煤矿乏风氧化电厂热风回用管道防逆流防煤尘爆炸装置

本发明涉及一种煤矿乏风氧化电厂热风回用管道防逆流防煤尘爆炸装置，属于余热节能技术安全保障领域。

背景技术：

1、乏风是指经煤矿工作面以及其它用风地点用风后所携带瓦斯的混合气体，所含瓦斯约占我国煤矿瓦斯总排放量的90%，具有巨大的潜在开发利用价值。由于瓦斯浓度极低乏风无法被直接利用，目前主要通过蓄热氧化技术实现乏风的开发和利用。

2、蓄热氧化技术是指将乏风与低浓度瓦斯掺混后在蓄热式氧化装置内发生氧化反应释放出热量，利用其产生的高温烟气（约1000℃）加热锅炉进行蒸汽发电。此外，蓄热氧化还会产生较多无法进入生产环节的低温烟气（约150℃），且长期排放这种低温烟气会加剧温室效应。部分乏风氧化电厂将低温烟气循环利用，通过热风风机将低温烟气输送至乏风引风通道，实现乏风（常温）与低温烟气的热交换。此技术不仅能最大化利用低温烟气余热，也可提高蓄热式氧化装置的热交换效率，同时降低乏风湿度且保证了浓度传感器的灵敏度。

3、目前，低温烟气循环利用的技术有中国专利cn110145867a，其公开了“一种基于低浓度瓦斯氧化的煤矿井筒梯级加热系统及运行方法”，通过多级换热器利用中低品质的烟气余热对井筒即乏风引风通道内空气进行加热，使得烟气余热得到了梯级利用；中国专利cn114543109a公开了“一种用于煤矿井筒加热的瓦斯蓄热氧化熔盐储热调峰系统”，则是将低浓度瓦斯氧化产生的烟气中的热量通过熔盐蓄热单元储存起来，并通过换热器输送至井筒即乏风引风通道进行防冻，实现对昼夜间热负荷的“削峰填谷”满足了全天用热需求。但上述专利均未考虑设置蓄热式氧化装置与热风风机的联动系统，以及在热风回用管道设计防逆流防爆装置，这会导致在蓄热式氧化装置浓度超限报警停机后，热风回用管道和乏风引风通道可能发生风流反向使管道内壁所积煤尘扬起，产生的煤尘云通过“烟囱效应”逆流到较高温度的热风风机处引发煤尘爆炸。而截止目前，国内针对煤矿乏风氧化电厂热风回用管道的防逆流防煤尘爆炸装置领域仍处空白，且缺乏蓄热式氧化装置与热风风机的联动系统。

技术实现思路

1、为更好地解决上述问题，本发明旨在提供一种煤矿乏风氧化电厂热风回用管道防逆流防煤尘爆炸装置及使用方法，该装置能实现热风风机与蓄热式氧化装置的联动，并对急停后的热风风机进行降温。该装置也可用于防止乏风携带煤尘逆流进入热风回用管道，从本质上解决了热风回用系统出现爆炸源的问题。

2、本发明提供的装置，利用plc控制系统实现热风风机与蓄热式氧化装置的联动，并通过细水雾/液态co2发生装置对急停后的热风风机进行降温。该装置同时设计了止回阀，可用于防止乏风携带煤尘逆流进入热风回用管道，从本质上解决了热风回用系统出现爆炸源的问题。

3、为了实现上述目标，本发明技术方案如下：

4、一种煤矿乏风氧化电厂热风回用管道防逆流防煤尘爆炸装置，包括乏风引风通道、瓦斯输送管路、掺混装置、蓄热式氧化装置、烟囱、热风回用管道、细水雾/液态co2发生装置、plc控制系统；

5、煤矿乏风通过回风井及乏风引风通道连接至掺混装置，低浓度瓦斯通过瓦斯输送管路进入掺混装置，煤矿乏风和低浓度瓦斯在掺混装置中混合；

6、所述掺混装置通过进气管路连接至蓄热式氧化装置，所述蓄热式氧化装置产生的高温烟气通过出气管路连接至发电机组，同时所述蓄热式氧化装置产生的低温烟气通过低温烟气出气管道分别连接至烟囱和热风回用管道，所述热风风机将低温烟气通过热风回用管道输送至乏风引风通道；

7、所述plc控制系统包括风流监控部分和联动停机防逆流防爆部分；具体地，plc控制系统包括控制器、通讯模块、储存模块、设备驱动模块；plc控制系统在通讯模块接收到传感器响应信号后，控制器经过逻辑判断，进行模/数转换后向设备驱动模块输出相应的控制信号，控制阀门开启或关闭及调节热风风机转速，同时储存模块对系统动作状态进行记录。

8、所述风流监控部分包括：热风风机、第一温度传感器和第二温度传感器、流量传感器；第二温度传感器安装在热风风机上，第一温度传感器安装在乏风引风通道内用于监测风流温度；流量传感器安装在乏风引风通道内用于监测风流流量；上述各传感器均连接至plc控制系统的通讯模块，plc控制系统能及时知悉管道温度、流量情况；所述plc控制系统的通讯模块连接控制热风风机，可以调节热风风机的转速。

