专利名称：煤矿乏风瓦斯氧化装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及煤矿乏风瓦斯氧化装置，尤其是一种基于蓄热原理来氧化并利用 煤矿乏风瓦斯的矿用设备，属于煤矿节能减排、煤矿安全技术及工程领域。
背景技术：
在我国常规能源构成中，煤炭资源总量约5. 57万亿吨，地下2000m以内的瓦斯 (煤层气)资源量约30 35万亿m3，属于人均资源贫乏的国家，有效开采和利用煤炭及瓦 斯资源在我国国民经济发展中的重要地位日益凸显。瓦斯是一种与煤伴生的、不可再生的 资源，同时瓦斯也是一种清洁、高效的能源，其发热量可达33. 5 36. 8MJ/m3，lm3瓦斯相当 于1. 3kg标准煤的发热量，并且其利用过程不会产生氮氧化合物及硫化物等有害物质。由 于我国50%以上的煤层为高瓦斯煤层，2009年我国煤矿生产过程中释放的瓦斯总量超过 150亿m3，但将近2/3的瓦斯则以乏风的形式直接排入了大气，既浪费了大量宝贵的能源资 源，也污染了大气环境。更加重要的是，瓦斯(煤层气)的温室效应是二氧化碳的21倍，对 臭氧层的破坏是C02的7倍。按照目前世贸组织中减排权购买价格，目前在国际碳汇市场， 每吨碳的减排量可以卖85元人民币，每年150亿m3瓦斯的减排和利用，可获得170亿人民 币的收益。目前，随着《应对气候变换国家方案》的实施，我国的节能减排问题已成为现阶 段的重要战略任务。因此，煤矿瓦斯特别是乏风瓦斯的综合利用，不仅可以在瓦斯利用方面 获得直接的经济收益，又可在节能减排方面获得丰厚的回报。但由于煤矿乏风瓦斯的特点(排气量大、瓦斯浓度低且波动范围大)，使得以此为 基本燃料的常规燃烧设备无法正常的连续稳定运行。目前，煤矿乏风瓦斯的氧化利用多采 用热逆流氧化技术，其工作原理为装置启动时首先由辅助加热手段将氧化床中心部分加 热至1000°C左右，形成中心温度高、两侧温度低的近似正态分布的温度场。煤矿乏风初始以 一个方向通入并流经蜂窝陶瓷蓄热体，在流动过程中其温度不断升高并迅速氧化，氧化后 的高温气体在继续流动中将后续的氧化床加热，气体本身温度逐步降低而后排出反应器。 在反应进行的过程中，气体入口侧蜂窝陶瓷的温度不断下降，出口侧蜂窝陶瓷的温度不断 升高，在入口侧蜂窝陶瓷不足以将煤矿乏风加热至瓦斯氧化反应的温度时，气流开始换向。 实践证明，在乏风瓦斯浓度高于0. 2%时，瓦斯氧化反应的放热可维持氧化床的表面散热及 氧化反应的稳定运行。目前，只有少数单位在进行煤矿乏风瓦斯的氧化利用技术的研究，专利文 献公开的“煤矿乏风甲烷氧化装置”(200620081956. X)、“矿井乏风瓦斯热氧化装 置”(200810249860. 3)、“矿井乏风氧化装置”(200820224339. X)等技术均采用了整体式换 热装置，但由于大容量整体式换热器易使得气流及氧化床在换热器后部的温降过大，易造 成氧化床运行的不稳定。
发明内容技术问题本实用新型的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种设备简单、结构紧凑合理、节能减排效果好的煤矿乏风瓦斯氧化装置。技术方案本实用新型的煤矿乏风瓦斯氧化装置，包括内壁布有保温隔热层的外 壳，由保温隔热层所围成的腔体中部设有蜂窝陶瓷氧化床，蜂窝陶瓷氧化床由形状为立方 体或长方体的陶瓷蓄热体堆积构成，陶瓷蓄热体上布有若干圆形、方形或多边形的孔隙；蜂 窝陶瓷氧化床上下两端与保温隔热层围成上部整流室和下部整流室，上部整流室和下部整 流室的侧部均设有分别与进气管和排气管相连通的通口，进气管上设有分别进入上下整流 室的进气换向阀，排气管上设有分别进入上下整流室的排气换向阀，蜂窝陶瓷氧化床的上 方设有上部勻流器，下方设有下部勻流器，进气管上设有进气管温度传感器和进气管瓦斯 浓度传感器，排气管上设有排气管温度传感器和排气管瓦斯浓度传感器；蜂窝陶瓷氧化床 的中部设有启动电加热器，启动电加热器的上下方间隔设有内置式换热器；外壳后部分虽 设有间隔插入上部整流室中部位置的上部整流室温度传感器、蜂窝陶瓷氧化床中部位置的 温度传感器、下部整流室中部位置的下部整流室温度传感器。