CN102278135B - 旋流式煤矿抽采瓦斯稀释混合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋流式煤矿抽采瓦斯稀释混合器，包括壳体、入口管和扩张管，入口管为90°弯管，入口端设置在壳体外，入口端的直管段垂直穿入壳体内，出口端的直管段水平设置在壳体内，与扩张管相连朝向壳体的出口端，其特征在于：增设内螺旋叶片、外螺旋叶片、加强筋和导流锥，其中导流锥为锥体结构，位于扩张管内、尖头背向扩张管的出口端，扩张管、壳体与导流锥之间经过加强筋固定连接，入口管靠近出口端的直管段、扩张管和导流锥的轴线位于壳体的轴心，内螺旋叶片安装于入口管靠近出口端的直管段内，外螺旋叶片安装在入口管靠近出口端的直管段的外壁与壳体内壁围成的环形空腔内。本发明具有安全保护，抽采瓦斯输送能耗低等优点。

Description

旋流式煤矿抽采瓦斯稀释混合器

技术领域

本发明涉及煤矿乏风瓦斯氧化装置的供气设备，尤其涉及一种煤矿乏风瓦斯氧化装置的抽采瓦斯、乏风瓦斯或空气的螺旋叶片旋流式稀释混合器，属于超低浓度甲烷热逆流氧化和低密度能量回收技术领域。

背景技术

全球范围内采煤每年释放的甲烷量约49Mt，约占全球范围内甲烷排放总量的9％左右。甲烷在大气中的浓度是各温室气体中增长最快的一个，因其强烈的温室效应，甲烷的排放必须受到有效的控制。我国每年抽采瓦斯约为50多亿立方米。其中利用的抽采瓦斯仅占1/4～1/3，其余都处于排空状态。特别是浓度低于8％的低浓度抽采瓦斯无法进行民用或发电利用，只有排空。这些被排入到大气中的甲烷不仅造成严重的大气污染，而且极大地浪费了能源。

煤矿乏风热逆流氧化装置是对超低浓度甲烷进行利用的先进技术，可以将抽采瓦斯与空气或者煤矿乏风瓦斯混合稀释后送入氧化装置内进行氧化利用。为了保证煤矿乏风瓦斯氧化装置安全运行，要求进入氧化装置氧化床的瓦斯气体浓度要远远低于瓦斯的爆炸极限，一般来说要小于1.5％，不能出现局部过浓现象。螺旋叶片旋流式混合器是该氧化装置中保证抽采瓦斯与空气或者煤矿乏风瓦斯混合均匀性的关键部件，可以配制出甲烷浓度为0.3％～1.2％的混合气，其性能好坏在很大程度上影响甲烷的转化率、装置的稳定性、经济性和安全性。

在专利“氧化装置瓦斯气掺混进气系统”(CN200920025062.2)中，瓦斯混合器的主管和副管设计比较复杂，而且高浓度的瓦斯气体360°范围内从很细的副管进入瓦斯进气主管，增加了高浓度瓦斯与壁面摩擦发生爆炸的危险。在专利“煤矿抽采瓦斯与乏风瓦斯的混合器”(CN 201010274136.3)中，混合器的结构复杂而且其均布小孔的瓦斯引射管的圆锥尾管会带来很大的流动阻力，增加输运瓦斯的能耗。除此之外，目前还未见有结构和性能都比较完善的瓦斯稀释混合器。

发明内容

本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷，弥补现有煤矿乏风瓦斯氧化装置供气技术的不足，提供一种将抽采瓦斯、乏风瓦斯或空气均匀混合，并且降低到安全的浓度的旋流式煤矿抽采瓦斯稀释混合器。其技术方案为：

一种旋流式煤矿抽采瓦斯稀释混合器，包括管状的壳体和瓦斯引射管，瓦斯引射管包括入口管和安装在入口管出口端的扩张管，其中入口管为90°弯管、入口端设置在壳体外，入口管靠近入口端的直管段垂直穿入壳体内、靠近出口端的直管段水平设置在壳体内，与扩张管相连并且朝向壳体的出口端，其特征在于：增设内螺旋叶片、外螺旋叶片、加强筋和导流锥，其中导流锥为锥体结构，位于扩张管内、尖头背向扩张管的出口端，扩张管、壳体与导流锥之间经过加强筋固定连接，入口管靠近出口端的直管段、扩张管和导流锥的轴线位于壳体的轴心，内螺旋叶片安装于入口管靠近出口端的直管段内，外螺旋叶片安装在入口管靠近出口端的直管段与壳体内壁围成的环形空腔内。

所述的旋流式煤矿抽采瓦斯稀释混合器，壳体和入口管的管径不变，扩张管采用内径渐大的变径管，扩张管的扩张角度在30°到90°之间，扩张管的出口端截面积在壳体截面积的50％-80％之间。

所述的旋流式煤矿抽采瓦斯稀释混合器，入口管的弯头至扩张管出口端之间的轴向距离不小于入口管管径的6倍。所述的旋流式煤矿抽采瓦斯稀释混合器，其特征在于：扩张管的出口端与壳体出口端之间的轴向距离不低于壳体管径的2倍。

所述的旋流式煤矿抽采瓦斯稀释混合器，其特征在于：内螺旋叶片和外螺旋叶片的旋转方向相同，内螺旋叶片与入口管出口端的直管段的内壁相切，外螺旋叶片与入口管出口端的直管段的外壁和壳体的内壁相切。