9、所述联动停机防逆流防爆部分包括：止回阀、乏风排空管、旁通阀和气动快速截止阀；plc控制系统的设备驱动模块连接控制细水雾/液态co2发生装置，可以控制启动或关停细水雾/液态co2发生装置；所述plc控制系统的设备驱动模块连接控制旁通阀和气动快速截止阀，可以控制开启或关闭旁通阀和气动快速截止阀；所述蓄热式氧化装置连接至plc控制系统的通讯模块，plc控制系统能知悉其运行状态；所述止回阀安装在热风风机与乏风引风通道之间的热风回用管道上，该阀门具有单向流通性，能阻止风流携带煤尘倒流进入热风回用管道进而接触点火源；所述乏风排空管设置在乏风引风通道与掺混装置之间的管线支线上，并在支线上安装有旁通阀控制乏风排空管的开启与关闭；所述气动快速截止阀设置在乏风引风通道与掺混装置连接的管线上，以控制乏风进入掺混装置。

10、优选地，所述乏风引风通道内第一温度传感器安装在靠近热风回用管道出口处，且其位置在热风回用管道出口与乏风排空管的区间上，以监测乏风引风通道内风流加热后的温度。

11、优选地，所述乏风引风通道内流量传感器安装在靠近热风回用管道出口处，且其位置在热风回用管道出口与乏风排空管的区间上，以监测乏风引风通道内风流流量。

12、优选地，所述气动快速截止阀门正常运行时处于常开状态，紧急情况下在断电时将自动关闭，所述旁通阀正常运行时处于常闭状态，紧急情况下在断电时将自动开启。

13、优选地，所述止回阀进口端设置在热风回用管道靠近热风风机一端，出口端设置为靠近乏风引风通道方向。

14、优选地，所述plc控制系统还包括声光报警装置，包括显示屏及语音模块以提示操作人员进行人工介入。

15、优选地，所述蓄热式氧化装置内每台氧化发电机组安装有吸入式引风机。

16、优选地，所述温度传感器应选用高温热电偶型或热电阻型温度传感器。

17、优选地，所述止回阀、旁通阀及气动快速截止阀应具有耐高温性（≥200℃）。

18、本发明还提供了上述煤矿乏风氧化电厂输气管道防逆流防爆炸装置的使用方法，包括以下步骤：

19、（1）煤矿乏风通过回风井及乏风引风通道连接至掺混装置，低浓度瓦斯通过瓦斯输送管路进入掺混装置，煤矿乏风和低浓度瓦斯在掺混装置中混合至瓦斯浓度在0.27% ~1.2%后，输送至蓄热式氧化装置中发生氧化反应，所述蓄热式氧化装置产生的高温烟气通过管路输送至发电机组，产生的低温烟气通过低温烟气出气管道在热风风机的作用下经由热风回用管道对乏风引风通道内风流进行加热，超过热风风机额定风量的其余烟气则通过烟囱排入大气；

20、（2）蓄热式氧化装置正常工作时，所述plc控制系统控制热风风机正常工作，同时plc控制系统通过第二温度传感器、第一温度传感器分别实时监测热风风机及乏风引风通道内风流温度，在监测到实时温度超过预设值时，plc控制系统开启声光报警装置提示操作人员进行介入；所述plc控制系统通过流量传感器实时监测乏风引风通道内气流流量，在监测到实时流量超过或低于预设范围值时，plc控制系统控制热风风机适当提高或降低转速，使乏风引风通道和热风回用管道风流压力处于相对平衡状态，防止出现风流逆流现象；

21、（3）当蓄热式氧化装置浓度超限或检修停机时，所述plc控制系统迅速切断热风风机电源，同时开启旁通阀并关闭气动快速截止阀，乏风引风通道内乏风通过“烟囱效应”在乏风排空管排出，阻止乏风持续进入掺混装置并防止热风在乏风引风通道内形成逆流，致使管道内壁所积煤尘扬起形成煤尘云；热风风机停转后，由于止回阀的单向流通性，没有热风吹出时止回阀关闭，乏风引风通道内乏风无法通过该阀门进入热风回用管道，阻止风流从乏风引风通道逆流进入热风回用管道，实现防止煤尘云倒流接触点火源引发煤尘爆炸；在热风风机电源切断1s后，所述plc控制系统开启细水雾/液态co2发生装置，实现对热风回用管道及热风风机扇叶降温的作用，达到消灭点火源的目的；plc控制系统在切断热风风机电源的同时，开启声光报警装置，提示操作人员进行人工介入。

22、优选地，所述蓄热式氧化装置及热风风机正常工作前，旁通阀与细水雾/液态发生装置须处于关闭状态，同时气动快速截止阀须处于开启状态。

23、优选地，所述热风风机只有在蓄热式氧化装置正常开启工作时才可开启进行工作。

24、本发明的有益效果：

25、（1）本发明进行了热风回用管道安全装置的设计，不仅能阻止乏风携带煤尘逆流进入热风回用管道，避免煤尘云通过“烟囱效应”逆流到较高温度的热风机处进而发生煤尘爆炸，而且能实时监控乏风引风通道内风流流量和温度，并通过控制热风风机的转速使乏风引风通道内风流流量处于设定范围内，使乏风引风通道和热风回用管道风流压力处于相对平衡状态，防止出现风流逆流现象。

26、（2）本发明通过plc控制系统实现了热风风机与蓄热式氧化装置的实时联动，在蓄热式氧化装置停机时迅速切断热风风机电源，同时开启乏风排空管，防止乏风引风通道因蓄热式氧化装置的停机，避免造成风流逆流并扬起管道内壁所积煤尘，在乏风氧化电厂蓄热式氧化装置出现日常浓度超限或维护停机的情况下保障了管路安全，进而实现了事故的预防，同时保障了人员的生命安全。