所述的上部勻流器和下部勻流器均由孔板构成；所述的启动电加热器由间隔排列 的多根加热棒和电源连接板构成；所述的陶瓷蓄热体由三氧二化铝、碳化硅或二氧化锆烧 结而成；所述的内置式换热器为单连通的蛇形管构成。有益效果可避免装置大型化后进排气气流分布的偏移而引起的床内温度场不均 和运行的不稳定；有利于在装置启动时形成中间高、两侧低的温度场分布；内置式换热器 采用多组小容量、分体式结构且均勻布置在蜂窝陶瓷氧化床中心部位的两侧，可有效避免 气流在经过换热器时温降过大而引起的氧化床运行不稳定，并且分体式结构的换热器有利 于实现取热工作介质的多级过热，为能量的利用提供了便利；装置的进排气管均设置在氧 化床装置的一端，可使得装置结构紧凑、合理、占地面积小。其主要优点如下1)在氧化床的上下部均设置进排气整流室及勻流器，避免了装置大型化后进排气 气流分布的偏移而引起的床内温度场不均和运行的不稳定；2)内置式换热器采用多组小容量、分体式结构且均勻布置在蜂窝陶瓷氧化床中心 部位的两侧，可有效避免气流在经过换热器时温降过大而引起的氧化床运行不稳定，并且 分体式结构的换热器有利于实现取热工作介质的多级过热，为能量的利用提供了便利；3)装置的进排气管均设置在氧化床装置的一端，可使得装置结构紧凑、合理、占地 面积小；4)装置启动的只需少量的电能进行加热，通入的乏风瓦斯可在氧化床内实现自维 持稳定运行，在实现乏风瓦斯减排的同时，可提供一定量的热能，从而达到煤矿乏风瓦斯的 综合利用及节能减排。
图1是本实用新型的结构主视剖面示意图；图2是图1的A-A剖面结构图；图3是图1的B-B剖面结构图；图4是图1的C-C剖面结构图。图中1-进气管，2-进气换向阀，3-外壳，4-保温隔热层，5-上部整流室，6-上部 勻流器，7-上部整流室温度传感器，8-温度传感器，9-蜂窝陶瓷氧化床，10-内置式换热器，11-启动电加热器，12-下部整流室，13-下部整流室温度传感器，14-下部勻流器，15-进气 管温度传感器，16-进气管瓦斯浓度传感器，17-排气管瓦斯浓度传感器，18-排气管，19-排 气管温度传感器，20-排气换向阀。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的一个实施例作进一步的描述图1所示，煤矿乏风瓦斯氧化装置呈立式结构布置，主要由蜂窝陶瓷氧化床9、上 下部进排气整流室5和12以及上下部勻流器6和14、启动电加热器11、内置式换热器10、 进排气管1和18以及各种测控元件组成。装置包括呈侧凹形的金属外壳3，金属外壳3内 表面衬有厚度适中保温隔热层4，内部填充由蓄热体构成的蜂窝陶瓷氧化床9 ；蜂窝陶瓷氧 化床9由形状为立方体或长方体的陶瓷蓄热体堆积构成，陶瓷蓄热体由三氧二化铝A1203、 碳化硅SiC或二氧化锆&02烧结而成，陶瓷蓄热体上布有若干圆形、方形或多边形的孔隙。 蜂窝陶瓷氧化床9的上下两端与保温隔热层4围成上部整流室5和下部整流室12，以保证 气流在蜂窝陶瓷蓄热体内流动的均勻性，避免装置大型化后由于进排气气流分布的偏移而 引起的床内温度场不均和运行的不稳定。上部整流室5和下部整流室12的侧部均设有分 别与进气管1和排气管18相连通的通口 ；图2所示，进气管1上设有分别进入上下整流室 的进气换向阀2，排气管18上设有分别进入上下整流室的排气换向阀20，进气管1上设有 进气管温度传感器15和进气管瓦斯浓度传感器16，排气管18上设有排气管温度传感器19 和排气管瓦斯浓度传感器17 ；图3所示，蜂窝陶瓷氧化床9的上方设有上部勻流器6，蜂窝 陶瓷氧化床9的下方设有下部勻流器14，上下部均流器6和14均由孔板构成；外壳3后部 分设有间隔插入上部整流室5中部位置的上部整流室温度传感器7、蜂窝陶瓷氧化床9中部 位置的温度传感器8、下部整流室12中部位置的下部整流室温度传感器13 ；蜂窝陶瓷氧化 床9的中部设有启动电加热器11，启动电加热器11以嵌入的方式安装于蜂窝陶瓷氧化床 9的中心位置，以便于在装置启动时形成中间高、两侧低的温度场分布；启动电加热器11由 间隔排列的多根加热棒和电源连接板构成。启动电加热器11的上下方间隔设有内置式换 热器10，内置式换热器10采用两组小容量、分体式结构且均勻布置在蜂窝陶瓷氧化床9中 心部位的两侧，每组两个。