[發明專利]低濃度瓦斯熱對流浮升收集裝置

有效

• 申請號: 200810236122.5
• 申請日: 2008-11-24
• 公開（公告）號: CN101408112A
• 公開（公告）日: 2009-04-15
• 發明（設計）人: 陳啟東
• 申請（專利權）人: 常熟理工學院
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00;E21F17/18
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所
• 代理人: 陳建中

技術領域

本發明涉及瓦斯氣體的收集，特別是涉及一種低濃度瓦斯熱對流浮升收集裝置。

背景技術

我國是煤炭生產大國，據統計礦井煤層氣資源總量達35億萬m³，與陸地上天然氣的儲量相當，僅次于俄羅斯、加拿大的第三大煤層氣儲藏國。我國每年有100～150億m³的純甲烷混入礦井風流中以低濃度的形式通過乏風排空。一方面損失了巨大的不可再生能源資源，造成了嚴重浪費；另一方面甲烷對環境是強污染氣體，其臭氧層破壞效果是CO₂的7倍，溫室效應是CO₂的21倍；此外，煤礦通風瓦斯的排放還會給煤礦生產帶來嚴重的安全隱患。

因此如何收集濃度低于1.5％的風排瓦斯混合氣體就成為一個急需解決的問題。

發明內容

針對上述缺陷，本發明提供的低濃度瓦斯熱對流浮升收集裝置，用于分離收集濃度低于1.5％的風排瓦斯混合氣體，可在保證瓦斯氣體安全濃度的范圍內對礦井風排瓦斯氣體實現減量收集，為后續工藝對瓦斯混合氣體進行濃縮創造條件。

本發明提供的低濃度瓦斯熱對流浮升收集裝置，包括殼體8，該殼體8內設置有導入段1、與該導入段1連通的浮升收集段2和與該浮升收集段2連通的分離段3，所述導入段1內豎直方向設置有至少一塊導入隔板4，該導入隔板4將導入段1分隔成至少兩個導入流道，所述浮升收集段2內豎直方向設置有至少一塊收集隔板5，該收集隔板5將浮升收集段2分隔成至少兩個收集流道，兩側兩個收集流道中的至少一個流道設置有加熱裝置7，所述分離段3內橫向設置有分離隔板6，該分離隔板6將分離段3分隔成兩個分離流道。

優選地，上述導入隔板4有三塊，并且將導入段1分隔成四個導入流道，上述收集隔板5有三塊，將浮升收集段2分隔成四個收集流道，并且所述三塊收集隔板5中中間一塊收集隔板5的上下兩端都長于其他兩塊，兩側兩個收集流道中分別設置有加熱裝置7。

優選地，上述三塊收集隔板5中中間一塊收集隔板5的上下兩端都接觸殼體8，將收集流道隔斷。

優選地，上述導入隔板4有五塊，并且將導入段1分隔成六個導入流道，上述收集隔板5有五塊，將浮升收集段2分隔成六個收集流道，并且所述五塊收集隔板5中中間一塊收集隔板5的上下兩端都長于其他四塊，兩側兩個收集流道中分別設置有加熱裝置7。

優選地，上述五塊收集隔板5中中間一塊收集隔板5的上下兩端都接觸殼體8，將收集流道隔斷。

優選地，上述導入隔板4有七塊，并且將導入段1分隔成八個導入流道，上述收集隔板5有七塊，將浮升收集段2分隔成八個收集流道，并且所述七塊收集隔板5中中間一塊收集隔板5的上下兩端都長于其他六塊，兩側兩個收集流道中分別設置有加熱裝置7。

優選地，上述七塊收集隔板5中中間一塊收集隔板5的上下兩端都接觸殼體8，將收集流道隔斷。

優選地，上述浮升收集段2為傾斜設置

發明提供的低濃度瓦斯熱對流浮升收集裝置，根據低濃度瓦斯氣體的平面層流流動和擴散規律，采用狹長矩形截面收集流道并用加熱裝置加熱，使收集流道中至少一個收集流道中的瓦斯混合氣體產生向上的熱對流，而其他流道中相對溫度較低的瓦斯混合氣體則產生向下的對流，并通過收集段底部通道對加熱的收集流道進行補充，使用狹長矩形截面流道的目的是使低濃度瓦斯氣體的流動保持為層流。

根據N-S方程，當某氣體微團與周圍氣體存在溫度差而產生體積膨脹導致其密度降低，從而產生“浮力”Δρg。當該氣體微團的浮力大于阻礙其運動的阻力時產生浮升。在至少一個收集流道中安裝適當形式的加熱器，當低濃度瓦斯混合氣體流過此通道時，氣體受熱膨脹，密度降低，因而產生了導致其上升對流的“浮力”，而其他收集流道由于氣體未被加熱，溫度較低，因此形成循環對流。為確保產生穩定的層流對流，浮升收集段的上部保持氣體流通，以方便熱瓦斯氣體的擴散和流動，熱瓦斯混合氣體浮升到流道上部后由于與氣體混合使其溫度降低。在后續熱瓦斯混合氣體的推動下，根據重力浮升原理，其中的空氣由于其密度較大而繼續下降。而密度相對較低的瓦斯氣體基本停留在浮升收集段的上部空間內，并隨主流動一起向前流動。為確保瓦斯氣體能在浮升后富集在流道的上部空間內，因此控制浮升過程中的氣體對流速度和沿流道軸向運動速度就成為整個問題的關鍵。控制浮升速度的關鍵是控制浮升氣體與周圍其他氣體的溫度差及流道的幾何尺寸。為更有效地進行瓦斯氣體的浮升分離，將流道設計成傾斜上升或下降的形式，使主流動配合重力浮升。