乏风热逆流氧化装置电控调节式进气均流系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种乏风热逆流氧化装置电控调节式进气均流系统，包括反应室、两个进排气口扩张段和两个一端开口的进排气腔。每个进排气口扩张段的顶端外壁上增设一套第一电控调节机构，每个进排气腔的外部侧壁上增设一套第二电控调节机构。每个进排气口扩张段内和进排气腔内均增设一个固定开槽均流板和一个滑动开槽均流板，进排气口扩张段内的滑动开槽均流板与对应的第一电控调节机构齿轮齿条传动连接，进排气腔内的滑动开槽均流板与对应的第二电控调节机构齿轮齿条传动连接。本发明能够在进气量波动较大的实际工况下保证反应室的进气量和温度均匀分布，提高装置运行的可靠性和乏风瓦斯氧化率。
【专利说明】
乏风热逆流氧化装置电控调节式进气均流系统
技术领域
[0001]本发明提供一种乏风热逆流氧化装置电控调节式进气均流系统，属于煤矿通风瓦斯利用技术领域。
【背景技术】
[0002]煤矿生产过程中为了提高安全性，通常采用大量通风来排放煤矿瓦斯(称为矿井乏风，Ventilat1n Air Methane，简称VAM)。甲烧是煤矿瓦斯和很多工业废气的主要成分，是仅次于二氧化碳的第二大温室气体，但同时也是优质洁净的气体能源。我国是煤炭生产大国，每年通过煤矿乏风排放的纯甲烷在150亿立方米以上，不仅造成了不可再生能源资源的巨大浪费，也严重污染了大气环境。
[0003]乏风瓦斯体积浓度非常低(一般在0.1 %?0.75% )、风量和体积浓度波动范围大的特点决定了很难利用传统燃烧器直接进行燃烧。目前热逆流氧化技术可以有效处理煤矿乏风，其原理是利用反应室内陶瓷氧化床的蓄热特性形成高温度场使甲烷氧化，并且通过换向流动反应技术维持氧化装置稳定运行。为维持氧化过程的稳定性和可靠性，一个关键问题是保证反应室横截面的温度均衡性和高温区的宽度。随着热逆流氧化装置的乏风处理能力不断加强，反应室的体积和横截面积随之不断增大，其横截面的温度均衡性愈发重要。进气均流系统是热逆流氧化装置中进行进气流量分配的关键部件，可保证反应室内的乏风氧化放热量亦分配均匀，对提升反应室横截面的温度均衡性和装置的甲烷转化率有重要意义。
[0004]中国专利文献CN200920025061.8提供的乏风氧化装置进排气导流系统，在乏风氧化装置上、下进排气腔安装了导流板，导流板一端通过固定轴铰接在反应室蓄热体上，导流板的活动端与高度控制装置连接，导流板将炉体的上、下进排气腔的进出风口均匀分割，从而调整反应室中的进气量分布均匀，使反应室横截面的温度场均衡，提高气体的氧化率。但是，该技术方案仍然存在不足，导流系统很难消除氧化装置进、出口附近反应室内的流量高峰，且导流板的角度在装置运行过程中无法灵活调整，对乏风流量波动较大的实际工况适应不佳，不能在进气流量差别较大的情况下使蓄热体横截面保持较好的温度均衡。另外，导流板的形状采用直板，并且直接铰接在反应室蓄热体上，容易在导流板根部产生流动死角，使反应室内局部区域流量降低，影响到反应室横截面的流量和温度场均衡。除此之外，目前还未见有结构和性能都比较完善的乏风热逆流氧化装置的进气均流系统。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是弥补现有煤矿乏风热逆流氧化装置进气均流技术的不足，提供一种乏风热逆流氧化装置电控调节式进气均流系统，保证装置反应室的进气量和温度均匀分布，提高装置运行的可靠性和乏风瓦斯氧化率。
