专利名称：矿井乏风瓦斯热氧化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种矿井乏风瓦斯热氧化装置，属于超低浓度甲烷逆流氧化和低密度能量回 收技术领域。
背景技术：
煤矿瓦斯的主要成分为甲烷，是气体能源。为了提高煤矿生产的安全性，通常采用大量 通风来排放煤矿瓦斯(称为矿井乏风)。我国是煤炭生产大国，每年通过煤矿乏风排放近200 亿标准立方米的瓦斯，这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。 若将煤矿乏风瓦斯高效利用起来，每年将节约3000万吨标准煤，减少3亿吨当量的二氧化碳 排放，并能够改变煤矿通风只有支出没有效益的局面，可以极大地提高煤矿改善煤矿通风的 积极性，使安全生产走上良性循环轨道，社会效益和经济效益巨大。目前，常采用热逆流氧 化技术治理和利用矿井乏风瓦斯，将其氧化成二氧化碳和水，并回收其热量用以生产热水和 蒸汽等。热逆流氧化技术的工作原理为首先用电将氧化床中心部分加热到1000'C左右，形 成中心温度高，两端温度逐渐降低的、接近正态分布的温度场。然后矿井乏风以一个方向流 入和通过由蜂窝陶瓷组成的氧化床，气体被氧化床加热，温度不断提高，直至甲烷在氧化床 中部的高温区被迅速氧化。然后，氧化的热气体继续向床的另一边移动，把热量传递给氧化 床而逐渐降热。随着气体的不断进入，反应床入口一侧温度逐渐降低，出口侧温度逐渐升高。 在入口侧没有足够的热量将气体加热到氧化温度以前，开始换向，气体流动发生反转。气体 与氧化床的热交换效率很高，在一个平衡系统中，入口处和出口处气体的温差一般小于40'C。 实践证明，当乏风中甲烷浓度为0.2%时，氧化放出的热量能够维持氧化装置壳体表面散热和 出口处气体带走的一小部分能量，氧化装置仍然运转而不需要补充额外的能量。如果甲烷浓 度高于0.2%时，可以将多余的热量从氧化床取出加以利用。取热技术是十分关键的，它对氧 化装置工作稳定性有重要影响。目前常采用将换热器安置在氧化床中心高温区两侧的方法来 提取氧化床多于热量，这种取热方法的最大优点是热量利用率高。但对换热器的要求也非常 高，既能够将多余的热量能够取出来，又要保证温度场的分布合理，避免换热器外侧的氧化 床温度过低而失去对乏风的加热功能。经检索表明，目前用于氧化装置的内置换热器有翅板 式换热器和插管式换热器两种。"煤矿乏风甲垸氧化装置"(200620081956.X)采用的内置式换热器为2个常规的翅板式换热器，换热器制成整体板块状，分别置于氧化床中心高温区两 侧。在氧化装置工作时，由于氧化床内的所有气体都通过换热器与换热器内的介质发生热交 换，换热能力太强，导致换热器两侧氧化床的温差太大。特别是氧化后的热气体在通过换热 器时将绝大部分的热量传递给了换热器，导致换热器后面的氧化床温度较低，在换向后这部 分氧化床对乏风的加热效果不好，造成氧化装置在甲烷浓度低时运行不稳定。MEGTEC公司 热逆流反应器(VOCSIDIZER)将换热管均匀地插入氧化床中心高温区两侧，用以回收矿井 乏风中甲烷的能量。这种结构的优点是由于换热管均匀分布在陶瓷中，换热管对热量的截 流作用比"煤矿乏风甲垸氧化装置"(200620081956.X)采用的整体翅板式换热器小得多，一 部分热量可以通过换热管之间的陶瓷向后传递，从而使换热器前后陶瓷床的温度差较小，温 度场形状较为合理。但是这种插管式取热的方式需要对蜂窝陶瓷进行钻孔。由于插管式换热 器数量较多，加工量较大，增加了成本。在安装插管式换热器时，需要将换热器插入蜂窝陶 瓷的孔内，然后再将各个换热管连接在一起，安装不方便，也不利于以后的蜂窝陶瓷更换和 设备维修。
发明内容
本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷、避免换热器将气体热量截流过多而引起换热
器两侧温差过大、安装方便的矿井乏风瓦斯热氧化装置。其技术方案为
包括设有保温层的氧化床和设置在氧化床内的多个换热器，其特征在于多个换热器分 成两组对称布置在氧化床中心区域的两侧，每个换热器由制成蛇形的换热管和均布在换热管 直线段上的方形翅片构成，同一换热器中相邻直线段换热管上的翅片之间的间隙大于两直线 段换热管的l/2中心距，在换热管之间、以及换热器与保温层之间填充以蜂窝陶瓷。
所述的矿井乏风瓦斯热氧化装置，每组换热器包括两个平行放置的换热器，两换热器的 直线段换热管相互错开。
