格的峰值，降低了装置的平均氧化率。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种多床式乏风瓦斯蓄热氧化装置。该装置在蓄热和放热循环中增加了一个吹扫净化过程，将传统结构的氧化装置在换向瞬间残留在切换阀和反应空间之间的未经氧化反应乏风瓦斯吹扫至燃烧室氧化，从而防止未氧化乏风直接排到大气中，氧化率高达99 %以上。在氧化床高温区与低温区之间设置有烟气抽取口，可以抽取部分高温烟气进行余热利用。本发明的目的是通过以下技术方案实现的
该种多床式乏风瓦斯蓄热氧化装置，装置包括η个氧化床，所述η为大于或等于3的整数，所述η个氧化床采用竖向并列且上部连通的方式组合在一起，形成一个立式结构的装、置本体，所有氧化床连通在一起的上部共同形成燃烧室，每一氧化床的底部均设置有支撑栅网，支撑栅网上设置有一定厚度的陶瓷矩鞍环，陶瓷矩鞍环的上方堆放有蜂窝陶瓷蓄热体，所述蜂窝陶瓷蓄热体按照上下关系分为高温区和低温区，两层之间留有间隙，装置本体的外部设置有用于包围装置本体的保温耐火材料；
所述装置还包括乏风进气管路、烟气抽取管路、烟气出气管路、吹扫管路、燃料管路和助燃空气管路，所述乏风进气管路上联接有η个进气切换阀，每一进气切换阀均按照一一对应的关系连接于与其对应的氧化床的底部；所述烟气出气管路上联接有η个出气切换阀，每一出气切换阀均按照一一对应的关系连接于与其对应的氧化床的底部；所述吹扫管路上联接有η个吹扫阀，每一吹扫阀均按照一一对应的关系连接于与其对应的氧化床的底部；所述烟气抽取管路上联接有η个抽气阀，每一抽气阀均按照一一对应的关系连接于与其对应的氧化床的中部位置，即高温区与低温区之间的间隙空间；所述燃料管路通过燃料阀连接至装置的燃烧室，所述助燃空气管路通过助燃空气阀连接至装置的燃烧室；
所述装置还包括控制单元，所述控制单元用于控制上述所有阀门。进一步，所述η为3;·
进一步，所述烟气抽取管路的出口与外部的余热利用设备相连接。本发明的有益效果是
1、本发明的多床式乏风瓦斯蓄热氧化装置采用多个氧化床的结构，在蓄热和放热循环中增加了一个吹扫净化过程，将传统结构的氧化装置在换向瞬间残留在切换阀和反应空间之间的未经氧化反应乏风瓦斯吹扫至燃烧室氧化，从而防止未氧化乏风直接排到大气中，氧化率可提闻至99%以上；
2、本发明的多床式乏风瓦斯蓄热氧化装置从氧化床高温区与低温区之间抽取高温烟气，既提取了多余热量，又能保证高温区蓄热体储存甲烷氧化所需的温度和蓄热量，提高了氧化装置的运行稳定性；
3、抽气阀与进气切换阀、出气切换阀联动，保证气体完全流过燃烧室及高温区蓄热体后再被抽取出来，能够保证乏风瓦斯中甲烷完全氧化，提高了甲烷氧化率；
4、当采用五床及以上的结构时，乏风瓦斯蓄热氧化装置单床的处理量减小，氧化床横截面积减小，氧化床内气流分配更加均匀，避免了传统结构的氧化装置在处理量较大时内部气流不均的情况。本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中
图I为本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。如图I所示，实施例是以三床式结构为例，图中1、乏风进气管 2、抽气阀一
3、进气切换阀一 4、出气切换阀一 5、吹扫阀一 6、抽气阀二 7、进气切换阀二 8、出气切换阀二 9、吹扫阀二 10、抽气阀三11、进气切换阀三12、出气切换阀三13、烟气抽取管路 14、烟气出气管 15、吹扫管路16、吹扫阀三17、支撑栅网18、氧化床三19、保温耐火材料20、燃烧室21、氧化床二 22、预热器23、助燃空气阀24、燃料阀25、燃料管路26、助燃空气管路27、氧化床一 28、控制单元29、信号线。