一种低浓度瓦斯阶梯加热装置的制作方法

本实用新型涉及低浓度甲烷催化氧化技术领域，更具体地说，涉及一种低浓度瓦斯阶梯加热装置。

背景技术：

煤矿瓦斯的主要成分是甲烷，是一种可利用气体能源，但为了保证煤矿生产安全性，通常将其通入大量空气稀释以乏风形式排入大气。虽然乏风中瓦斯浓度低，但其总量巨大，由于现有技术利用率低，不仅浪费资源，且导致温室效应加剧。

在现有乏风瓦斯利用技术中，多用蓄热式氧化技术处理甲烷浓度低于1.2％的瓦斯，该技术比较成熟，反应温度高，对加热装置和催化氧化材料的要求很高，易生成氮氧化物污染物，且耗能大，经济效益差。

在公开报道中，一种周期性改变进料方向的流向变换反应器，在反应器中，利用周期性地改变进料方向实现流向变换操作实现乏风的加热并完成催化氧化的发生，但是这样做会导致部分未完全氧化的甲烷随热空气直接排放到大气中，造成了气体能源的二次浪费。在专利cn102773047u中，实用新型装置采用了烟气与乏风直接逆流换热技术，高温烟气与低温乏风直接换热会导致换热金属两端热温差大，受热不均匀，容易出现冷激现象，腐蚀换热器，增加了设备监测和维修成本；而且其采用抽气加热乏风技术，控制难度大。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种低浓度瓦斯阶梯加热装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种低浓度瓦斯阶梯加热装置，包括气源瓦斯浓度检测过滤单元、一级换热子系统、二级换热子系统、辅助电加热单元、瓦斯气催化氧化单元和运行监测子系统；

其中，气源瓦斯浓度检测过滤单元用于接收乏风气体，并检测乏风气体中甲烷气体的含量，为后续反应提供清洁、高压的低浓度瓦斯气；

一级换热子系统连接气源瓦斯浓度检测过滤单元，用于吸收乏风催化氧化后的中低温烟气热量，得到低温清洁乏风并预热至设计温度；

二级换热子系统连接一级换热子系统，用于将已达预热温度的乏风加热至操作温度；

辅助电加热单元作为装置启动以及补充所需热量的能量来源，装置启动时，通过调节烟气回流管道和排烟管道中风阀的闭合、风机的启停，实现乏风循环加热，提高加热效率；

瓦斯气催化氧化单元连接一级换热子系统和二级换热子系统，用以提供瓦斯气催化氧化进行的反应场所，保证高温烟气连续产生；

运行监测子系统用于实时监测各测点的状态，并根据数据偏离程度及时调控系统。

进一步，瓦斯浓度检测过滤单元包括第一风阀f1、瓦斯浓度检测仪、乏风入口和过滤网；瓦斯浓度检测仪和第一风阀f1置于入口管道中，与乏风入口相连通，乏风入口处布有过滤网。

进一步，一级换热子系统包括瓦斯气-水换热器、热电阻t1、第一压力表p1、电磁流量计(水)m1、耐高温变频水泵、一级换热装置中的烟气-水换热器；一级换热装置中的烟气-水换热器与耐高温变频水泵相连，耐高温变频水泵出口处装有电磁流量计(水)m1，电磁流量计(水)m1与瓦斯气-水换热器相连，瓦斯气-水换热器的入口管段安装有热电阻t1和第一压力表p1。

进一步，二级换热子系统包括二级换热装置中的瓦斯气-油换热器、第二热电偶t2、第二压力表p2、电磁流量计(导热油)m2、耐高温变频油泵、二级换热装置中的烟气-油换热器；二级换热装置中的烟气-油换热器与耐高温变频油泵相连，耐高温变频油泵出口处装有电磁流量计(导热油)m2，电磁流量计(导热油)m2与二级换热装置中的瓦斯气-油换热器相连，二级换热装置中的瓦斯气-油换热器的入口管段安装有第二热电偶t2和第二压力表p2。