所述的矿井乏风瓦斯热氧化装置，其特征在于每个换热器的端部分别设有加强板，用 以加强换热器的强度。
其工作原理为在氧化装置工作时，矿井乏风从上方流入氧化床，气体被蓄热陶瓷加热， 温度不断提高。在乏风经过上侧的两个换热器时，乏风的温度与换热器的温度相差不大。在 经过换热器后，乏风进入氧化床中部高温区，甲烷被高温氧化。然后，氧化后的热气体继续 向下移动。热气体在经过下方的换热器时，部分热气体经过换热器，与换热器进行热交换， 将部分热量传递给换热器内的介质；另一部分气体经过换热管之间的蜂窝陶瓷通过，并不与 换热器直接接触，将热量传递给下方的氧化床而逐渐降温。这样避免了换热器两侧温差过大
4的问题，从而保证氧化装置的工作稳定性。随着乏风气体的不断进入，氧化床上部的温度逐 渐降低，下部的温度逐渐升高。在氧化床上部没有足够的热量将气体加热到氧化温度以前， 开始换向，气体从下部进入氧化床。
本发明与现有技术相比，其主要优点和有益效果是
(1) 每个换热器的换热管之间填充以蜂窝陶瓷，蜂窝陶瓷的宽度大于翅片的宽度，并且 两个换热器的换热管相互错开，这就形成了在所有换热管周围都有陶瓷存在的结构，即所有 换热管都被陶瓷包围。既能够保证换热管均匀的吸收气体的热量，又能保证一部分气流经过 换热管之间的陶瓷通过，而不与换热器进行热交换，从而避免换热器将气体热量截流过多而 弓i起换热器两侧温差过大的问题。
(2) 在安装换热器时，直接将换热器放在氧化床上，然后再在换热器的换热管之间的空 隙内排布蜂窝陶瓷。不需要对陶瓷进行加工，换热器也不需要在安装现场焊接。因此，安装 方便、省时、费用低，也容易维护和更换。
图1是本发明实施例的结构示意图2是图1所示实施例的A-A剖面图3是图1所示实施例的B-B剖面图4是图1所示实施例中换热器的结构示意图。
图中1、支撑网 2、保温层 3、换热器4、氧化床 5、蜂窝陶瓷6、换热管 7、翅片 8、加强板
具体实施例方式
在图1-4所示的实施例中氧化床4外设有保温层，四个换热器3分成两组对称布置在 氧化床4内中心区域的上、下两侧，每个换热器3由制成蛇形的换热管6和均布在换热管6 直线段上的方形翅片7构成，在每个换热器3的端部分别设有加强板8，用以加强换热器3 的强度，同一换热器3中相邻直线段换热管6上的翅片7之间的间隙大于两直线段换热管6 的1/2中心距。每一组中的两个换热器3水平放置，两个换热器3的直线段换热管6相互错 开，即一个换热器3的直线段换热管6中心与另一个换热器3的两相邻直线段换热管6的1/2 中心处对齐。在所有换热管6之间、以及换热器3与保温层2之间填充以蜂窝陶瓷5，这样 这就形成了所有换热管6都被蜂窝陶瓷5包围的结构，且蜂窝陶瓷5与翅片7的高度相同， 使得安装极为方便。
权利要求
1. 一种矿井乏风瓦斯热氧化装置，包括设有保温层(2)的氧化床(4)和设置在氧化床(4)内的多个换热器(3)，其特征在于多个换热器(3)分成两组对称布置在氧化床(4)中心区域的两侧，每个换热器(3)由制成蛇形的换热管(6)和均布在换热管(6)直线段上的方形翅片(7)构成，同一换热器(3)中相邻直线段换热管(6)上的翅片(7)之间的间隙大于两直线段换热管(6)的1/2中心距，在换热管(6)之间、以及换热器(3)与保温层(2)之间填充以蜂窝陶瓷(5)。
2、 如权利要求1所述的矿井乏风瓦斯热氧化装置，其特征在于每组换热器(3)包括 两个平行放置的换热器(3)，两换热器(3)的直线段换热管(6)相互错开。
3、 如权利要求1所述的矿井乏风瓦斯热氧化装置，其特征在于每个换热器(3)的端 部分别设有加强板(8)。
全文摘要
本发明涉及一种矿井乏风瓦斯热氧化装置，包括设有保温层的氧化床和设置在氧化床内的多个换热器，其特征在于多个换热器分成两组对称布置在氧化床中心区域的两侧，每个换热器由制成蛇形的换热管和均布在换热管直线段上的方形翅片构成，同一换热器中相邻直线段换热管上的翅片之间的间隙大于两直线段换热管的1/2中心距，在换热管之间、以及换热器与保温层之间填充以蜂窝陶瓷。在氧化装置工作时，一部分热气体通过换热器将热量传递给换热器内的介质，另一部分热气体将热量传递给换热器后面的氧化床。具有安装方便、费用低，容易更换等优点，解决了换热器两侧温差过大的问题，提高了设备运行的稳定性。
文档编号F24J1/00GK101464062SQ200810249860
公开日2009年6月24日 申请日期2008年12月27日 优先权日2008年12月27日
发明者刘永启, 刘瑞祥, 高振强 申请人:山东理工大学