本发明的装置包括3个氧化床，3个氧化床采用竖向并列且上部连通的方式组合在一起，形成一个立式结构的装置本体，所有氧化床连通在一起的上部共同形成燃烧室20，每一氧化床的底部均设置有支撑栅网17，支撑栅网上设置有一定厚度的陶瓷矩鞍环，陶瓷矩鞍环的上方堆放有蜂窝陶瓷蓄热体，蜂窝陶瓷蓄热体按照上下关系分为高温区和低温 区，两层之间留有间隙，装置本体的外部设置有用于包围装置本体的保温耐火材料；保温耐火材料采用本领域常用的保温耐火材料即可。其中，乏风进气管路I通过进气切换阀一 3、进气切换阀二 7、进气切换阀三11分别与氧化床一 27、氧化床二 21、氧化床三18的底部相连通；烟气出气管路14通过出气切换阀一 4、出气切换阀二 8、出气切换阀三12分别与氧化床一 27、氧化床二 21、氧化床三18的底部相连通；吹扫管路15通过吹扫阀一 5、吹扫阀二 9、吹扫阀三16分别与氧化床一 27、氧化床二 21、氧化床三18的底部相连通；乏风通过乏风进气管、进气切换阀进入各氧化床，氧化后的烟气通过出气切换阀从烟气出气管排出。吹扫管路通过吹扫阀与氧化床相连通，吹扫管路引入少量烟气进入氧化床，将换向瞬间未氧化的乏风吹进燃烧室，将乏风中甲烷完全氧化。而烟气抽取管路13通过抽气阀一 2、抽气阀二 6、抽气阀三10分别与氧化床一 27、氧化床二 21、氧化床三18的中部相连通，具体是连接至在氧化床的高温区与低温期之间的间隙空间，从氧化床高温区与低温区之间抽取高温烟气，既提取了多余热量，又能保证高温区蓄热体储存甲烷氧化所需的温度和蓄热量，提高了氧化装置的运行稳定性；助燃空气管路26通过助燃空气阀23、燃料管路25通过燃料阀24连接至预热器22，所述预热器设置于燃烧室内。抽气阀一 2、进气切换阀一 3、出气切换阀一 4、吹扫阀一 5、抽气阀二 6、进气切换阀二 7、出气切换阀二 8、吹扫阀二 9、抽气阀三10、进气切换阀三11、出气切换阀三12、吹扫阀三16、助燃空气阀23、燃料阀24分别通过信号线29与控制单元28相连。以三床式乏风瓦斯蓄热氧化装置为例，其工作过程是首先，在启动阶段由预热器燃烧油或燃料气产生高温烟气，高温烟气将各氧化床加热，氧化床形成上高下低的温度场，其中高温区蓄热陶瓷温度达到8(Knoo(rc，然后关掉预热器。预热完成后，装置进入正常工作状态。一个完整的工作周期由三个循环组成。循环一将进气切换阀一、出气切换阀二、吹扫阀三、抽气阀二处于开启状态，进气切换阀二、进气切换阀三、出气切换阀一、出气切换阀三、吹扫阀一、次扫阀二、抽气阀一、抽气阀三处于关闭状态。乏风瓦斯气体经过乏风进气管、进气切换阀一、支撑栅网，从氧化床底部进入氧化床一，在氧化床内向上流动过程中被蜂窝陶瓷蓄热体加热，温度逐渐升高。乏风瓦斯在燃烧室内发生氧化反应生成二氧化碳和水，同时放出热量，氧化后生成的烟气温度升高。然后烟气继续流动，从氧化床二向下流动，烟气同高温区蓄热体进行热交换，烟气自身温度降低，高温区蓄热体被加热，此后烟气分为两路一部分烟气继续在氧化床二内向下流动，同低温区蓄热体进行热交换，烟气自身温度继续降低，低温区蓄热体被加热，最后烟气从氧化床二下部流出，经支撑栅网、出气切换阀二、烟气出气管排出；另一部分烟气经抽气阀二、烟气抽取管路输送给余热利用设备进行利用。同时，吹扫管路引入部分烟气经吹扫阀三、支撑栅网，从氧化床三下部流入，对氧化床三中的残留气体进行吹扫，气体在燃烧室氧化后经过氧化床二流出。在这一循环里，氧化床一内蓄热体放热，氧化床二内蓄热体蓄热，氧化床三内对残留气进行吹扫。循环二 将进气切换阀二、出气切换阀三、吹扫阀一、抽气阀三处于开启状态，进气切换阀一、进气切换阀三、出气切换阀一、出气切换阀二、吹扫阀二、次扫阀三、抽气阀一、抽气阀二处于关闭状态。乏风瓦斯进入氧化床二，被预热后进入燃烧室，反应后烟气进入氧化床三，部分烟气被冷却后排出，部分烟气经抽气阀三、烟气抽取管路输送给余热利用设备进行利用。此时氧化床一用烟气进行吹扫，吹扫后的气体经燃烧室反应后与烟气一起通过氧化床三排出。在这一循环里，氧化床一内对残留气进行吹扫，氧化二内蓄热体放热，氧化床三内蓄热体蓄热。 循环三将进气切换阀三、出气切换阀一、吹扫阀二、抽气阀一处于开启状态，进气切换阀一、进气切换阀二、出气切换阀二、出气切换阀三、吹扫阀一、次扫阀三、抽气阀二、抽气阀三处于关闭状态。