通风瓦斯收集系统及其方法与流程

本发明涉及环境保护、大气污染治理技术领域，更具体地，涉及一种通风瓦斯收集系统及通风瓦斯收集方法。

背景技术：

目前可用于处理煤矿通风瓦斯的技术只有蓄热氧化技术和蓄热催化氧化技术。采用这两种技术的设备都比较复杂，设备投资较高；加之煤矿通风瓦斯浓度只有0.2％～0.3％，利用价值有限。

当前的气体分离、提纯技术虽然可以实现甲烷、空气混合物的分离，但是因通风瓦斯中甲烷浓度太低，毫无经济性可言。并且，当前的通风瓦斯处理设备运行成本较高，经济性极差，是制约通风瓦斯处理技术推广、应用的根本原因。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供结构简单，运行经济高效的通风瓦斯收集系统及其方法。

根据本发明的第一方面，提供一种通风瓦斯收集系统，包括转轮装置和瓦斯锅炉，

所述转轮装置包括外壳以及设于所述外壳内的转轮，所述转轮包括有吸附材料，所述转轮能够相对所述外壳转动，所述转轮装置具有依次沿着所述转轮装置的周向划分的吸附区、脱附区和冷却区，当所述转轮转动时，依次进入所述吸附区、脱附区和冷却区，所述外壳上设有多个端口，所述多个端口包括设于吸附区上的第一端口和第二端口，设于所述脱附区上的第五端口和第六端口，以及设于所述冷却区上的第三端口和第四端口，其中，

所述第一端口、第三端口和第五端口位于所述外壳的一个侧面上，所述第二端口、第四端口和第六端口位于相对的另一侧面上，

所述第一端口和第三端口分别与待处理的通风瓦斯连通，所述第二端口与外部环境连通，所述第四端口和第六端口分别与所述瓦斯锅炉的进气端口连通，所述瓦斯锅炉的出气端口分别与外部环境和所述第五端口连通。

优选地，还包括第一引风机，所述瓦斯锅炉的出气口端经所述第一引风机与所述第五端口连通。

优选地，还包括排气筒，

所述第二端口经所述排气筒与所述外部环境连通，

所述瓦斯锅炉的出气口端经所述排气筒与所述外部环境连通。

优选地，还包括第二引风机，所述第二端口经所述第二引风机与所述排气筒连通。

优选地，所述外壳包括第一外壳和第二外壳，所述第一外壳与第二外壳彼此连接，形成容纳所述转轮的空腔。

优选地，在所述第一外壳和第二外壳的内侧壁上分别设有多个抵接于所述转轮的侧面上的分割部件，所述第一外壳和第二外壳上的分割部件在所述转轮装置的轴向方向上彼此对应，将所述转轮上的吸附材料分割成多个气流通道，分别形成所述吸附区、脱附区和冷却区。

优选地，所述分割部件为分割板，在所述分割板上设有用于密封所述转轮的侧面的毛刷。

优选地，所述多个分隔板分别沿着所述转轮的径向延伸。

优选地，所述转轮由吸附材料整体形成。

优选地，所述吸附区、脱附区和冷却区在垂直于所述转轮的轴向的截面上的面积划分比例为70～90：5～15：5～15。

根据本发明的第二方面，提供一种通风瓦斯收集方法，包括以下步骤：

转轮带动吸附材料转动，依次经过吸附区、脱附区和冷却区，待处理的通风瓦斯分别流入所述吸附区和冷却区；

在所述吸附区内，待处理的通风瓦斯通过所述吸附材料进行吸附处理，然后排入外部环境中；

在所述脱附区内，通风瓦斯对所述吸附材料进行脱附处理，带走所述吸附材料上吸附的甲烷成分，对甲烷进行提浓富集，然后进入瓦斯锅炉燃烧，燃烧产生的烟气一部分排入外部环境，另一部分回流至所述脱附区内作为脱附热源；

在所述冷却区内，通风瓦斯流经所述脱附材料，对所述脱附材料进行冷却，然后进入所述瓦斯锅炉进行燃烧，燃烧产生的烟气一部分排入外部环境，另一部分回流至所述脱附区内作为脱附热源。