[0006]本发明的目的是由下述技术方案实现的:
[0007]—种乏风热逆流氧化装置电控调节式进气均流系统，包括反应室、两个进排气口扩张段和两个一端开口的进排气腔，其中反应室的上、下侧分别设置一进排气腔，反应室与进排气腔连通，每个进排气腔的开口端对应与进排气口扩张段连通，其特征在于:增设PLC，在每个进排气口扩张段的顶端外壁上增设一套第一电控调节机构，在每个进排气腔的外部侧壁上增设一套第二电控调节机构;在每个进排气口扩张段内和进排气腔内均增设一个固定开槽均流板和滑动开槽均流板，其中进排气口扩张段内的固定开槽均流板垂直固定安装，进排气腔内的固定开槽均流板水平固定安装;每个固定开槽均流板的两侧均安装有滑轨和滑块，滑动开槽均流板固定在滑块上，可沿滑轨在固定开槽均流板表面上滑动;对应于进排气口扩张段内的滑动开槽均流板，进排气口扩张段的上壁上开一水平长槽，对应于进排气腔内的滑动开槽均流板，进排气腔的一侧壁上也开一水平长槽，滑动开槽均流板端部经对应的水平长槽伸出到外部，滑动开槽均流板伸出到外部的端部安装有齿条;进排气口扩张段内滑动开槽均流板上的齿条与对应的第一电控调节机构传动连接，进排气腔内滑动开槽均流板上的齿条与对应的第二电控调节机构传动连接；
[0008]安装在进排气腔内的固定开槽均流板上开有6?10个垂直于滑轨方向的槽，相邻槽之间的间距相等，均为进排气腔长度的1/30?1/20，槽的宽度从进排气腔开口向内依次逐渐增大，固定开槽均流板与反应室的距离为进排气腔高度的1/10?1/5;
[0009]在同一进排气腔内，滑动开槽均流板的长度短于固定开槽均流板，滑动开槽均流板上的槽与固定开槽均流板上的槽的方向相同，槽的宽度从进排气腔开口向内依次逐渐增大;滑动开槽均流板上的槽数比固定开槽均流板上的槽数少两个，进气之前两者的槽错开；除位于滑动开槽均流板中心的两个槽，其它相邻槽间距相等，均为进排气腔长度的1/30?1/20，位于滑动开槽均流板中心的两个槽之间的间距是其它相邻槽间距的1.5?3倍；当滑动开槽均流板在固定开槽均流板的表面滑动时，两者槽重叠的宽度在靠近开口侧和远离开口侧的变化趋势相反:进气量增大时，滑动开槽均流板由内侧向开口侧滑动，使靠近开口侧槽重叠的宽度减小，而靠近内侧槽重叠的宽度增大；
[0010]进排气口扩张段的扩张角度为30°?60°;在同一个进排气口扩张段内，固定开槽均流板上开有6?10个垂直于滑轨方向的槽，相邻槽之间的间距相等，均为进排气口扩张段宽度的1/30?1/20，槽的宽度从固定开槽均流板的中心到两侧逐渐增大;滑动开槽均流板为两个，每个滑动开槽均流板的长度为固定开槽均流板长度的1/3?2/5，滑动开槽均流板上开的槽与固定开槽均流板上槽的方向相同，滑动开槽均流板上的槽数为固定开槽均流板上槽数的1/4?1/3，每个滑动开槽均流板上槽的宽度从进排气口扩张段的中心向两侧逐渐增大，进气之前滑动开槽均流板与固定开槽均流板上的槽错开;两个滑动开槽均流板关于中心对称布置且对称滑动，当两个滑动开槽均流板对称滑动时，滑动开槽均流板和固定开槽均流板上槽重叠的宽度在中心和两侧位置的变化趋势相反:当进气量增大时，两个滑动开槽均流板对称向中心滑动，使位于中心槽的重叠宽度减小，而位于两侧槽的重叠宽度增大。
