CN102337984A

CN102337984A - 一种可回收热能的通风瓦斯氧化系统

Info

Publication number: CN102337984A
Application number: CN2011102764834A
Authority: CN
Inventors: 萧琦; 吕元; 邓浩鑫; 李彬; 肖云汉
Original assignee: Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Current assignee: Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Priority date: 2011-09-16
Filing date: 2011-09-16
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2031-09-16
Also published as: CN102337984B

Abstract

一种可回收热能的通风瓦斯氧化系统，属于煤矿瓦斯治理、减排技术领域。包括使用管道连接的进风管道（1）、气流引导装置（2、12）、氧化装置、排烟管道（5）和烟囱（12），氧化装置包括氧化室（9）、陶瓷蓄热材料（10）和整流室（11），氧化室（9）的外壁由外向内依次设置有外部绝热保温层（6）、模式壁换热面（7）和内部隔热层（8），氧化室（9）同时也是余热回收装置，模式壁换热面（7）所吸收热量占通风瓦斯甲烷氧化释放总热量的0%～80%，外部绝热保温层（6）用于进一步减少氧化装置对周围环境散热，内部隔热层（8）用于控制模式壁换热面（7）的吸热量。本发明具有通风瓦斯甲烷浓度适应性强、自维持浓度低、装置热效率高等优点。

Description

一种可回收热能的通风瓦斯氧化系统

技术领域

本发明属于煤矿瓦斯治理、减排技术领域，特别是涉及一种可回收热能的煤矿通风瓦斯蓄热式氧化系统，在不影响通风瓦斯氧化装置运行的前提下回收热能，可产生过热蒸汽、饱和蒸汽或热水。

背景技术

以前的通风瓦斯蓄热式氧化系统不配备热能回收设备，甲烷氧化以后产生的热量随烟气排入大气，造成大量能源的浪费。当前部分通风瓦斯蓄热式氧化系统开始配备热能回收设备，其具体做法是将用于回收热量的换热器受热面布置在陶瓷蓄热材料内部。这种换热器预埋在陶瓷蓄热材料内部的结构虽然可以回收部分甲烷氧化以后产生的热量，但是存在诸多缺点：一、受热面布置位置受到通风瓦斯中甲烷浓度影响，氧化装置对甲烷浓度的适应性差；二、受热面在通风瓦斯进入陶瓷蓄热床时换热效率低下；三、受热面在通风瓦斯进入陶瓷蓄热床时吸收热量，导致氧化装置自维持浓度提高，氧化装置经济性差；四、氧化装置结构复杂，受热面维修、维护困难。当前的通风瓦斯氧化及热能回收装置亟待改进。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种可以高效回收热能的通风瓦斯氧化系统，不仅能保持通风瓦斯氧化系统热量回收率超过95%、甲烷分解效率高于95%和氧化装置连续、稳定运行，还解决了现有通风瓦斯氧化系统存在的受热面布置对甲烷浓度的适应性差、氧化装置自维持浓度高经济性差、结构复杂受热面维修困难等问题。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案是：

一种可回收热能的通风瓦斯氧化系统，所述系统包括使用管道连接的进风管道（1）、气流引导装置（2、13）、通风瓦斯氧化装置、排烟管道（5）和烟囱（12），所述通风瓦斯氧化装置包括氧化室（9）、陶瓷蓄热材料（10）和整流室（11），其特征在于：所述氧化室（9）的外壁由外向内依次设置有外部绝热保温层（6）、模式壁换热面（7）和内部隔热层（8），氧化室（9）既是通风瓦斯氧化发生装置，也是余热回收装置，通风瓦斯氧化发生装置和余热回收装置是一体的，所述模式壁换热面（7）用于吸收热量，所吸收热量占通风瓦斯甲烷氧化释放总热量的0%～80%，同时降低所述氧化室（9）的壁面温度，所述外部绝热保温层（6）用于进一步减少所述通风瓦斯氧化装置对周围环境散热，所述内部隔热层（8）用于控制模式壁换热面（7）的吸热量。