优选地，所述回流至所述脱附区内作为脱附热源的烟气的温度为200-250℃。

优选地，流入所述冷却区内的通风瓦斯流量占通风瓦斯总量的3％～8％。

优选地，所述回流至所述脱附区内作为脱附热源的烟气占所述瓦斯锅炉所排出的烟气总量的40％～60％。

优选地，在所述转轮转动之前，首先通过辅助燃料启动所述瓦斯锅炉，使所述瓦斯锅炉产生的烟气进入脱附区作为脱附热源。

本发明提供的通风瓦斯收集系统及其方法，用转轮中的吸附材料吸附通风瓦斯中的甲烷，以烟气脱附实现甲烷提浓富集；浓缩气体由瓦斯锅炉氧化，在将甲烷彻底燃烧生成无污染的水成分和碳氧化物的同时，产生的部分热量回收利用，低温烟气携带部分热量作为脱附热源；由此实现低成本提高通风瓦斯中的甲烷浓度，提高通风瓦斯利用的经济性。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出了根据本发明实施例的通风瓦斯收集系统的结构示意图。

图2示出了根据本发明实施例的转轮装置的分体式结构示意图。

图3-4从不同视角示出了根据本发明实施例的第一外壳的结构示意图。

图5-6从不同视角示出了根据本发明实施例的第二外壳的结构示意图。

图7示出了根据本发明实施例的转轮装置的安装结构示意图。

图8示出了根据本发明实施例的通风瓦斯收集方法的流程图。

图9示出了根据本发明实施例的通风瓦斯收集系统的位置标示图。

图中：转轮装置 1、瓦斯锅炉 2、第一引风机 3、第二引风机 4、排气筒 5、外壳 11、第一外壳 111、第二外壳 112、转轮 12、吸附区 101、脱附区 102、冷却区 103、第一端口 100、第二端口 200、第三端口 300、第四端口 400、第五端口 500、第六端口 600、第一分隔板 1111、第二分隔板 1112、第三分隔板 1113、第四分隔板 1121、第五分割板 1122、第六分隔板 1123、转轴孔 1124、支架 6、电机 7。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

图1示出了根据本发明实施例的通风瓦斯收集系统的结构示意图。如图1所示，该通风瓦斯收集系统可用于处理例如煤矿中的通风瓦斯，使通风瓦斯无污染排放，其包括转轮装置1和瓦斯锅炉2，所述转轮装置1包括外壳11以及设于所述外壳11内的转轮12，所述转轮12包括有吸附材料，所述转轮12能够相对所述外壳转动，所述转轮装置1具有依次沿着所述转轮装置1的周向划分的吸附区101、脱附区102和冷却区103，当所述转轮12转动时，依次进入所述吸附区101、脱附区102和冷却区103，所述外壳上设有多个端口，所述多个端口包括设于吸附区101上的第一端口100和第二端口200，设于所述脱附区102上的第五端口500和第六端口600，以及设于所述冷却区103上的第五端口500和第六端口600。其中，所述第一端口100、第三端口300和第四端口400位于所述外壳的一个侧面上，所述第二端口200、第四端口400和第六端口600位于相对的另一侧面上，所述第一端口100和第三端口300分别与待处理的通风瓦斯连通，所述第二端口200与外部环境连通，所述第四端口400和第六端口600分别与所述瓦斯锅炉2的进气端口连通，所述瓦斯锅炉2的出气端口分别与外部环境和所述第五端口500连通。

在该实施例中，转轮12由吸附材料整体形成，例如由纤维材料制成。所述纤维材料可为陶瓷纤维、玻璃纤维、活性炭纤维以及合成纤维中的一种或几种的混合物。该转轮12上设有呈蜂窝状的吸附孔(图中未示)，所述吸附空沿着转轮12的轴向方向贯通整个转轮12，使得气体能够从转轮12的一侧端口进入相应的另一侧端口，实现吸附、脱附或者冷却过程。当然，转轮12的结构不限于此，也可设计为转轮支架上填充吸附材料的结构。