[0011]第一电控调节机构包括经支撑水平安装在进排气口扩张段顶端外壁上的双向螺杆、电机、多个差压计和多个传动齿轮，其中电机的动力输出端经联轴器与双向螺杆端部固定连接，传动齿轮经齿轮轴安装在进排气口扩张段顶端外壁上，且处于双向螺杆与齿条之间并与两者啮合，多个差压计检测反应室沿宽度方向、反应室上下侧之间的压强差分布；
[0012]第二电控调节机构包括经支撑水平安装在进排气腔外部侧壁上的单向螺杆、电机、多个差压计和多个传动齿轮，其中电机的动力输出端经联轴器与单向螺杆端部固定连接，传动齿轮经齿轮轴安装在进排气腔侧壁上，且处于单向螺杆与齿条之间并与两者啮合，多个差压计检测反应室沿长度方向、反应室上下侧之间的压强差分布；
[0013]PLC的输入端接多个差压计的输出端，PLC的输出端接每个电机的控制端。
[0014]其工作原理为:煤矿乏风依次经过热逆流氧化装置同侧的进排气口扩张段和进排气腔进入反应室发生氧化反应，而后尾气依次经过另一侧的进排气腔和进排气口扩张段排出装置，每隔一段时间，热逆流氧化装置内的气流逆向流动。
[0015]差压计对反应室上、下侧沿流通截面的纵向中心线和横向中心线的压强差进行采集并将采集数据输出至PLC JLC根据差压计的数据，控制电机输出转矩，通过联轴器使螺杆转动，由传动齿轮传动至齿条，带动滑动开槽均流板沿固定开槽均流板上的滑轨滑动，进行滑动开槽均流板和固定开槽均流板重叠开槽宽度的调节。差压计输出的压强差数据分为两组，一组为反应室沿水平纵向中心线的压强差分布，另一组为反应室沿水平横向中心线的压强差分布。PLC将这两组压强差数据分别处理，处理方法为:PLC计算每组压强差的均方差，如果均方差超出合理范围，PLC输出信号至电机，电机输出转矩，使滑动开槽均流板滑动，然后PLC对两组差强差重新采集，继而重新计算每组压强差的均方差，如果均方差落至合理范围则停止调整，否则根据以上方法继续调整，直至每组压强差的均方差降至合理范围。反应室沿流通截面纵向的压强差分布由进排气腔的滑动开槽均流板和固定开槽均流板进行调节，反应室沿流通截面横向的压强差分布由进排气口扩张段的滑动开槽均流板和固定开槽均流板进行调节，最终使反应室水平纵向和横向的压强差均达到均匀分布。
[0016]本发明与现有技术相比，主要优点和有益效果是:
[0017]1、该均流系统在每个进排气口扩张段和进排气腔内均布置了开槽均流板，可以保证反应室流通截面的横向和纵向的进气量分布均具有较好的均衡性，并且可有效抑制反应室内出现的局部流量高峰。
[0018]2、进行均流布气的滑动开槽均流板和固定开槽均流板的重叠开槽宽度能够在进气量波动较大的实际工况下灵活调整，对乏风流量波动较大的实际工况适应较佳，可以在进气流量差别较大的情况下使反应室蓄热体横截面保持较好的温度均衡。
[0019]3、开槽均流板与反应室保留一定间隙，避免了均流板后产生流动死角导致反应室内局部流量降低，使反应室入口的进气量分布均衡并连续，使热氧化过程更加稳定可靠。
【附图说明】
[0020]图1是本发明实施例的结构示意图。
[0021]图2是图1所示实施结构的俯视图。
[0022]图3是图1所示实施例中进排气腔内固定开槽均流板的结构示意图。
[0023]图4是图1所示实施例中进排气腔内滑动开槽均流板的结构示意图。
[0024]图5是图1所示实施例中进排气口扩张段内固定开槽均流板的结构示意图。
[0025]图6是图1所示实施例中进排气口扩张段内滑动开槽均流板的结构示意图。
