CN102230393A - 煤矿乏风预热催化氧化器的进排气导流装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种煤矿乏风预热催化氧化器的进排气导流装置，其特征在于：并排排列的反应室数量为偶数，位于最外端的两个反应室的外侧与进气布风箱连通，排气集气箱和进气布风箱依次间隔设置在相邻的两反应室之间、并分别与反应室连通，即每个反应室均与一个进气布风箱和一个排气集气箱连通，每个进气布风箱均依次经过一个进气扩口管、一个设有调节阀的进气支管与进气总管连通，每个排气集气箱均依次经过一个排气收缩管、一个排气支管与排气总管连通，且进气扩口管、进气布风箱、排气集气箱、排气收缩管内均设有导流板。本发明保证了各个反应室的乏风流量一致，并在催化氧化床流通截面上均匀分布，具有进、排气流动阻力小、运行稳定等优点。

Description

煤矿乏风预热催化氧化器的进排气导流装置
技术领域
本发明涉及一种煤矿乏风预热催化氧化器的进排气导流装置，属于超低浓度甲烷氧化技术领域。
背景技术
我国每年通过煤矿乏风排放大量的瓦斯，对煤矿乏风瓦斯进行综合治理，不仅可有效地减少温室气体排放，也可以回收其中的能量进行利用。煤矿乏风瓦斯浓度非常低是制约其利用的难题，目前的主要利用方法有热逆流氧化技术、催化逆流氧化技术和预热催化氧化技术等。热逆流氧化技术采用气体和氧化床之间的再生热交换原理，首先用加热启动装置将氧化床加热到1000℃左右，煤矿乏风以一个方向流入和通过氧化床，气体被氧化床加热，温度不断提高，直至甲烷氧化；然后，氧化的热气体继续向氧化床的另一边移动，把热量传递给氧化床而逐渐降热；随着气体的不断进入，氧化床入口一侧温度逐渐降低，出口侧温度逐渐升高；在入口侧没有足够的热量将气体加热到氧化温度以前，开始换向，气体流动发生反转。瑞典的MEGTEC公司、我国的山东理工大学、胜利油田胜利动力机械集团有限公司、淄博淄柴新能源有限公司等单位先后开发了煤矿乏风瓦斯热逆流氧化装置，并在煤矿现场进行了应用。催化逆流氧化技术的基本工作原理和构造与热逆流氧化技术大体相同，主要区别是催化逆流氧化技术使用了氧化催化剂，降低了瓦斯氧化所需要的温度。加拿大矿物与能源技术中心(CANMET)现在已经开发出了实验室规模的催化甲烷逆流反应器，并在该装置上进行了煤矿乏风瓦斯催化氧化模拟试验；我国的北京化工大学自主开发的催化逆流氧化技术于2009年通过了技术鉴定。预热催化氧化技术是利用预热器实现氧化后的热气体与新鲜的煤矿乏风之间的热交换，将煤矿乏风预热到甲烷能够自行催化氧化的温度，然后进入催化反应器，煤矿乏风中的甲烷在催化反应器内氧化成二氧化碳和水。与热逆流氧化装置和催化逆流氧化装置相比，煤矿乏风瓦斯预热催化氧化器具有结构紧凑、占地面积小、流动阻力小等优点。特别是具有多反应室的煤矿乏风瓦斯预热催化氧化器结构更为紧凑。但是，每个矿井的乏风流量很大，比如一个典型矿井的乏风流量为5000～10000m3/min。为了能够尽量处理更多的煤矿乏风瓦斯，即使是具有多反应室的煤矿乏风瓦斯预热催化氧化器，每个反应室的氧化床流通横截面积都比较大，如果不采取乏风导流与分配技术措施，容易导致如下问题或不足：(1)氧化床流通截面上的煤矿乏风流速分配不均匀，流通截面上甲烷质量流量和氧化放热量也不均匀，势必造成氧化床流通截面温度分布不均匀，有些部位温度较高、有些部位温度较低；温度高的部位容易造成蓄热陶瓷破坏，降低了氧化器的寿命；在温度低的部位，甲烷氧化不完全，降低了甲烷氧化率，甚至导致氧化器工作不稳定；(2)进排气系统流通截面积变化很大，容易产生涡流和分离，造成较大的流动阻力损失，增大了系统的能耗。
发明内容
本发明的目的是提供一种煤矿乏风预热催化氧化器的进排气导流装置，对每个反应室的进、排气体进行导流和流量调节，使乏风均匀地进入各个反应室的氧化床，在氧化床流通截面流量上均匀地氧化放热，并减少进、排气流动阻力损失，有效地克服或避免上述现有技术中存在的问题或不足。其技术方案为：