所述的旋流式煤矿抽采瓦斯稀释混合器，其特征在于：壳体与上游和下游管道焊接，入口气体为空气或乏风瓦斯，入口管入口端与上游管道焊接，入口气体为抽采瓦斯。

本发明与现有技术相比，其优点是：

1、内、外螺旋叶片使扩张管出口内侧的高浓度瓦斯和外侧的空气或煤矿乏风气体有同向的切向旋流速度，切向旋转产生的离心力有助于将中心区的高浓度瓦斯向周边输运，使内侧的抽采瓦斯和外侧的空气或煤矿乏风气体在很短的时间和距离内达到混合均匀。

2.本混合器可安装于引风机的入口管路，利用管路负压抽吸抽采瓦斯，同时扩张管使得管内和管外的气体流速拉开差距，管外的空气或煤矿乏风气体流速比管内的抽采瓦斯流速高，对管内的抽采瓦斯具有引射作用，减少抽采瓦斯的输送功耗，降低了煤矿井下通风系统改造的成本。

3、抽采瓦斯从管路中心引入，空气或乏风瓦斯从管路外围引入，在混合均匀之前壁面附近的瓦斯浓度很低，避免了局部高浓度瓦斯气体与壁面摩擦爆炸的危险。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是图1所示实施例的A向侧视图。

图3是图1所示实施例的B-B剖视图。

图中：1、壳体  2、加强筋  3、导流锥  4、扩张管  5、入口管  6、外螺旋叶片  7、内螺旋叶片

具体实施方式

在图1-3所示的实施例中：包括管状的壳体1、瓦斯引射管、内螺旋叶片7、外螺旋叶片6、加强筋2和导流锥3，瓦斯引射管包括入口管5和安装在入口管5出口端的扩张管4，其中壳体1和入口管5的管径不变，扩张管4采用内径渐大的变径管、扩张角度为60°，扩张管4的出口端截面积是壳体1截面积的65％、出口端与壳体1出口端之间的轴向距离是壳体1管径的3倍，入口管5为90°弯管、弯头至扩张管4出口端之间的轴向距离不小于入口管5管径的6倍；入口管5的入口端设置在壳体1外，入口管5靠近入口端的直管段垂直穿入壳体1内、靠近出口端的直管段水平设置在壳体1内，与扩张管4相连并且朝向壳体1的出口端；导流锥3为锥体结构，位于扩张管4内、尖头背向扩张管4的出口端，扩张管4、壳体1与导流锥3之间经过加强筋2固定连接，入口管5靠近出口端的直管段、扩张管4和导流锥3的轴线位于壳体1的轴心，内螺旋叶片7安装于入口管5靠近出口端的直管段内，外螺旋叶片6安装在入口管5靠近出口端的直管段与壳体1内壁围成的环形空腔内。

内螺旋叶片7和外螺旋叶片6的旋转方向相同，内螺旋叶片7与入口管5出口端的直管段的内壁相切，外螺旋叶片6与入口管5出口端的直管段的外壁和壳体1的内壁相切。

壳体1与上游和下游管道焊接，入口气体为乏风瓦斯，入口管5入口端与上游管道焊接，入口气体为抽采瓦斯。

Claims (6)

1.一种旋流式煤矿抽采瓦斯稀释混合器，包括管状的壳体（1）和瓦斯引射管，瓦斯引射管包括入口管（5）和安装在入口管（5）出口端的扩张管（4），其中入口管（5）为90°弯管、入口端设置在壳体（1）外，入口管（5）靠近入口端的直管段垂直穿入壳体（1）内、靠近出口端的直管段水平设置在壳体（1）内，入口管（5）的出口端与扩张管（4）相连并且朝向壳体（1）的出口端，其特征在于：增设内螺旋叶片（7）、外螺旋叶片（6）、加强筋（2）和导流锥（3），其中导流锥（3）为锥体结构，位于扩张管（4）内、尖头背向扩张管（4）的出口端，扩张管（4）、壳体（1）与导流锥（3）之间经过加强筋（2）固定连接，入口管（5）靠近出口端的直管段、扩张管（4）和导流锥（3）的轴线位于壳体（1）的轴心，内螺旋叶片（7）安装于入口管（5）靠近出口端的直管段内，外螺旋叶片（6）安装在入口管（5）靠近出口端的直管段与壳体（1）内壁围成的环形空腔内。

2.如权利要求1所述的旋流式煤矿抽采瓦斯稀释混合器，其特征在于：壳体（1）和入口管（5）的管径不变，扩张管（4）采用内径渐大的变径管，扩张管（4）的扩张角度在30°到90°之间，扩张管（4）的出口端截面积在壳体（1）截面积的50%-80%之间。

3.如权利要求1所述的旋流式煤矿抽采瓦斯稀释混合器，其特征在于：入口管（5）的弯头至扩张管（4）出口端之间的轴向距离不小于入口管（5）管径的6倍。

4.如权利要求1所述的旋流式煤矿抽采瓦斯稀释混合器，其特征在于：扩张管（4）的出口端与壳体（1）出口端之间的轴向距离不低于壳体（1）管径的2倍。

5.如权利要求1所述的旋流式煤矿抽采瓦斯稀释混合器，其特征在于：内螺旋叶片（7）和外螺旋叶片（6）的旋转方向相同，内螺旋叶片（7）与入口管（5）出口端的直管段的内壁相切，外螺旋叶片（6）与入口管（5）出口端的直管段的外壁和壳体（1）的内壁相切。

6.如权利要求1所述的旋流式煤矿抽采瓦斯稀释混合器，其特征在于：壳体（1）与上游和下游管道焊接，入口气体为空气或乏风瓦斯，入口管（5）入口端与上游管道焊接，入口气体为抽采瓦斯。

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