[0026]图中:1、反应室2、进排气口扩张段3、进排气腔4、PLC5、固定开槽均流板6、滑动开槽均流板7、滑轨8、滑块9、水平长槽10、齿条11、支撑12、双向螺杆13、电机14、差压计15、传动齿轮16、联轴器17、齿轮轴18、槽19、单向螺杆
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本发明做进一步说明。在图1-6所示的实施例中:
[0028]反应室I的上、下侧分别设置一进排气腔3，反应室I与进排气腔3连通，每个进排气腔3的开口端对应与进排气口扩张段2连通;在每个进排气口扩张段2的顶端外壁上增设一套第一电控调节机构，在每个进排气腔3的外部侧壁上增设一套第二电控调节机构;在每个进排气口扩张段2内和进排气腔3内均增设一个固定开槽均流板5和滑动开槽均流板6，其中进排气口扩张段2内的固定开槽均流板5垂直固定安装，进排气腔3内的固定开槽均流板5水平固定安装;每个固定开槽均流板5的两侧均安装有滑轨7和滑块8，滑动开槽均流板6固定在滑块8上，可沿滑轨7在固定开槽均流板5表面上滑动;对应于进排气口扩张段2内的滑动开槽均流板6，进排气口扩张段2的上壁上开一水平长槽9，对应于进排气腔3内的滑动开槽均流板6，进排气腔3的一侧壁上也开一水平长槽9，滑动开槽均流板6端部经对应的水平长槽9伸出到外部，滑动开槽均流板6伸出到外部的端部安装有齿条1;进排气口扩张段2内滑动开槽均流板6上的齿条10与对应的第一电控调节机构传动连接，进排气腔3内滑动开槽均流板6上的齿条10与对应的第二电控调节机构传动连接。
[0029]安装在进排气腔3内的固定开槽均流板5上开有6个垂直于滑轨7方向的槽18，相邻槽18之间的间距相等，均为进排气腔3长度的1/30，槽18的宽度从进排气腔3开口向内依次逐渐增大，固定开槽均流板5与反应室I的距离为进排气腔3高度的1/10。
[0030]在同一进排气腔3内，滑动开槽均流板6的长度短于固定开槽均流板5，滑动开槽均流板6上的槽18与固定开槽均流板5上的槽18的方向相同，槽18的宽度从进排气腔3开口向内依次逐渐增大;滑动开槽均流板6上的槽数比固定开槽均流板5上的槽数少两个，进气之前两者的槽18错开;除位于滑动开槽均流板6中心的两个槽18，其它相邻槽18间距相等，均为进排气腔3长度的1/30，位于滑动开槽均流板6中心的两个槽18之间的间距是其它相邻槽18间距的2倍；当滑动开槽均流板6在固定开槽均流板5的表面滑动时，两者槽18重叠的宽度在靠近开口侧和远离开口侧的变化趋势相反;进气量增大时，滑动开槽均流板6由内侧向开口侧滑动，使靠近开口侧槽18重叠的宽度减小，而靠近内侧槽18重叠的宽度增大。
[0031]进排气口扩张段2的扩张角度为50°;在同一个进排气口扩张段2内，固定开槽均流板5上开有6个垂直于滑轨7方向的槽18，相邻槽18之间的间距相等，均为进排气口扩张段2宽度的1/30，槽18的宽度从固定开槽均流板5的中心到两侧逐渐增大;滑动开槽均流板6为两个，每个滑动开槽均流板6的长度为固定开槽均流板5长度的1/3，滑动开槽均流板6上开的槽18与固定开槽均流板5上槽18的方向相同，滑动开槽均流板6上的槽数为固定开槽均流板5上槽数的1/4，每个滑动开槽均流板6上槽18的宽度从进排气口扩张段2的中心向两侧逐渐增大，进气之前滑动开槽均流板6与固定开槽均流板5上的槽18错开;两个滑动开槽均流板6关于中心对称布置且对称滑动，当两个滑动开槽均流板6对称滑动时，滑动开槽均流板6和固定开槽均流板5上槽重叠的宽度在中心和两侧位置的变化趋势相反:当进气量增大时，两个滑动开槽均流板6对称向中心滑动，使位于中心槽18的重叠宽度减小，而位于两侧槽18的重叠宽度增大。
