一种煤粉补热型乏风瓦斯蓄热氧化装置

本发明属于煤矿瓦斯利用领域，具体涉及一种蓄热氧化技术，特指一种煤粉补热型乏风瓦斯蓄热氧化装置。

背景技术：

1、瓦斯作为煤矿开采过程中的伴生气体，是一种主要由甲烷和空气混合而成的非常规天然气资源。每年我国通过煤矿乏风排放的纯甲烷量超200亿m3，相当于3000万吨标准煤。甲烷既是一种高热值清洁燃料，同时也是一种强温室效应气体，其对温室效应的影响是二氧化碳的21倍，对臭氧层的破坏能力是二氧化碳的7倍。乏风瓦斯的大量排空造成了严重的资源浪费和环境污染。

2、目前，针对煤矿瓦斯的处理方式主要有深冷液化提纯、变压吸附分离及热氧化利用。其中深冷液化提纯存在设备能耗大，脱氧脱氮成本高，提纯效率低等问题，难以形成规模化应用。变压吸附浓缩对装置的防爆等级及设备自动化程度要求严苛，加上在吸附浓缩工艺过程中存在安全风险，此技术仍处于示范阶段，还未大面积推广。相比之下，蓄热氧化技术被认为是更为高效的乏风瓦斯处理利用方式。

3、然而，传统的蓄热氧化装置需在较高温度才能自热稳定运行，存在启动预热时间长、氧化效率低和能耗高等不足。且受乏风瓦斯浓度、流量波动影响易出现热力失稳行为，严重时甚至导致装置熄火。为此，有相关发明专利提出将抽采瓦斯与煤矿乏风掺混后通入蓄热氧化装置实现共同燃烧。但受混配系统调节精度限制，难以实现不同浓度瓦斯气体间的均匀混合，这将给装置的安全运行带来了潜在风险。考虑到乏风瓦斯形成于煤炭开采过程，蓄热氧化装置多建设在矿区周围，所以选用煤粉作为掺混对象，具有取材便捷原料成本低廉的优点。

技术实现思路

1、根据上述现存问题，并基于矿区煤产资源分布特色考虑，本发明提出一种煤粉补热型乏风瓦斯蓄热氧化装置。在蓄热氧化装置发生热力失稳过程中，通过掺烧煤粉产生的热量增强乏风氧化，从而解决因进料甲烷浓度过低导致装置无法自热运行问题，进一步提高装置的甲烷氧化率，实现煤矿乏风的高效洁净利用。此外，在装置预热启动过程中，外添煤粉燃烧辅助加热，可以节省主要燃料的消耗，系统经济性得以进一步提升。

2、本发明的上述目的是通过以下技术方案予以实现：

3、本发明涉及一种煤粉补热型乏风瓦斯蓄热氧化装置，其包括蓄热氧化床、煤粉燃烧炉、点火器、煤粉输送管、煤粉仓、螺旋送料机构、煤粉混合器及风机。所述蓄热氧化床内设有两座由耐火砖砌成的堵墙，上不触顶的堵墙将氧化床分成三个蓄热室及一个与蓄热室连通的氧化室，所述蓄热室内填充多孔陶瓷蓄热体。所述蓄热氧化床各连接一根进气管道、一根吹扫管道和一根排气管道。所述进气管道分出四条支路，所述吹扫管道和排气管道各分出三条支路。所述各进气管道、吹扫管道和排气管道支路上皆安装一个气动阀门。所述进气管道支路与排气管道末端连接。所述蓄热氧化床顶部连接煤粉燃烧炉；所述煤粉燃烧炉壳体左上方连接点火器，煤粉燃烧炉顶部连接煤粉输送管。所述螺旋送料机构接料口位于所述煤粉仓下端。所述风机出风口与所述煤粉混合器相连接，所述螺旋进料机构出料口通过煤粉输送管道与所述煤粉混合器相连。

4、进一步地，所述螺旋进料机构通过可调速电机实现螺旋式转动。

5、进一步地，所述点火器包括燃油输送装置，并采用柴油作为燃料。

6、进一步地，所述煤粉输送管出口端设有喷嘴，所述喷嘴从所述煤粉燃烧炉顶部伸入。

7、进一步地，所述进气管道入口设有变频风机将混配好的乏风瓦斯通入蓄热氧化装置中。

8、进一步地，所述排气管道末端与烟囱相通。

9、进一步地，所述蓄热氧化床氧化室内沿水平方向均匀设置三个温度传感器，所述三个温度传感器均与监控设备相连，并可实现数据的实时监测与采集。

10、进一步地，以氧化室温度为目标参数，可通过调节所述螺旋送料机构电机的转速控制煤粉进给量。

11、与现有掺混技术相比，本发明具有以下有益效果：

12、(1)本发明采用乏风瓦斯蓄热氧化装置与煤粉燃烧炉相结合的工艺方法，实现矿产资源分级利用，在提高煤炭综合利用率的同时还可减少装置启炉阶段的能源消耗，极大降低成本投入。