本发明的创新点在于：一、在氧化装置氧化室（9）外壁内设置模式壁换热面（7）和外部绝热保温层（6），氧化装置氧化室（9）同时也是余热回收装置，模式壁换热面（7）用于吸收热量，同时降低壁面温度，外部绝热保温层（6）进一步减少氧化装置对周围环境散热。二、在氧化装置氧化室（9）外壁内、模式壁换热面（7）内侧设置内部隔热层（8），用于控制模式壁换热面（7）的吸热量。

优选的，所述内部隔热层（8）由耐火材料构成。

优选的，所述通风瓦斯氧化装置进一步包括三通换向阀A（3）和三通换向阀B（4），两个三通换向阀分别设置于所述整流室（11）的进/排气口，当通风瓦斯气流从三通换向阀A（3）进入整流室（11）时，烟气从三通换向阀B（4）排出，当通风瓦斯气流从三通换向阀B（4）进入整流室（11）时，烟气从三通换向阀A（3）排出。

优选的，所述模式壁换热面（7）为模块化结构，由同一平面上多根平行金属管和连接金属管的钢板构成，金属管和钢板都可作为有效换热面积；适用于壁面换热结构，具有换热面积大、气密性好、施工方便等优点。

优选的，所述气流引导装置为鼓风机（2），设置于所述通风瓦斯氧化装置的上游。

优选的，所述气流引导装置为引风机（12），设置于所述通风瓦斯氧化装置的下游，其进风口同所述排烟管道（5）的下游出口相连接，其出风口同所述烟囱（12）相连通。

本发明的优点在于：一、氧化装置构造不受通风瓦斯中甲烷浓度影响，氧化装置对甲烷浓度的适应性强；二、受热面只吸收高温烟气的部分热量，氧化装置自维持浓度低，氧化装置经济性好；三、氧化装置和余热回收装置一体化设计，减少壁面散热，装置热效率高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明第一个实施例的系统原理图。

图2是本发明第二个实施例的系统原理图。

其中，1.进风管道、2.鼓风机、3.三通换向阀A、4.三通换向阀B、5.排烟管道、6.外部绝热保温层、7.模式壁换热面、8.内部隔热层、9.氧化室、10陶瓷蓄热材料、11.整流室、12.烟囱、13.引风机。

具体实施方式

实施例一

图1为本发明的第一种实施方式，通风瓦斯通过进风管道1、鼓风机2、三通换向阀A3、整流室11进入陶瓷蓄热材料10预热，再进入氧化室9氧化分解（气流流动方向如图中实线箭头所示）。甲烷分解氧化以后释放的热量有一部分通过内部隔热层8以后，被模式壁换热面7吸收；此部分热量与通风瓦斯中甲烷浓度有关，占通风瓦斯甲烷氧化释放总热量的0%～80%；在氧化室9外壁内、模式壁换热面7内侧设置内部隔热层8，由耐火材料构成，用于控制模式壁换热面7的吸热量；模式壁换热面7外侧设置外部绝热保温层6，减少模式壁换热面7向外部散热。烟气带着剩余部分热量进入陶瓷蓄热材料10冷却，再通过整流室11、三通换向阀B4、排烟管道5、烟囱12排入大气；此部分热量与通风瓦斯中甲烷浓度有关，占通风瓦斯甲烷氧化释放总热量的100%～20%。经过一个工作周期后，进排气流方向切换（气流流动方向如图中虚线箭头所示）；通风瓦斯通过进风管道1、鼓风机2、三通换向阀B4、整流室11进入陶瓷蓄热材料10预热，再进入氧化装置氧化室9氧化分解；甲烷分解氧化以后释放热量的0%～80%通过内部隔热层8以后，被模式壁换热面7吸收；烟气带着剩余部分热量进入陶瓷蓄热材料10冷却，再通过整流室11、三通换向阀A3、排烟管道5、烟囱12排入大气。再经过一个工作周期后，再次换向（气流流动方向如图中实线箭头所示），如此周期性循环运行。