图4所示，内置式换热器10为单连通的蛇形管构成，4个内置式 换热器10以两组嵌入式均布于氧化床中心位置两侧，既可以有效吸收换热器的热膨胀，又 可有效避免气流在经过换热器时温降过大而引起的氧化床运行不稳定，并且分体式结构的 换热器有利于实现取热工作介质的多级过热，为能量的利用提供了便利。测控系统的组成 包括设置在整流室内的温度传感器、安装在蜂窝陶瓷氧化床内的多个温度传感器，安装在 进排气管路上的温度传感器、瓦斯浓度传感器以及进排气气流换向调节阀，其中各测点的 温度传感器在于监测氧化床内的温度分布，进排气换向调节阀用于控制氧化床内气流流向 的自动切换以实现装置的稳定自维持运行。工作过程首先由启动电加热器11将蜂窝陶瓷氧化床9蓄热体中心部分加热至 1000°C左右，形成中心温度高、两侧温度低的近似正态分布的温度场。关闭启动电加热器11 并调节进排气换向阀使得煤矿乏风瓦斯初始以一个方向通入，经整流后均勻进入蜂窝陶瓷 氧化床9，在流动过程中气体受蓄热体的加热温度不断升高并迅速氧化，产生的高温气体继 续流动中将后续的蓄热体加热，气体本身温度逐步降低，并从排气管排出。在反应进行的过程中，气体入口侧蓄热体的温度不断下降，出口侧蓄热体的温度不断升高，在入口侧蓄热体 不足以将煤矿乏风加热至瓦斯氧化反应的温度时，在换向阀的自动控制下气流开始换向， 从而实现装置的稳定自维持运行。
权利要求一种煤矿乏风瓦斯氧化装置，其特征在于它包括内壁布有保温隔热层(4)的外壳(3)，由保温隔热层(4)所围成的腔体中部设有蜂窝陶瓷氧化床(9)，蜂窝陶瓷氧化床(9)由形状为立方体或长方体的陶瓷蓄热体堆积构成，陶瓷蓄热体上布有若干圆形、方形或多边形的孔隙；蜂窝陶瓷氧化床(9)的上下两端与保温隔热层(4)围成上部整流室(5)和下部整流室(12)，上部整流室(5)和下部整流室(12)的侧部均设有分别与进气管(1)和排气管(18)相连通的通口，进气管(1)上设有分别进入上下整流室的进气换向阀(2)，排气管(18)上设有分别进入上下整流室的排气换向阀(20)，蜂窝陶瓷氧化床(9)的上方设有上部匀流器(6)，下方设有下部匀流器(14)，进气管(1)上设有进气管温度传感器(15)和进气管瓦斯浓度传感器(16)，排气管(18)上设有排气管温度传感器(19)和排气管瓦斯浓度传感器(17)；蜂窝陶瓷氧化床(9)的中部设有启动电加热器(11)，启动电加热器(11)的上下方间隔设有内置式换热器(10)；外壳(3)后部分虽设有间隔插入上部整流室(5)中部位置的上部整流室温度传感器(7)、蜂窝陶瓷氧化床(9)中部位置的温度传感器(8)、下部整流室(12)中部位置的下部整流室温度传感器(13)。
2.根据权利要求1所述的煤矿乏风瓦斯氧化装置，其特征在于所述的上部勻流器(6) 和下部勻流器(14)均由孔板构成。
3.根据权利要求1所述的煤矿乏风瓦斯氧化装置，其特征在于所述的启动电加热器 (11)由间隔排列的多根加热棒和电源连接板构成。
4.根据权利要求1所述的煤矿乏风瓦斯氧化装置，其特征在于所述的陶瓷蓄热体由 三氧二化铝(Al2O3)、碳化硅(SiC)或二氧化锆(ZrO2)烧结而成。
5.根据权利要求1所述的煤矿乏风瓦斯氧化装置，其特征在于所述的内置式换热器 (10)为单连通的蛇形管构成。
专利摘要一种煤矿乏风瓦斯氧化装置，包括内壁布有保温隔热层的外壳、蜂窝陶瓷氧化床，蜂窝陶瓷氧化床上下两端分别设有上下部整流室，上下部整流室侧部均设有分别与进排气管相连通的通口，进排气管上分别设有进排气换向阀、进排气管温度传感器和进排气管瓦斯浓度传感器，蜂窝陶瓷氧化床的上下方分别设有上下部匀流器，蜂窝陶瓷氧化床的中部设有启动电加热器，启动电加热器的上下方间隔设有内置式换热器；外壳后部分设有间隔插入上部整流室中部位置的上部整流室温度传感器、蜂窝陶瓷氧化床中部位置的温度传感器、下部整流室中部位置的下部整流室温度传感器。其结构紧凑、操作方便、占地面积小、投资和运行成本低。
文档编号E21F7/00GK201756979SQ201020242460
公开日2011年3月9日 申请日期2010年6月25日 优先权日2010年6月25日
发明者李庆钊, 林柏泉 申请人:中国矿业大学