一种利用超低浓煤层气的井筒防冻系统的制作方法

本实用新型涉及煤矿节能减排技术领域，具体而言，涉及一种利用超低浓煤层气的井筒防冻系统。

背景技术：

能源是支撑经济发展和社会进步的重要物质基础，发展高效、洁净的先进能源动力系统，是未来中国能源体系建设的重大需求。我国经济的快速发展对我国的能源动力工业提出了更高的要求，使我国的能源短缺问题变得更加严重。为了保证我国经济持续、高速发展，必须解决或缓解困扰我国的能源短缺问题。

矿井风排煤层气，即煤矿生产过程中随矿井通风排入大气中的煤层气，流量大，煤层气中主要成分是甲烷。对于超低浓度煤层气（甲烷质量浓度在0.3%～3%以下），其利用条件更加复杂。超低浓度煤层气的甲烷含量极低，若进行提浓或提纯，不论是变压吸附，还是变温吸附分离，面对含量巨大的空气和稀少的甲烷，必须提供相对于甲烷产量更多的加压能耗或加温能耗。此外，由于超低浓度煤层气中的甲烷含量远远超出了甲烷的空燃比范围，也无法直接燃烧。因而,超低浓度煤层气常常直接排空，既造成巨大的能源浪费，又污染环境。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种利用超低浓煤层气的井筒防冻系统，其能够实现煤层气中能源气体的利用且通过将烟气返回预热器，将烟气携带的余热传送给混合气，实现能量的回收利用。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种利用超低浓煤层气的井筒防冻系统，其包括掺混风筒、用于氧化超低浓瓦斯的瓦斯氧化工段、用于给井筒提供热量的井筒防冻工段和检测控制系统，掺混风筒、瓦斯氧化工段和井筒防冻工段顺次连通，用于监控工艺参数，并调节各管道流量的检测控制系统连接至管道和设备；

掺混风筒包括顺次首尾连接的第一圆筒、锥形筒和第二圆筒，第一圆筒的直径小于第二圆筒的直径，第一圆筒远离第二圆筒的一端上设置有空气进口、天然气进口和超低浓度瓦斯进口，空气进口设置在第一圆筒的圆形底面上，天然气进口和超低浓度瓦斯进口设置在第一圆筒的内侧壁上且沿第一圆筒的轴线对称分布，第一圆筒的内侧壁上还设置有遮盖天然气进口和超低浓度瓦斯进口的半球罩，半球罩向靠近第一圆筒的轴线的方向凹陷且半球罩上开设有多个通孔；

瓦斯氧化工段包括顺次首尾相连的压缩机、预热器和燃烧氧化室，掺混风筒将混合气传送至瓦斯氧化工段的压缩机，混合气依次经过压缩机的加压、预热器的加热以及燃烧氧化室的燃烧后变成携带热量的烟气，并传送至井筒防冻工段；

井筒防冻工段包括依次连通的第一换热器、第二换热器和井筒，第一换热器将烟气的热量传给软水，从第一换热器流出的烟气返回预热器，将烟气的余热传送给混合气，得到热量的软水在第二换热器将热量传给防冻风。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述第一圆筒的内壁上沿轴向方向上间隔设置有至少两个挡板，挡板包括第一端和第二端，第一端连接至第一圆筒的内壁，第二端与内壁间隔设置；相邻两个挡板的第一端的安装位置在第一圆筒的周向方向错开。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述相邻两个挡板的第一端的安装位置在第一圆筒的周向方向错开180度。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述挡板上开设有通气孔。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述锥形筒围成的容纳空间中设置有圆锥形的扰流子，扰流子的中心线与第一圆筒的轴心线重合。

本实用新型实施例的有益效果是：一种利用超低浓煤层气的井筒防冻系统，能够通过煤层气氧化工段实现煤层气中能源气体的利用，起到环保作用。并且上述系统能够通过将烟气返回第一换热器，将烟气携带的余热传送给从压缩机出来的混合气，实现能量的回收利用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例利用超低浓煤层气的井筒防冻系统的示意图；