进一步，辅助电加热单元包括第三热电偶t3、电加热装置、回流烟道、烟气循环风机、第二风阀f2、第三风阀f3；一方面，二级换热装置中的瓦斯气-油换热器与电加热装置相连，并且在电加热装置的入口处安有第三热电偶t3，另一方面，二级换热装置中的烟气-油换热器的出口烟道处与回流烟道相连，回流烟道两端分别安有第二风阀f2、第三风阀f3，并且在烟道上安装有烟气循环风机，回流烟道出口与二级换热装置中的瓦斯气-油换热器的入口风道相接通。

进一步，瓦斯气催化氧化单元包括均风板、催化氧化层、第四热电偶t4和真空表p4；均风板与电加热装置相连，电加热装置与催化氧化层相连，催化氧化层出口的高温烟道中安装有第四热电偶t4和真空表p4。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

1.本实用新型一种低浓度瓦斯阶梯加热装置，可解决现有热氧化催化利用技术中，因采用烟气与乏风直接逆流换热，而导致换热金属受热温差大，受热不均匀，易出现冷激现象，腐蚀换热器等问题；

2.本实用新型一种低浓度瓦斯阶梯加热装置，解决了因采用抽气加热乏风技术带来的控制难度大、容易使乏风中的瓦斯浓度再次降低，影响低浓度甲烷催化氧化效率的问题；

3.本实用新型一种低浓度瓦斯阶梯加热装置，反应温度低，可以有效降低氮氧化物的生成。该装置实现了对低浓度瓦斯的高效利用的同时，提高了系统的稳定性和环保效益。

4.本实用新型在辅助电加热单元增设了烟气回流环节，在装置初次启动时，通过调节风阀的开闭及风机的启停，既可到达循环加热乏风的目的，又可减少辅助电加热器的用电功耗，提高乏风利用率的同时降低了能源消耗。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型提供的一种低浓度瓦斯阶梯加热装置的结构示意图。

图1中，1：瓦斯浓度检测仪；2：乏风入口；3：过滤网；4：瓦斯气-水换热器；m1：电磁流量计(水)；5：耐高温变频水泵；6：一级换热装置中的烟气-水换热器；7：二级换热装置中的瓦斯气-油换热器；m2：电磁流量计(导热油)；8：耐高温变频油泵；9：二级换热装置中的烟气-油换热器；10：电加热装置；11：均风板；12：催化氧化层；13：烟气管道；14：引风机；15：回流烟道；16：烟气循环风机；t1：热电阻；t2～t4：第二-第四热电偶；p1～p2：第一-第二压力表；p4：真空表；f1-f4：第一风阀-第四风阀。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，本实用新型一种低浓度瓦斯阶梯加热装置包括：气源瓦斯浓度检测过滤单元、一级换热子系统、二级换热子系统、辅助电加热单元、瓦斯气催化氧化单元、运行监测子系统；气源瓦斯浓度检测过滤单元用于检测乏风气体中甲烷气体的含量，并为后续反应提供清洁、高压的低浓度瓦斯气；一级换热子系统用于吸收中低温烟气热量将低温清洁乏风预热至设定温度；二级换热子系统用于吸收高温烟气热量将已达预热温度的乏风加热至瓦斯气催化氧化反应所需的温度；辅助电加热单元作为装置启动以及补充所需热量的能量来源，装置启动时，通过调节烟气回流管道和排烟管道中风阀的闭合、风机的启停，实现乏风循环加热，提高加热效率；瓦斯气催化氧化单元用以提供瓦斯气催化氧化进行的反应场所，保证高温烟气连续产生；运行监测子系统用于实时监测各测点的状态，并根据数据偏离程度及时调控系统。

瓦斯浓度检测过滤单元包括瓦斯浓度检测仪1、第一风阀f1、乏风入口2和过滤网3；瓦斯浓度检测仪1和第一风阀f1置于入口管道中，与乏风入口2相连通，乏风入口2处布有过滤网3。