13、(2)在乏风瓦斯与煤粉的协同反应下，通过煤粉燃烧补热，蓄热氧化床氧化室温度得以提升，这增强了乏风的氧化效果，解决乏风瓦斯因进料参数波动引起的热力失稳问题，实现装置在低于自热平衡浓度的进气工况下依旧能够保持稳定运行。

技术特征：

1.一种煤粉补热型乏风瓦斯蓄热氧化装置，其特征在于：所述蓄热氧化装置包括蓄热氧化床、煤粉燃烧炉、点火器、煤粉输送管、煤粉仓、螺旋送料机构、煤粉混合器及风机；所述煤粉仓通过螺旋送料机构与煤粉混合器连接，所述煤粉混合器通过煤粉输送管与煤粉燃烧炉顶部连接，所述蓄热氧化床顶部连接煤粉燃烧炉，所述煤粉燃烧炉壳体左上方连接点火器，所述蓄热氧化床内设两座堵墙，所述堵墙将氧化床分成三个蓄热室及一个与蓄热室连通的氧化室，所述蓄热室内填充多孔陶瓷蓄热体。

2.根据权利要求1所述的一种煤粉补热型乏风瓦斯蓄热氧化装置，其特征在于：所述螺旋送料机构接料口位于所述煤粉仓下端，所述螺旋进料机构出料口通过煤粉输送管道与所述煤粉混合器相连。

3.根据权利要求1所述的一种煤粉补热型乏风瓦斯蓄热氧化装置，其特征在于：所述进气管道和排气管道前后对称连接于各蓄热室根部，吹扫管道与排气管道在近蓄热室出口端垂直连接。

4.根据权利要求1所述的一种煤粉补热型乏风瓦斯蓄热氧化装置，其特征在于：所述各进气管道、吹扫管道和排气管道支路上均安装一个气动阀门，所述进气管道支路与排气管道末端连接,所述排气管道末端与烟囱相通。

5.根据权利要求2所述的一种煤粉补热型乏风瓦斯蓄热氧化装置，其特征在于：所述风机出风口与所述煤粉混合器相连接；所述螺旋进料机构出料口与所述煤粉混合器之间的煤粉输送管道上设有煤粉流量计。

6.根据权利要求1所述的一种煤粉补热型乏风瓦斯蓄热氧化装置，其特征在于：所述煤粉混合器与煤粉燃烧炉顶部连接的煤粉输送管出口端设有喷嘴，所述喷嘴从所述煤粉燃烧炉顶部伸入。

7.根据权利要求1所述的一种煤粉补热型乏风瓦斯蓄热氧化装置，其特征在于：以氧化室温度为目标参数，通过调节所述螺旋送料机构电机的转速控制煤粉进给量。

8.根据权利要求1所述的一种煤粉补热型乏风瓦斯蓄热氧化装置，其特征在于：所述蓄热氧化床氧化室内沿水平方向均匀设置三个温度传感器，所述三个温度传感器均与监控设备相连，进行数据的实时监测与采集。

9.根据权利要求1所述的一种煤粉补热型乏风瓦斯蓄热氧化装置，其特征在于：所述点火器包括燃油输送装置，采用柴油作为燃料。

10.根据权利要求1所述的一种煤粉补热型乏风瓦斯蓄热氧化装置，其特征在于：所述蓄热氧化床内的堵墙由耐火砖砌成，所述堵墙顶部与蓄热氧化床的顶部之间留有距离。

技术总结
本发明公开了一种煤粉补热型乏风瓦斯蓄热氧化装置，其包括蓄热氧化床、煤粉燃烧炉、点火器、煤粉输送管、煤粉仓、螺旋送料机构、煤粉混合器及风机；所述煤粉仓通过螺旋送料机构与煤粉混合器连接，所述煤粉混合器通过煤粉输送管与煤粉燃烧炉顶部连接，所述蓄热氧化床顶部连接煤粉燃烧炉，所述煤粉燃烧炉壳体左上方连接点火器，所述蓄热氧化床内设两座堵墙，所述堵墙将氧化床分成三个蓄热室及一个与蓄热室连通的氧化室，所述蓄热室内填充多孔陶瓷蓄热体。采用本发明的方案，在乏风瓦斯与煤粉的协同反应下，通过煤粉燃烧补热，氧化床层温度得以提升，这增强了乏风的氧化效果，解决蓄热氧化装置因进料参数波动引起的热力失稳问题。

技术研发人员：唐爱坤,杨佳泽,杨超然,高露铭
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/19