在该实施例中，瓦斯锅炉2选用低浓度瓦斯锅炉2，能够以低浓度的瓦斯作为燃料。该通风瓦斯收集系统还包括排气筒5，所述第二端口200经所述排气筒5与所述外部环境连通，所述瓦斯锅炉2的出气口端经所述排气筒5与所述外部环境连通。为了加快气体循环的速度，提高系统运行效率，该通风瓦斯收集系统还包括第一引风机3和第二引风机4。其中，第一引风机3设于瓦斯锅炉2的出气口端，将来自瓦斯锅炉2的烟气排入排气筒5或者第五端口500。第二引风机4设于排气筒5和第二端口200之间，第二端口200经第二引风机4与所述排气筒5连通。

图2示出了根据本发明实施例的转轮装置的分体式结构示意图。如图2所示，该转轮装置1的外壳包括第一外壳111和第二外壳112，所述第一外壳111与第二外壳112相互匹配，彼此相对连接，形成容纳所述转轮12的空腔。在该实施例中，第一外壳111和第二外壳112之间可经螺栓连接。

图3-4从不同视角示出了根据本发明实施例的第一外壳的结构示意图。如图3-4所示，在第一外壳111的内侧壁上设有多个抵接于所述转轮12的侧面上的分割部件。在该实施例中，所述分割部件为分隔板，包括第一分隔板1111、第二分割板1112和第三分隔板1113，所述第一至第四分隔板分别沿着所述外壳11的径向延伸。其中，第二分隔板1112位于第一分隔板1111和第三分隔板1113之间，三个所述分隔板沿着转轮12径向方向的外端一直延伸到外壳的内侧壁上，内端抵接，形成三个密封区域。第一端口100设于第一分隔板1111和第三分隔板1113之间，第五端口500设于第一分割板1111和第二分隔板1112之间。在各个所述分割板上分别设有毛刷，用于密封转轮12的侧面。

图5-6从不同视角示出了根据本发明实施例的第二外壳的结构示意图。如图5-6所示，该第二外壳112与第一外壳111基本为对称结构，此处可参照第一外壳111的结构理解。在第二外壳112上分别设有与第一至第三分隔板对应的第四至第六分隔板，并且在各个分割板上也分别设有密封毛刷。具体的，当转轮装置1装配好后，各个分隔板上的毛刷密封在转轮12的两个侧面上，将所述转轮12上的吸附材料分割成多个气流通道，分别形成所述吸附区101、脱附区102和冷却区103。其中，第一分隔板1111、第二分隔板1112、第四分割板1121和第五分隔板1122分割形成的气流通道为脱附区102，第一分隔板1111、第三分隔板1113、第四分隔板1121和第六分隔板1123之间分割形成的气流通道为吸附区101。吸附区101和脱附区102之间的气流通道为冷却区103。所述吸附区101、脱附区102和冷却区103在垂直于所述转轮12的轴向的截面上的面积划分比例为70～90：5～15：5～15。具体比例值可根据需要设定。在该比例范围内，能够在转轮12转动过程中，有效实现对所述吸附材料的吸附、脱附和冷却功能，使得所述吸附材料保持在最佳工作状态。

第二端口200设于第四分隔板1121和第六分隔板1123之间，第六端口600设于第四分隔板1121和第五分割板1122之间，第四端口400设于第五分隔板1122和第六分割板1123之间。在外壳11上还设有转轴孔1124，用于驱动轴的穿过。

图7示出了根据本发明实施例的转轮装置1的安装结构示意图。如图7所示，该转轮装置1经其第二外壳112固定于所述支架6上，并经驱动轴与固定于支架6上的电机7连接。当该通风瓦斯收集系统运行时，驱动轴在电机7的驱动下，带动转轮12转动，依次经过吸附区101、脱附区102和冷却区103，对待处理通风瓦斯进行吸附处理，实现对甲烷成分的提浓富集。由于经过脱附后的转轮12温度升高，需要经过冷却区103，通风瓦斯流过冷却区103，带走热量，将转轮12冷却，使得转轮12重新恢复吸附功能。

该实施例中的通风瓦斯收集系统，结构简单，仅需转轮12转动，便可实现吸附、脱附和冷却的过程，保持吸附材料的有效吸附状态，设备投资低。并且，以浓缩产物氧化以后产生的部分低温烟气作为脱附热源，能够以较低的运行成本实现对通风瓦斯的有效处理，实现对通风瓦斯的清洁排放。

