CN102767836A

CN102767836A - 一种矿井风排瓦斯燃烧热能利用装置

Info

Publication number: CN102767836A
Application number: CN2012102714134A
Authority: CN
Inventors: 关维娟; 陈明强; 陈清华; 王开松; 俞俊海; 郭振; 杨新春
Original assignee: Anhui University of Science and Technology
Current assignee: Anhui University of Science and Technology
Priority date: 2012-08-01
Filing date: 2012-08-01
Publication date: 2012-11-07

Abstract

一种矿井风排瓦斯燃烧热能利用装置，包括设有瓦斯进气口和高温烟气出气口的主管道、燃烧器以及回流管路，其特征在于：主管道内沿其轴向均布有多根用于铜管，铜管两端通过多孔固定挡板将主管道腔与铜管腔形成两个隔开的换热通道，铜管形成的第一换热通道一端与高温烟气出气口相连，另一端与回流管路出气口相连；主管道内壁与各铜管外壁所围成的第二换热通道与瓦斯进气口相连通；燃烧器进口与第二换热通道出气口连通，燃烧器的出气口与回流管路进气口相连，本发明采用管中管结构，使燃烧过的高温烟气在多根铜管中流动，与在铜管间隙中流动的风排瓦斯进行热交换，利用系统自身燃烧能预热风排瓦斯，达到充分利用风排瓦斯燃烧热能的目的。

Description

一种矿井风排瓦斯燃烧热能利用装置

技术领域

本发明属于燃烧设备技术领域，特别涉及风排瓦斯的燃烧装置。

背景技术

煤矿通风排出的煤矿瓦斯，CH4含量一般低于1%，称之为风排瓦斯（俗称“乏风”）。全世界因煤矿开采每年排入大气中的甲烷总量为2500万吨，随着煤炭产量的增加，到2010年甲烷排放量已增至2800万吨，其中70%来自甲烷浓度低于1%的风排瓦斯中。这部分煤矿瓦斯由于CH4浓度太低，利用技术难度较大。目前，世界上几乎所有煤矿的风排瓦斯都未进行回收处理，直接排放到大气中。将甲烷直接排放到大气中，一方面造成了有限的不可再生资源的严重浪费，仅每年从煤矿风排瓦斯中释放的瓦斯其低位发热量相当于3370万吨标准煤的低位发热量；另一方面造成了大气污染，加剧了温室效应，单位质量的CH4对大气温室效应影响GWP(GlobalWarm-ingPotential)是CO2的21倍。因此，合理回收利用矿井风排瓦斯具有节能和环保双重意义。

目前低浓度瓦斯燃烧技术主要有两类：一类是美国SEQUA公司和瑞典ADTEC研制开发的热流转反应器技术（TFRR）；另一类是加拿大能源多样化实验室和NRcan研制的催化流转反应器技术（CFRR）。TFRR基本原理与高温空气燃烧（HTAC）相同，区别在于TFRR的燃烧与换热均直接发生在多孔介质中，从而提高了热能循环利用效率。CFRR技术与TFRR技术的区别主要是在热交换器和热交换介质间加入了催化剂层，降低了瓦斯自燃温度（380℃~600℃）。为了达到循环换热充分利用瓦斯燃烧能的目的，两者均需要定期进行气流换向，而且为了避免大量散热，维持燃烧稳定进行，反应器需要良好的绝热层，致使设备结构及操作较为复杂。申请号为200710020394.7和200710131844.X的中国专利申请分别公布了一种新型环形燃烧器和一种采用并联燃烧器单元结构的燃烧器，两种装置共同点均为燃烧器中心装有多孔介质材料，气流通道采用螺旋状、圆环状或方环状的多圈气流通道，虽然可实现不用进行气流换向即可充分循环利用瓦斯燃烧能的目的，但属特殊结构，加工及安装难度较大，同时由于气流通道圈数不易调整，系统适应性不佳。

