[發明專利]低濃度瓦斯熱逆流催化氧化裝置尾氣熱利用方法

無效

• 申請號: 201110140964.2
• 申請日: 2011-05-30
• 公開（公告）號: CN102322692A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 郝小禮;馮濤;王鵬飛;陳麗娟;呂譯;謝東海;李石林
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: F24J1/00
• 分類號: F24J1/00
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所 43108
• 代理人: 顏昌偉

技術領域

?本發明屬于礦山節能減排技術領域，具體涉及一種低濃度瓦斯熱逆流催化氧化裝置尾氣熱的利用方法。

背景技術

瓦斯是僅次于二氧化碳的主要溫室氣體，單位質量瓦斯所產生的溫室效應相當于同質量二氧化碳的21倍。煤礦乏風是主要的瓦斯工業排放源之一，減排煤礦乏風瓦斯，可以減少溫室氣體排放。同時，煤礦瓦斯的主要成分為甲烷，是優質潔凈的氣體能源。煤礦乏風中的甲烷濃度非常低（一般小于1%），濃度波動范圍大，這些特點決定了煤礦乏風瓦斯很難利用傳統燃燒器在沒有輔助燃料的情況下直接進行燃燒。目前，幾乎所有的煤礦都沒有嘗試回收和處理礦井乏風中的甲烷，而直接將其排放到大氣之中，這不僅造成資源的巨大浪費，而且對大氣環境造成嚴重的污染。

現有技術中，有關煤礦乏風的利用裝置有加拿大CANMET能源技術研制的CFRR催化燃燒器及美國Sequa公司在MEGTEC系統中公布的可用于處理煤礦乏風的熱力TFRR燃燒器。其工作原理是采用可再生熱交換器實現氣固之間的能量傳輸和轉移，催化劑用于降低反應的活化能，從而降低乏風瓦斯氧化反應溫度，使反應更易進行。裝置啟動時，由電加熱元件預熱反應器的蓄熱體，使反應器中央溫度達到點火溫度（1000℃），礦井乏風以一個方向流入和通過反應器，氣體被蓄熱體加熱，溫度不斷提高，直至甲烷氧化。然后，氧化的熱氣體繼續向反應器的另一邊移動，把熱量傳遞給催化劑層和蓄熱介質而逐漸降溫。隨著氣體的不斷進入，反應器入口一側溫度逐漸降低，出口側溫度逐漸升高。在入口側沒有足夠的熱量將氣體加熱到氧化溫度以前，開始換向，氣體流動方向發生反轉，從另一端進氣，重復上述的反應過程。該反應器的關鍵是將送入反應器中的氣體不斷變換流動方向，使氣體在蓄熱體中吸熱升溫，以保證氧化過程的自維持。TFRR反應器與CFRR反應器在工作原理和構造上大體相同，主要區別在于，CFRR反應器使用了氧化催化劑，降低了瓦斯氧化所需要的溫度。

綜上所述，現有的技術存在以下缺點：（1）從反應器出口排出的反應尾氣仍具有較高溫度，直接排至大氣中而不進行熱量回收，造成能量的浪費。（2）含有低濃度瓦斯的進氣以常溫進入反應器使得入口段溫度下降較快，為使反應器能夠維持自運行，需要氣流換向周期短，電動閥動作頻繁，這不僅會影響其使用壽命，而且會影響反應器內氣流穩定性。（3）含有低濃度瓦斯的進氣以常溫進入反應器，加熱到氧化溫度所需時間較長，影響瓦斯的氧化效率。（4）頻繁換向還會導致更多的瓦斯在換向時未經氧化而直接排出。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術存在的缺陷，提供一種對低濃度瓦斯進行氧化反應后充分回收其反應熱量的低濃度瓦斯熱逆流催化氧化裝置尾氣熱利用方法。

本發明的方法包括如下步驟：采用瓦斯催化氧化反應器對低濃度瓦斯煙氣進行處理，將瓦斯催化氧化反應器排出的高溫煙氣依次通過串聯的高溫煙氣換熱器和低溫煙氣換熱器，使煙氣熱量傳遞給流過換熱器內的水流并使之溫度升高，分別為用戶提供高溫熱水和低溫熱水；降溫之后的煙氣再通過連接在瓦斯催化氧化反應器進氣管上的回熱器，將煙氣的余熱傳遞給低濃度瓦斯煙氣，使低濃度瓦斯煙氣進入瓦斯催化氧化反應器之前進行預熱，進一步降溫之后的煙氣最后經連接在回熱器排氣管上的接力風機排放到大氣中。

????更進一步，在所述低溫煙氣換熱器的進水管上安裝調節閥用于調節水量，在低溫煙氣換熱器的出水管上安裝三通調節閥，三通調節閥的另外兩個接口中的一個接口用于供應低溫熱水，一個接口與高溫煙氣換熱器的進水管聯通，低溫熱水通過高溫煙氣換熱器進一步加熱后，再通過高溫煙氣換熱器的出水管供應高溫熱水。

本發明通過采用高溫煙氣換熱器和低溫煙氣換熱器串聯，充分回收利用瓦斯氧化的反應熱，為用戶提供不同用途的高溫熱水和低溫熱水，同時通過回熱器，進一步回收排氣中的熱量對進氣進行加熱，提高反應的進氣溫度，避免了反應器內因氣流方向的頻繁切換而致使運行工況不穩定的問題。

由于采用上述技術方案，本發明的有益效果體現在如下幾點：

（1）對反應器排氣中的熱量進行了充分利用，為用戶提供不同要求的熱水，節約了能源資源，減少了能量的浪費。

（2）采用回熱器，利用排氣中的廢熱來預熱裝置的進氣，提高了反應器的進氣溫度，縮短了進氣瓦斯預熱到氧化溫度所需的時間，可提高瓦斯的氧化效率，同時提高裝置的排氣溫度，從而提高排氣熱能的品位。

（3）進氣先經回熱器預熱后再送入反應器，可減緩反應器入口段溫度衰減，從而延長反應器的氣流換向周期，減少電動閥動作次數，這樣不僅可以提高電磁閥的使用壽命，而且使得反應器內氣流更穩定。