[0032]第一电控调节机构包括经支撑11水平安装在进排气口扩张段2顶端外壁上的双向螺杆12、电机13、多个差压计14和多个传动齿轮15，其中电机13的动力输出端经联轴器16与双向螺杆12端部固定连接，传动齿轮15经齿轮轴17安装在进排气口扩张段2顶端外壁上，且处于双向螺杆12与齿条10之间并与两者啮合，多个差压计14检测反应室I沿宽度方向、反应室I前后侧之间的压强差分布;第二电控调节机构包括经支撑11水平安装在进排气腔3外部侧壁上的单向螺杆19、电机13、多个差压计14和多个传动齿轮15，其中电机13的动力输出端经联轴器16与单向螺杆19端部固定连接，传动齿轮15经齿轮轴17安装在进排气腔3侧壁上，且处于单向螺杆19与齿条10之间并与两者啮合，多个差压计14检测反应室I沿长度方向、反应室I上下侧之间的压强差分布;PLC4的输入端接多个差压计14的输出端，PLC4的输出端接每个电机13的控制端。
【主权项】
1.一种乏风热逆流氧化装置电控调节式进气均流系统，包括反应室(I)、两个进排气口扩张段(2)和两个一端开口的进排气腔(3)，其中反应室(I)的上、下侧分别设置一进排气腔(3)，反应室(I)与进排气腔(3)连通，每个进排气腔(3)的开口端对应与进排气口扩张段(2)连通，其特征在于:增设PLC(4)，在每个进排气口扩张段(2)的顶端外壁上增设一套第一电控调节机构，在每个进排气腔(3)的外部侧壁上增设一套第二电控调节机构;在每个进排气口扩张段(2)内和进排气腔(3)内均增设一个固定开槽均流板(5)和滑动开槽均流板(6)，其中进排气口扩张段(2)内的固定开槽均流板(5)垂直固定安装，进排气腔(3)内的固定开槽均流板(5)水平固定安装;每个固定开槽均流板(5)的两侧均安装有滑轨(7)和滑块(8)，滑动开槽均流板(6)固定在滑块(8)上，可沿滑轨(7)在固定开槽均流板(5)表面上滑动;对应于进排气口扩张段(2)内的滑动开槽均流板(6)，进排气口扩张段(2)的上壁上开一水平长槽(9)，对应于进排气腔(3)内的滑动开槽均流板(6)，进排气腔(3)的一侧壁上也开一水平长槽(9)，滑动开槽均流板(6)端部经对应的水平长槽(9)伸出到外部，滑动开槽均流板(6)伸出到外部的端部安装有齿条(10);进排气口扩张段(2)内滑动开槽均流板(6)上的齿条(10)与对应的第一电控调节机构传动连接，进排气腔(3)内滑动开槽均流板(6)上的齿条(10)与对应的第二电控调节机构传动连接； 安装在进排气腔(3)内的固定开槽均流板(5)上开有6?10个垂直于滑轨(7)方向的槽(18 )，相邻槽(I 8)之间的间距相等，均为进排气腔(3)长度的I /30?I /20，槽(I 8)的宽度从进排气腔(3)开口向内依次逐渐增大，固定开槽均流板(5)与反应室(I)的距离为进排气腔(3)高度的1/10?1/5; 