[發明專利]煤礦乏風瓦斯氧化裝置

有效

• 申請號: 201010216013.4
• 申請日: 2010-06-25
• 公開（公告）號: CN101915117A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 李慶釗;林柏泉
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 唐惠芬

技術領域

本發明涉及煤礦乏風瓦斯氧化裝置，尤其是一種基于蓄熱原理來氧化并利用煤礦乏風瓦斯的礦用設備，屬于煤礦節能減排、煤礦安全技術及工程領域。

背景技術

在我國常規能源構成中，煤炭資源總量約5.57萬億噸，地下2000m以內的瓦斯(煤層氣)資源量約30～35萬億m³，屬于人均資源貧乏的國家，有效開采和利用煤炭及瓦斯資源在我國國民經濟發展中的重要地位日益凸顯。瓦斯是一種與煤伴生的、不可再生的資源，同時瓦斯也是一種清潔、高效的能源，其發熱量可達33.5～36.8MJ/m³，1m³瓦斯相當于1.3kg標準煤的發熱量，并且其利用過程不會產生氮氧化合物及硫化物等有害物質。由于我國50％以上的煤層為高瓦斯煤層，2009年我國煤礦生產過程中釋放的瓦斯總量超過150億m³，但將近2/3的瓦斯則以乏風的形式直接排入了大氣，既浪費了大量寶貴的能源資源，也污染了大氣環境。更加重要的是，瓦斯(煤層氣)的溫室效應是二氧化碳的21倍，對臭氧層的破壞是CO₂的7倍。按照目前世貿組織中減排權購買價格，目前在國際碳匯市場，每噸碳的減排量可以賣85元人民幣，每年150億m³瓦斯的減排和利用，可獲得170億人民幣的收益。目前，隨著《應對氣候變換國家方案》的實施，我國的節能減排問題已成為現階段的重要戰略任務。因此，煤礦瓦斯特別是乏風瓦斯的綜合利用，不僅可以在瓦斯利用方面獲得直接的經濟收益，又可在節能減排方面獲得豐厚的回報。

但由于煤礦乏風瓦斯的特點(排氣量大、瓦斯濃度低且波動范圍大)，使得以此為基本燃料的常規燃燒設備無法正常的連續穩定運行。目前，煤礦乏風瓦斯的氧化利用多采用熱逆流氧化技術，其工作原理為：裝置啟動時首先由輔助加熱手段將氧化床中心部分加熱至1000℃左右，形成中心溫度高、兩側溫度低的近似正態分布的溫度場。煤礦乏風初始以一個方向通入并流經蜂窩陶瓷蓄熱體，在流動過程中其溫度不斷升高并迅速氧化，氧化后的高溫氣體在繼續流動中將后續的氧化床加熱，氣體本身溫度逐步降低而后排出反應器。在反應進行的過程中，氣體入口側蜂窩陶瓷的溫度不斷下降，出口側蜂窩陶瓷的溫度不斷升高，在入口側蜂窩陶瓷不足以將煤礦乏風加熱至瓦斯氧化反應的溫度時，氣流開始換向。實踐證明，在乏風瓦斯濃度高于0.2％時，瓦斯氧化反應的放熱可維持氧化床的表面散熱及氧化反應的穩定運行。

目前，只有少數單位在進行煤礦乏風瓦斯的氧化利用技術的研究，專利文獻公開的“煤礦乏風甲烷氧化裝置”(200620081956.X)、“礦井乏風瓦斯熱氧化裝置”(200810249860.3)、“礦井乏風氧化裝置”(200820224339.X)等技術均采用了整體式換熱裝置，但由于大容量整體式換熱器易使得氣流及氧化床在換熱器后部的溫降過大，易造成氧化床運行的不穩定。

發明內容

技術問題：本發明的目的是克服已有技術中的不足之處，提供一種設備簡單、結構緊湊合理、節能減排效果好的煤礦乏風瓦斯氧化裝置。

技術方案：本發明的煤礦乏風瓦斯氧化裝置，包括內壁布有保溫隔熱層的外殼，由保溫隔熱層所圍成的腔體中部設有蜂窩陶瓷氧化床，蜂窩陶瓷氧化床由形狀為立方體或長方體的陶瓷蓄熱體堆積構成，陶瓷蓄熱體上布有若干圓形、方形或多邊形的孔隙；蜂窩陶瓷氧化床上下兩端與保溫隔熱層圍成上部整流室和下部整流室，上部整流室和下部整流室的側部均設有分別與進氣管和排氣管相連通的通口，進氣管上設有分別進入上下整流室的進氣換向閥，排氣管上設有分別進入上下整流室的排氣換向閥，蜂窩陶瓷氧化床的上方設有上部勻流器，下方設有下部勻流器，進氣管上設有進氣管溫度傳感器和進氣管瓦斯濃度傳感器，排氣管上設有排氣管溫度傳感器和排氣管瓦斯濃度傳感器；蜂窩陶瓷氧化床的中部設有啟動電加熱器，啟動電加熱器的上下方間隔設有內置式換熱器；外殼后部分雖設有間隔插入上部整流室中部位置的上部整流室溫度傳感器、蜂窩陶瓷氧化床中部位置的溫度傳感器、下部整流室中部位置的下部整流室溫度傳感器。

所述的上部勻流器和下部勻流器均由孔板構成；所述的啟動電加熱器由間隔排列的多根加熱棒和電源連接板構成；所述的陶瓷蓄熱體由三氧二化鋁、碳化硅或二氧化鋯燒結而成；所述的內置式換熱器為單連通的蛇形管構成。