图2为本实用新型实施例掺混风筒的示意图；

图3为本实用新型实施例掺混风筒的另一示意图；

图4为本实用新型实施例燃烧氧化室的示意图。

图标：100-利用超低浓瓦斯的井筒防冻系统；110-天然气储罐；120-掺混风筒；140-瓦斯氧化工段；150-井筒防冻工段；160-检测控制系统；121-第一圆筒；122-锥形筒；123-第二圆筒；124-空气进口；125-天然气进口；126-超低浓度瓦斯进口；127-圆形底面；128-半球罩；129-通孔；131-挡板；132-第一端；133-第二端；134-通气孔；135-第一流动方向；136-第二流动方向；137-容纳空间；138-扰流子；141-压缩机；142-预热器；143-燃烧氧化室；144-入口段；145-预热段；146-氧化段；147-出口段；151-第一换热器；152-第二换热器；153-蓄水池；154-井筒；161-烟气分析仪；162-监测器；163-阀门；164-漏气报警系统；165-中央处理机。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例

请参照图1，本实施例提供一种利用超低浓煤层气的井筒防冻系统100，其包括天然气储罐110、掺混风筒120、瓦斯氧化工段140、筒防冻工段150和检测控制系统160,天然气储罐110、掺混风筒120、瓦斯氧化工段140和井筒防冻工段150顺次连通。检测控制系统160连接至管道和设备，用于监控各管道和设备的工艺参数，并调节各管道流量。

天然气储罐110用于储存天然气，并通过管道将天然气传送至掺混风筒120。

请参照图2，掺混风筒120用于将天然气、超低浓度煤层气和空气混合，使得超低浓度煤层气在天然气和空气的帮助下可以实现被燃烧，实现氧化利用超低浓度煤层气的能量，实现能源的合理利用，并有效实现环境保护。掺混风筒120包括顺次首尾连接的第一圆筒121、锥形筒122和第二圆筒123。第一圆筒121的直径小于第二圆筒123的直径。当气体通过第一圆筒121时，因为第一圆筒121的直径较小，气体流速大，不同气体直接可以实现快速混合。第一圆筒121远离第二圆筒123的一端上设置有空气进口124、天然气进口125和超低浓度瓦斯进口126。空气进口124设置在第一圆筒121的圆形底面127上，天然气进口125和超低浓度瓦斯进口126设置在第一圆筒121的内侧壁上且沿第一圆筒121的轴线对称分布。上述设置可以使得天然气和超低浓度煤层气进入掺混风筒120时运动方向相对，更容易实现天然气和超低浓度煤层气的混合。若天然气进口125和超低浓度瓦斯进口126均设计在圆形底面127上，天然气和超低浓度煤层气在进入第一圆筒121时，会平行于第一圆筒121的轴线运动，不容易混合，本实施例中天然气进口125和超低浓度瓦斯进口126对称设置在第一圆筒121的内侧壁上，天然气和超低浓度煤层气的运动方向相对，容易实现天然气和超低浓度煤层气的混合，为后续的燃烧氧化反应提供强有力的安全保障。第一圆筒121的内侧壁上还设置有遮盖天然气进口125和超低浓度瓦斯进口126的半球罩128，上述半球罩128向着靠近第一圆筒121的轴线的方向凹陷，并且上述半球罩128上开设有多个通孔129。当天然气和超低浓度瓦斯通过上述半球罩128时，天然气和超低浓度瓦斯通过半球罩128上的通孔129向各个方向运动，极大的增大了天然气和超低浓度瓦斯的混合。

请参照图2和图3，第一圆筒121的内壁上沿轴向方向上间隔设置有至少两个挡板131。挡板131包括第一端132和第二端133。上述第一端132连接至第一圆筒121的内壁，第二端133与内壁间隔设置。相邻两个挡板131的上述第一端132的安装位置在第一圆筒121的周向方向错开180度，且上述挡板131上设置有通气孔134。空气、天然气和超低浓度煤层气在流经第一圆筒121时，因为带有通气孔134的挡板131的设置，气体会从单一的第一流动方向135，变成第一流动方向135和第二流动方向136的混合。大大的增大了气体流通过程中的距离，增大了空气、天然气和超低浓度瓦斯之间的混合。应当说明的是，在本实施例中，设置有挡板131，且相邻两个上述挡板131的第一端132的安装位置在第一圆筒121的周向方向错开180度。在其他实施例中，也可以不设置挡板131，或者第一端132的安装位置在第一圆筒121的周向方向上错开90度-180度，都能实现本实施例增大流动距离，增强混合的技术效果，都在本实施例的保护范围中。需要说明的是，挡板131上也可以没有通气孔134，气体只有第二流动方向136流通，也能够实现本实施例增大流动具体，增强混合的技术效果，都在本实施例的保护范围中。