一种煤矿乏风预热催化氧化器的进排气导流装置，煤矿乏风瓦斯预热催化氧化器的多反应室进、排气导流分配装置，其特征在于：包括有进气总管、进气支管、进气扩口管、进气布风箱、反应室、排气集气箱、排气收缩管、排气支管和排气总管，其中，并排排列的反应室数量为偶数，位于最外端的两个反应室的外侧与进气布风箱连通，排气集气箱和进气布风箱依次间隔设置在相邻的两反应室之间、并分别与反应室连通，即每个反应室均与一个进气布风箱和一个排气集气箱连通，每个进气布风箱均依次经过一个进气扩口管、一个设有调节阀的进气支管与进气总管连通，每个排气集气箱均依次经过一个排气收缩管、一个排气支管与排气总管连通，且进气扩口管、进气布风箱、排气集气箱、排气收缩管内均设有导流板。
所述的煤矿乏风预热催化氧化器的进排气导流装置，设置在进气扩口管内的导流板为一个或多个扩口导流板，在进气扩口管内水平排放，设置在进气布风箱内的导流板包括水平进气导流板和垂直进气导流板，其中水平进气导流板包括一个或多个，贯穿整个进气布风箱，头端对应与扩口导流板的末端连接，垂直进气导流板远离进气扩口管的末端弯向反应室，使出风口朝向反应室，位于最外端的两个进气布风箱内设有一个或多个垂直进气导流板，其余进气布风箱内设有多个垂直进气导流板，多个垂直进气导流板以进气布风箱的中间垂直面为对称面对称布置，该对称面平行于垂直进气导流板靠近进气扩口管的头端部分。
所述的煤矿乏风预热催化氧化器的进排气导流装置，设置在排气收缩管内的导流板为一个或多个收缩导流板，在排气收缩管内水平排放，设置在排气集气箱的内导流板包括一个或多个水平排气导流板和多个垂直排气导流板，其中水平排气导流板贯穿整个排气集气箱，末端对应与收缩导流板的头端连接，垂直排气导流板的头端弯向反应室，使进风口朝向反应室，每个排气集气箱内的多个垂直排气导流板，以排气集气箱的中间垂直面为对称面对称布置，该对称面平行于垂直排气导流板靠近排气收缩管的末端部分。
本发明的主要优点和有益效果是：
1、在各个进气支管内设置调节阀对乏风流量进行调节，可以保证进入每个反应室的乏风流量均匀。
2、乏风在进入各个反应室时，通过扩口导流板、水平排气导流板和垂直排气导流板的导流，一方面可以使乏风在催化反应室内的流通截面上分布均匀，提高了预热催化反应器的运行稳定性，另一方面可以有效避免进气涡流和分离的产生，降低了进气流动阻力；水平排气导流板、垂直排气导流板和收缩导流板可以有效避免排气涡流和分离的产生，因而整个装置的进、排气流动阻力较小，可以有效地降低风机的功率，提高装置的运行经济性。
附图说明
图1是本发明实施例的俯视剖面图。
图2是图1的A-A剖面图。
图3是图1的B-B剖面图。
图4是图1的C-C剖面图。
图中：1.反应室  2.进气布风箱  3.垂直进气导流板  4.进气扩口管  5.扩口导流板  6.进气支管  7.调节阀  8.进气总管  9.排气集气箱  10.垂直排气导流板  11.排气收缩管  12.收缩导流板  13.排气支管  14.排气总管  15.水平进气导流板  16.水平排气导流板
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的实施方案进一步说明