乏风瓦斯进入氧化床三，被预热后进入燃烧室，反应后烟气进入氧化床一，部分烟气被冷却后排出，部分烟气经抽气阀一、烟气抽取管路输送给余热利用设备进行利用。此时氧化床二用烟气进行吹扫，吹扫后的气体经燃烧室反应后与烟气一起通过氧化床一排出。在这一循环里，氧化床一内蓄热体蓄热，氧化床二内对残留气进行吹扫，氧化三内蓄热体放热。循环三结束后，再回到循环一，周而复始连续运转。控制单元根据系统设置控制各阀门的开闭。三床式乏风瓦斯蓄热氧化装置工作过程简要表述如下
I氧化床一 I氧化床二 I氧化床三一循环一放热蓄热吹扫循环二吹扫放热蓄热
循环二蓄热_吹扫_放热_
三床式乏风瓦斯蓄热氧化装置适用于小到中等乏风流量。当乏风流量很大时(一般大于60000 m3/h)，应采用五床式乏风瓦斯蓄热氧化装置，即两个两床并联加上一床用于冲洗。同样，当处理量更大时，可用七室或九室。以上述三床式装置工作过程类推，五床式乏风瓦斯蓄热氧化装置工作过程可如下表示
I氧化床一 I氧化床二 I氧化床三I氧化床四I氧化床五循环一蓄热蓄热放热放热吹扫循环二吹扫蓄热蓄热放热放热循环三放热吹扫蓄热蓄热放热循环四放热放热吹扫蓄热蓄热習沐五I蓄热 I放热 I放热 I吹扫 I蓄热最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.多床式乏风瓦斯蓄热氧化装置，其特征在于所述装置包括η个氧化床，所述η为大于或等于3的整数，所述η个氧化床采用竖向并列且上部连通的方式组合在一起，形成一个立式结构的装置本体，所有氧化床连通在一起的上部共同形成燃烧室，每一氧化床的底部均设置有支撑栅网，支撑栅网上设置有一定厚度的陶瓷矩鞍环，陶瓷矩鞍环的上方堆放有蜂窝陶瓷蓄热体，所述蜂窝陶瓷蓄热体按照上下关系分为高温区和低温区，两层之间留有间隙，装置本体的外部设置有用于包围装置本体的保温耐火材料； 所述装置还包括乏风进气管路、烟气抽取管路、烟气出气管路、吹扫管路、燃料管路和助燃空气管路，所述乏风进气管路上联接有η个进气切换阀，每一进气切换阀均按照一一对应的关系连接于与其对应的氧化床的底部；所述烟气出气管路上联接有η个出气切换阀，每一出气切换阀均按照一一对应的关系连接于与其对应的氧化床的底部；所述吹扫管路上联接有η个吹扫阀，每一吹扫阀均按照一一对应的关系连接于与其对应的氧化床的底部；所述烟气抽取管路上联接有η个抽气阀，每一抽气阀均按照一一对应的关系连接于与其对应的氧化床的中部位置，即高温区与低温区之间的间隙空间；所述燃料管路通过燃料阀连接至装置的燃烧室，所述助燃空气管路通过助燃空气阀连接至装置的燃烧室； 所述装置还包括控制单元，所述控制单元用于控制上述所有阀门。
2.根据权利要求I所述的多床式乏风瓦斯蓄热氧化装置，其特征在于所述η为3。
3.根据权利要求I所述的多床式乏风瓦斯蓄热氧化装置，其特征在于所述烟气抽取管路的出口与外部的余热利用设备相连接。
全文摘要
本发明公开了一种多床式乏风瓦斯蓄热氧化装置，应用于煤矿生产过程中产生中乏风瓦斯逆流热氧化处理工艺中。装置包括氧化床、燃烧室、预热器、乏风进气管、烟气出气管、吹扫管路、烟气抽取管路、切换阀和控制单元。其中氧化床有三个或三个以上，为立式结构，四周设有保温耐火材料，在蓄热和放热循环之外增加了一个吹扫净化过程，从而防止未氧化乏风直接排到大气中，氧化率高达99％以上。同时在氧化床高温区与低温区之间设置有烟气抽取口，可以抽取部分高温烟气进行余热利用。本发明具有甲烷氧化率高、余热利用方便、装置运行稳定等优点。
文档编号E21F1/00GK102720527SQ20121021784
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月28日 优先权日2012年6月28日
发明者兰波, 康建东, 李强, 李磊, 许慧娟, 逄锦伦, 霍春秀, 高鹏飞, 龙伍见 申请人:中煤科工集团重庆研究院