实施例二

图2为本发明的第二种实施方式，通风瓦斯通过进风管道1、三通换向阀A3、整流室11进入陶瓷蓄热材料10预热，再进入氧化室9氧化分解（气流流动方向如图中实线箭头所示）。甲烷分解氧化以后释放的热量有一部分通过内部隔热层8以后，被模式壁换热面7吸收；此部分热量与通风瓦斯中甲烷浓度有关，占通风瓦斯甲烷氧化释放总热量的0%～80%；在氧化室9外壁、模式壁换热面7内侧设置内部隔热层8，由耐火材料构成，用于控制模式壁换热面7的吸热量；模式壁换热面7外侧设置外部绝热保温层6，减少模式壁换热面7向外部散热。烟气带着剩余部分热量进入陶瓷蓄热材料10）、冷却，再通过整流室11、三通换向阀B4、排烟管道5、引风机13、烟囱12排入大气；此部分热量与通风瓦斯中甲烷浓度有关，占通风瓦斯甲烷氧化释放总热量的100%～20%。经过一个工作周期后，进排气流方向切换（气流流动方向如图中虚线箭头所示）；通风瓦斯通过进风管道1、三通换向阀B4、整流室11进入陶瓷蓄热材料10预热，再进入氧化装置氧化室9氧化分解；甲烷分解氧化以后释放热量的0%～80%通过内部隔热层8以后，被模式壁换热面7吸收；烟气带着剩余部分热量进入陶瓷蓄热材料10冷却，再通过整流室11、三通换向阀A3、排烟管道5、引风机13、烟囱12排入大气。再经过一个工作周期后，再次换向（气流流动方向如图中实线箭头所示），如此周期性循环运行。

Claims

1.一种可回收热能的通风瓦斯氧化系统，所述系统包括使用管道连接的进风管道（1）、气流引导装置（2、12）、通风瓦斯氧化装置、排烟管道（5）和烟囱（12），所述通风瓦斯氧化装置包括氧化室（9）、陶瓷蓄热材料（10）和整流室（11），其特征在于：

所述氧化室（9）的外壁由外向内依次设置有外部绝热保温层（6）、模式壁换热面（7）和内部隔热层（8），

氧化室（9）既是通风瓦斯氧化发生装置，也是余热回收装置，通风瓦斯氧化发生装置和余热回收装置是一体的，

所述模式壁换热面（7）用于吸收热量，所吸收热量占通风瓦斯甲烷氧化释放总热量的0%～80%，同时降低所述氧化室（9）的壁面温度，

所述外部绝热保温层（6）用于进一步减少所述通风瓦斯氧化装置对周围环境散热，所述内部隔热层（8）用于控制模式壁换热面（7）的吸热量。

2.根据权利要求1所述的可回收热能的通风瓦斯氧化系统，其特征在于：所述内部隔热层（8）由耐火材料构成。

3.根据权利要求1所述的可回收热能的通风瓦斯氧化系统，其特征在于：所述模式壁换热面（7）为模块化结构，由同一平面上多根平行金属管和连接金属管的钢板构成。

4.根据权利要求3所述的可回收热能的通风瓦斯氧化系统，其特征在于：所述通风瓦斯氧化装置进一步包括三通换向阀A（3）和三通换向阀B（4），两个三通换向阀分别设置于所述整流室（11）的进/排气口，当通风瓦斯气流从三通换向阀A（3）进入整流室（11）时，烟气从三通换向阀B（4）排出，当通风瓦斯气流从三通换向阀B（4）进入整流室（11）时，烟气从三通换向阀A（3）排出。

5.根据权利要求1至4任一项所述的可回收热能的通风瓦斯氧化系统，其特征在于：所述气流引导装置为鼓风机（2），设置于所述通风瓦斯氧化装置的上游。

6.根据权利要求1至4任一项所述的可回收热能的通风瓦斯氧化系统，其特征在于：所述气流引导装置为引风机（12），设置于所述通风瓦斯氧化装置的下游，其进风口同所述排烟管道（5）的下游出口相连接，其出风口同所述烟囱（11）相连通。