在图1-4所示的实施例1中：并排排列的反应室1数量为4个，位于最外端的两个反应室1的外侧与进气布风箱2连通，排气集气箱9和进气布风箱2依次间隔设置在相邻的两反应室1之间、并分别与反应室1连通，即每个反应室1均与一个进气布风箱2和一个排气集气箱9连通，每个进气布风箱2均依次经过一个进气扩口管4、一个设有调节阀7的进气支管6与进气总管8连通，每个排气集气箱9均依次经过一个排气收缩管11、一个排气支管13与排气总管14连通，且进气扩口管4、进气布风箱2、排气集气箱9、排气收缩管11内均设有导流板。设置在进气扩口管4内的导流板为两个扩口导流板5，在进气扩口管4内水平排放，设置在进气布风箱2内的导流板包括水平进气导流板15和垂直进气导流板3，其中水平进气导流板15包括两个，贯穿整个进气布风箱2，头端对应与扩口导流板5的末端连接，垂直进气导流板3远离进气扩口管4的末端弯向反应室1，使出风口朝向反应室1，位于最外端的两个进气布风箱2内设有一个垂直进气导流板3，其余进气布风箱2内设有两个垂直进气导流板3，两个垂直进气导流板3以进气布风箱2的中间垂直面为对称面对称布置，该对称面平行于垂直进气导流板3靠近进气扩口管4的头端部分。设置在排气收缩管11内的导流板为两个收缩导流板12，在排气收缩管11内水平排放，设置在排气集气箱9的内导流板包括两个水平排气导流板16和两个垂直排气导流板10，其中水平排气导流板16贯穿整个排气集气箱9，末端对应与收缩导流板12的头端连接，垂直排气导流板10的头端弯向反应室1，使进风口朝向反应室1，每个排气集气箱9内的两个垂直排气导流板10，以排气集气箱9的中间垂直面为对称面对称布置，该对称面平行于垂直排气导流板16靠近排气收缩管11的末端部分。

Claims (3)

1.一种煤矿乏风预热催化氧化器的进排气导流装置，其特征在于：包括有进气总管(8)、进气支管(6)、进气扩口管(4)、进气布风箱(2)、反应室(1)、排气集气箱(9)、排气收缩管(11)、排气支管(13)和排气总管(14)，其中，并排排列的反应室(1)数量为偶数，位于最外端的两个反应室(1)的外侧与进气布风箱(2)连通，排气集气箱(9)和进气布风箱(2)依次间隔设置在相邻的两反应室(1)之间、并分别与反应室(1)连通，即每个反应室(1)均与一个进气布风箱(2)和一个排气集气箱(9)连通，每个进气布风箱(2)均依次经过一个进气扩口管(4)、一个设有调节阀(7)的进气支管(6)与进气总管(8)连通，每个排气集气箱(9)均依次经过一个排气收缩管(11)、一个排气支管(13)与排气总管(14)连通，且进气扩口管(4)、进气布风箱(2)、排气集气箱(9)、排气收缩管(11)内均设有导流板。
2.如权利要求1所述的煤矿乏风预热催化氧化器的进排气导流装置，其特征在于：设置在进气扩口管(4)内的导流板为一个或多个扩口导流板(5)，在进气扩口管(4)内水平排放，设置在进气布风箱(2)内的导流板包括水平进气导流板(15)和垂直进气导流板(3)，其中水平进气导流板(15)包括一个或多个，贯穿整个进气布风箱(2)，头端对应与扩口导流板(5)的末端连接，垂直进气导流板(3)远离进气扩口管(4)的末端弯向反应室(1)，使出风口朝向反应室(1)，位于最外端的两个进气布风箱(2)内设有一个或多个垂直进气导流板(3)，其余进气布风箱(2)内设有多个垂直进气导流板(3)，多个垂直进气导流板(3)以进气布风箱(2)的中间垂直面为对称面对称布置，该对称面平行于垂直进气导流板(3)靠近进气扩口管(4)的头端部分。
3.如权利要求1所述的煤矿乏风预热催化氧化器的进排气导流装置，其特征在于：设置在排气收缩管(11)内的导流板为一个或多个收缩导流板(12)，在排气收缩管(11)内水平排放，设置在排气集气箱(9)内的导流板包括一个或多个水平排气导流板(16)和多个垂直排气导流板(10)，其中水平排气导流板(16)贯穿整个排气集气箱(9)，末端对应与收缩导流板(12)的头端连接，垂直排气导流板(10)的头端弯向反应室(1)，使进风口朝向反应室(1)，每个排气集气箱(9)内的多个垂直排气导流板(10)，以排气集气箱(9)的中间垂直面为对称面对称布置，该对称面平行于垂直排气导流板(16)靠近排气收缩管(11)的末端部分。
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