在同一进排气腔(3)内，滑动开槽均流板(6)的长度短于固定开槽均流板(5)，滑动开槽均流板(6)上的槽(18)与固定开槽均流板(5)上的槽(18)的方向相同，槽(18)的宽度从进排气腔(3)开口向内依次逐渐增大;滑动开槽均流板(6)上的槽数比固定开槽均流板(5)上的槽数少两个，进气之前两者的槽(18)错开;除位于滑动开槽均流板(6)中心的两个槽(18)，其它相邻槽(18)间距相等，均为进排气腔(3)长度的1/30?1/20，位于滑动开槽均流板(6)中心的两个槽(18)之间的间距是其它相邻槽(18)间距的1.5?3倍；当滑动开槽均流板(6)在固定开槽均流板(5)的表面滑动时，两者槽(18)重叠的宽度在靠近开口侧和远离开口侧的变化趋势相反:进气量增大时，滑动开槽均流板(6)由内侧向开口侧滑动，使靠近开口侧槽(18)重叠的宽度减小，而靠近内侧槽(18)重叠的宽度增大； 进排气口扩张段(2)的扩张角度为30°?60°;在同一个进排气口扩张段(2)内，固定开槽均流板(5)上开有6?10个垂直于滑轨(7)方向的槽(18)，相邻槽(18)之间的间距相等，均为进排气口扩张段(2)宽度的I /30?I /20，槽(18)的宽度从固定开槽均流板(5)的中心到两侧逐渐增大;滑动开槽均流板(6)为两个，每个滑动开槽均流板(6)的长度为固定开槽均流板(5)长度的1/3?2/5，滑动开槽均流板(6)上开的槽(18)与固定开槽均流板(5)上槽(18)的方向相同，滑动开槽均流板(6)上的槽数为固定开槽均流板(5)上槽数的I/4?I/3，每个滑动开槽均流板(6)上槽的宽度从进排气口扩张段(2)的中心向两侧逐渐增大，进气之前滑动开槽均流板(6)与固定开槽均流板(5)上的槽错开;两个滑动开槽均流板(6)关于中心对称布置且对称滑动，当两个滑动开槽均流板(6)对称滑动时，滑动开槽均流板(6)和固定开槽均流板(5)上槽重叠的宽度在中心和两侧位置的变化趋势相反:当进气量增大时，两个滑动开槽均流板(6)对称向中心滑动，使位于中心槽(18)的重叠宽度减小，而位于两侧槽(18)的重叠宽度增大； 第一电控调节机构包括经支撑(11)水平安装在进排气口扩张段(2)顶端外壁上的双向螺杆(12)、电机(13)、多个差压计(14)和多个传动齿轮(15)，其中电机(13)的动力输出端经联轴器(16)与双向螺杆(I 2)端部固定连接，传动齿轮(15)经齿轮轴(17)安装在进排气口扩张段(2)顶端外壁上，且处于双向螺杆(12)与齿条(10)之间并与两者啮合，多个差压计(14)检测反应室(I)沿宽度方向、反应室(I)前后侧之间的压强差分布； 第二电控调节机构包括经支撑(11)水平安装在进排气腔(3)外部侧壁上的单向螺杆(19)、电机(13)、多个差压计(14)和多个传动齿轮(15)，其中电机(13)的动力输出端经联轴器(I 6)与单向螺杆(I 9)端部固定连接，传动齿轮(I 5)经齿轮轴(I 7)安装在进排气腔(3)侧壁上，且处于单向螺杆(19)与齿条(10)之间并与两者啮合，多个差压计(14)检测反应室(I)沿长度方向、反应室(I)上下侧之间的压强差分布； PLC (4)的输入端接多个差压计(I 4)的输出端，PLC (4)的输出端接每个电机(I 3)的控制端。
【文档编号】E21F7/00GK105863722SQ201610228669
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月13日
【发明人】毛明明, 刘永启, 刘瑞祥, 王延遐, 郑斌, 齐晓霓, 孟建, 尤彦彦, 杨彬彬, 孙鹏, 吕金升
【申请人】山东理工大学