图8示出了根据本发明实施例的通风瓦斯收集方法的流程图。如图8所示，该通风瓦斯收集方法包括步骤S01-S04。

在步骤S01中，转轮12带动吸附材料转动，依次经过吸附区101、脱附区102和冷却区103，待处理的通风瓦斯分别流入所述吸附区101和冷却区103。

具体的，在电机7启动之前，首先通过辅助燃料启动瓦斯锅炉2，瓦斯锅炉2产生的200℃-250℃的低温烟气进入脱附区102作为脱附热源。然后，启动电机7，电机7沿着图中所示的转动方向旋转，使得转轮12带动吸附材料转动，依次经过吸附区101、脱附区102和冷却区103，待处理的通风瓦斯分别流入所述吸附区101和冷却区103，对待处理通风瓦斯进行吸附处理，对所述吸附材料进行脱附处理，实现对甲烷成分的提浓富集。由于经过脱附后的转轮12温度升高，需要经过冷却区103，通风瓦斯流过冷却区103，带走热量，将转轮12冷却，使得转轮12重新恢复吸附功能。

在步骤S02中，在所述吸附区101内，待处理的通风瓦斯通过所述吸附材料进行吸附处理，然后排入外部环境中。

具体的，待处理的通风瓦斯经第一端口100进入吸附区101，经第三端口300进入冷却区103。其中，进入冷却区103的通风瓦斯占通风瓦斯总量的3％～8％。在所述冷却区103内，所述吸附材料对通风瓦斯中的甲烷成分进行吸附，净化后的通风瓦斯经过第二引风机4，进入排气筒5排入外部环境中，实现了对通风瓦斯的无污染排放。

在步骤S03中，在所述脱附区102内，通风瓦斯对所述吸附材料进行脱附处理，带走所述吸附材料上吸附的甲烷成分，然后进入瓦斯锅炉2燃烧，燃烧产生的烟气一部分排入外部环境，另一部分回流至所述脱附区102内作为脱附热源。

具体的，由瓦斯锅炉2出气端口流出的烟气一部分经第一引风机3排入排气筒5，经排气筒5最终排入大气；另一部分烟气，经第一引风机3回流至第五端口500，并经第五端口500回流至脱附区102，作为脱附热源带走转轮12上吸附的甲烷成分，得到浓缩气。所述浓缩气进入瓦斯锅炉2，作为燃料再次燃烧。其中，所述回流至所述脱附区102内作为脱附热源的烟气占所述瓦斯锅炉2所排出的烟气总量的40％～60％。

在步骤S04中，在所述冷却区103内，通风瓦斯流经所述脱附材料，对所述脱附材料进行冷却，然后进入所述瓦斯锅炉2进行燃烧，燃烧产生的烟气一部分排入外部环境，另一部分回流至所述脱附区102内作为脱附热源。

具体的，占总量3％～8％的通风瓦斯流过冷却区103，对吸附材料进行降温处理，用以恢复所述吸附材料的吸附能力，通过冷却区103后的通风瓦斯进入瓦斯锅炉23。

浓缩气与通过冷却区103后的通风瓦斯混合，进入瓦斯锅炉2氧化并回收部分氧化热量，部分低温烟气经过锅炉引风机、排气筒5排入大气。

图9示出了根据本发明实施例的通风瓦斯收集系统的位置标示图。如图9所示，在该图中，通过序号①-⑧标示系统的各处位置。

通过上述表格可知，通风瓦斯经过该实施例中的通风瓦斯收集系统以及通风瓦斯收集方法对通风瓦斯的处理效果高效显著，基本实现了对通风瓦斯的零甲烷排放，减少了对大气的污染。

本申请中的通风瓦斯收集系统，以及应用该系统的通风瓦斯收集系统，用转轮中的吸附材料吸附通风瓦斯中的甲烷，以烟气脱附实现甲烷提浓富集；浓缩气体由瓦斯锅炉氧化，在将甲烷彻底燃烧生成无污染的水成分和碳氧化物的同时，产生的部分热量回收利用，低温烟气携带部分热量作为脱附热源；由此实现低成本提高通风瓦斯中的甲烷浓度，提高通风瓦斯利用的经济性。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。