请继续参照图2，锥形筒122围成的容纳空间137中设置有圆锥形的扰流子138，扰流子138的中心线与第一圆筒121的轴心线重合，上述扰流子138的设置可以使气流通过扰流子138的过程中形成漩涡，增大天然气、超低浓度瓦斯和空气的混合程度。

请继续参照图1，瓦斯氧化工段140包括顺次首尾相连的压缩机141、预热器142和燃烧氧化室143。掺混风筒120将混合气传送至瓦斯氧化工段140的压缩机141，混合气依次经过压缩机141的加压、预热器142的加热以及燃烧氧化室143的燃烧后变成携带热量的烟气，并传送至井筒防冻工段150。

请继续参照图1，预热器142是列管式换热器，烟气将热量传送给井筒防冻工段150后返回上述预热器142，将余热进一步传给混合气。实现了烟气余热的回收利用，合理的将烟气余热用于混合气燃烧氧化之前的加热，节约了混合气在燃烧氧化室143燃烧需要的能量。

请参照图4，燃烧氧化室143包括依次首尾相连的入口段144、预热段145、氧化段146和出口段147。经过预热器142预热的混合气经入口段144进入预热段145，并在预热段145进行进一步预热，再经氧化段146燃烧后，通过出口段147排出。

请参照图1，井筒防冻工段150包括依次连通的第一换热器151、第二换热器152蓄水池153和井筒154，第一换热器151将烟气的热量传给软水，得到热量的软水在第二换热器152将热量传给防冻风。从燃烧氧化室143出来的烟气经过第一换热器151的壳程与软水进行换热后，返回预热器142，将余热传给混合气。软水经过第一换热器151的管程从烟气获得热量后，流向第二换热器152的管程。在第二换热器152高温的软水将携带的热量传给防冻风，防冻风将热量传给井筒154。从第二换热器152流出的软水传送至蓄水池153，在蓄水池153降温后返回第一换热器151，同时蓄水池153中的池水也可以添加。

请参照图1，检测控制系统160用于监控工艺参数，并调节各管道流量。上述检测控制系统160连接至管道和设备，检测控制系统160包括设置在燃烧氧化室143进口和出口的烟气分析仪161、设置在各路管道上的监测器162、设置在各路管道上的阀门163、设置在燃烧氧化室143进口的漏气报警系统164以及中央处理机165。上述中央处理机165的进口与烟气分析仪161、监测器162和漏气报警系统164连接。中央处理机165的出口与阀门163连接。中央处理器通过处理分析烟气分析仪161、监测器162和漏气报警系统164传来的数据，进行分析后，对阀门163发出指令，控制阀门163的开启程度。使空气、超低浓度瓦斯和天然气保持合适的比例进行燃烧。

利用超低浓煤层气的井筒防冻系统100的工作原理是来自天然气储罐110的天然气、来自主管线的超低浓度煤层气和空气分别通过空气进口124、天然气进口125和超低浓度瓦斯进口126进入掺混风筒120，并在掺混风筒120中混合。经过挡板131形成第一流动方向135和第二流动方向136混合的流动，增大了流动路径，实现了更好的流动效果。从掺混风筒120中流出的混合气，经过压缩机141的压缩和预热器142的预热后，传送至燃烧氧化室143经过燃烧氧化后变成烟气排出。烟气在第一预热器142将携带的热量传给软水后，返回预热器142，将剩下的余热传给从压缩机141出来的混合气后排出。经第一换热器151获得热量的软水经过第二换热器152将携带的热量传给防冻风后，返回蓄水池153。获得热量的防冻风传送给井筒154，防冻风在井筒154与第二换热器152之间循环。

综上所述，本实用新型提供一种利用超低浓煤层气的井筒防冻系统100，能够通过瓦斯氧化工段140实现瓦斯中能源气体的利用，起到环保作用。并且上述系统能够通过将烟气返回第一换热器151，将烟气携带的余热传送给从压缩机141出来的混合气，实现能量的回收利用。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。