一级换热子系统包括瓦斯气-水换热器4、热电阻t1、第一压力表p1、电磁流量计(水)m1、耐高温变频水泵5、一级换热装置中的烟气-水换热器6；一级换热装置中的烟气-水换热器6与耐高温变频水泵5相连，耐高温变频水泵5出口处装有电磁流量计(水)m1，电磁流量计(水)m1与瓦斯气-水换热器4相连，瓦斯气-水换热器4的入口管段安装有热电阻t1和第一压力表p1。

二级换热子系统包括二级换热装置中的瓦斯气-油换热器7、第二热电偶t2、第二压力表p2、电磁流量计(导热油)m2、耐高温变频油泵8、二级换热装置中的烟气-油换热器9；二级换热装置中的瓦斯气-油换热器7与耐高温变频油泵8相连，耐高温变频油泵8出口处装有电磁流量计(导热油)m2，电磁流量计(导热油)m2与二级换热装置中的烟气-油换热器9相连，二级换热装置中的烟气-油换热器9的入口管段安装有第二热电偶t2和第二压力表p2。

辅助电加热单元包括第三热电偶t3、电加热装置10、回流烟道15、烟气循环风机16、第二风阀f2、第三风阀f3；一方面，二级换热装置中的瓦斯气-油换热器7与电加热装置10相连，并且在电加热装置10的入口处安有第三热电偶t3，另一方面，二级换热装置中的烟气-油换热器9的出口烟道处与回流烟道15相连，回流烟道15两端分别安有第二风阀f2、第三风阀f3，并且在烟道上安装有烟气循环风机16，回流烟道15出口与二级换热装置中的瓦斯气-油换热器7的入口风道相接通。

瓦斯气催化氧化单元包括均风板11、催化氧化层12、第四热电偶t4和真空表p4；均风板11与电加热装置10相连，电加热装置10与催化氧化层12相连，催化氧化层12出口的高温烟道中安装有第四热电偶t4和压力表p4。

本实用新型装置在工作时，低浓度瓦斯经过瓦斯浓度检测仪1送入系统，瓦斯气中的粉尘等固体颗粒经过过滤网3后，分别经过一级热换热装置中的瓦斯气-水换热器4和二级换热装置中的瓦斯-油换热器7分阶段加热至催化氧化所需温度；

初次启动系统时，低浓度瓦斯所需热量由辅助电加热热源10供给，装置启动时，所有风阀f1-f4全部开启，待整个系统充满低浓度乏风气体后，关闭引风机14，关闭第一风阀f1和第二风阀f2，打开第二风阀f2和第三风阀f3,启动烟气循环风机16，待乏风气体循环加热到设定温度后，关闭电源加热装置，关闭烟气循环风机16，关闭第二风阀f2和第三风阀f3，打开第一风阀f1和第二风阀f2，启动引风机14，系统开始正常循环运行；再有，当温度监测仪监测到从二级换热装置中的瓦斯气-油换热器7中出来的低浓度瓦斯温度未达反应温度时，辅助电加热装置10自动开启，补充反应进行所需热量，使瓦斯气体温度达到操作温度；

达到操作温度的低浓度瓦斯经过均风板11进入催化氧化层12，在催化氧化层12内发生反应放出大量热量，形成高温烟气，烟气管道13内的第四热电偶t4和真空表p4对高温烟气参数进行检测，并通过调节乏风流量来调节温烟气的流量。

高温烟气经过二级换热装置中的烟气-油换热器9，温度降至300-350℃，二级加热装置中的瓦斯气-油换热器7通过耐高温变频油泵8进行循环取热，维持加热温度；

从二级换热装置出来的中低温烟气经过一级换热系统中的烟气-水换热器6，继续放热，温度降至100-150℃℃，一级换热装置中的瓦斯-水换热器4通过耐高温变频水泵5进行循环取热，维持预热瓦斯气体所需的温度；经过放热后的低温烟气通过引风机14直接从烟囱排出。

该装置通过利用低浓度瓦斯催化氧化后释放的高温烟气对乏风进行阶梯预热、加热，实现了对低浓度瓦斯的高效热利用，可以解决现有热氧化利用技术存在的气体能源二次浪费、换热材料受热不均匀、易腐蚀等问题，提高了设备运行稳定性和降低了维修维护成本。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。