发明内容

本发明为了避免现有技术存在的不足之处，提供一种矿井风排瓦斯燃烧热能利用装置，利用系统自身燃烧能预热风排瓦斯，达到充分利用风排瓦斯燃烧热能的目的。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种矿井风排瓦斯燃烧热能利用装置，包括设有瓦斯进气口和高温烟气出气口的主管道、燃烧器以及回流管路，其结构特点在于：所述主管道内沿其轴向均布有多根用于铜管，所述铜管两端通过多孔固定挡板将主管道腔与铜管腔形成两个隔开的换热通道，所述多根铜管形成的第一换热通道一端通过多孔固定挡板与高温烟气出气口相连，另一端通过多孔固定挡板与回流管路出气口相连；所述主管道内壁与各铜管外壁所围成的第二换热通道与主管道瓦斯进气口相连通；所述燃烧器进口与第二换热通道出气口连通，燃烧器的出气口与回流管路进气口相连，燃烧后的高温烟气进入回流管路，经由回流出气口进入铜管内，与第二换热通道内的风排瓦斯充分换热后，由高温烟气出气口排出。

本发明结构特点还在于：

所述瓦斯进气口设有将瓦斯抽入第二换热通道的风机。

所述高温烟气出气口与供暖或热能发电装置相连。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明采用管中管结构，使燃烧过的高温烟气在多根铜管中流动，与在铜管间隙中流动的风排瓦斯进行热交换，利用系统自身燃烧能预热风排瓦斯，达到充分利用风排瓦斯燃烧热能的目的。

2、本发明管中管结构，管内流动的高温烟气被管外低温风排瓦斯气流包围，其散发的热能被充分用于风排瓦斯的预热，起到了降低高温烟气热损失的目的，同时也降低了对管道绝热性能的要求。

3、本发明结构简单，没有需特殊加工部件，更易于实现，低温气流与高温烟气的热交换距离及铜管数，均可根据要求调整，以适应不同矿井的实际情况。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图。

图2a为本发明进气口结构剖面示意图。

图2b为本发明铜管安装结构剖面示意图。

图2c为本发明燃烧器进口处结构剖面示意图。

图中黑色实线箭头为风排瓦斯进气方向，虚线箭头为高温烟气流动方向。

图中标号：1进气管、2主管道、21风排瓦斯进气口、22高温烟气出气口、3燃烧器、4回流管路、5回流管路进气口、6多孔固定挡板、61通孔；7铜管、8燃烧器进口。

以下结合附图通过具体实施方式对本发明技术方案做进一步说明。

具体实施方式

如图所示，装置包括设有风排瓦斯进气口21和高温烟气出气口22的主管道2、燃烧器3以及回流管路4，主管道2内沿其轴向均布有多根用于铜管7，铜管7两端通过多孔固定挡板6将主管道腔与铜管腔形成两个隔开的换热通道，多根铜管形成的第一换热通道一端通过多孔固定挡板6与高温烟气出气口22相连，另一端通过多孔固定挡板6与回流管路4出气口相连；主管道内壁与各铜管外壁所围成的第二换热通道与主管道风排瓦斯进气口21相连通；燃烧器进口8与第二换热通道出气口连通，燃烧器的出气口与回流管路进气口5相连，燃烧后的高温烟气进入回流管路4，经由回流出气口进入铜管7内，与第二换热通道内的风排瓦斯充分换热后，由高温烟气出气口22排出。其中瓦斯进气口设有将瓦斯抽入第二换热通道的风机；高温烟气出气口与供暖或热能发电装置相连。

本发明工作原理：外设风机将风排瓦斯抽入进气管1，进气管1连接主管道的风排瓦斯进气口21，风排瓦斯进入主管道的第二换热通道，与在铜管7内的高温烟气发生热交换，由于铜管有许多根，且均布安装，可保证风排瓦斯与高温烟气充分接触，主管道足够长以使风排瓦斯在流动过程中被高温烟气充分预热。风排瓦斯被预热至一定温度后，进入燃烧器3燃烧，燃烧后的高温烟气进入回流管路4，经由回流进气口进入铜管7内，与风排瓦斯充分换热后，由高温烟气出气口排出，该出气口可与供暖或热能发电装置相连以充分利用多余热能。实际使用中，可根据矿井实际情况，设定风排瓦斯与铜管的换热距离，也即控制风排瓦斯与铜管内的高温烟气热交换时间，调整风排瓦斯预热温度。系统启动前，通过电热元件将燃烧器加热至燃烧温度，正常运行后，加热器关闭，系统可实现自循环运行。

Claims

1.一种矿井风排瓦斯燃烧热能利用装置，包括设有瓦斯进气口和高温烟气出气口的主管道、燃烧器以及回流管路，其特征在于：所述主管道内沿其轴向均布有多根用于铜管，所述铜管两端通过多孔固定挡板将主管道腔与铜管腔形成两个隔开的换热通道，所述多根铜管形成的第一换热通道一端通过多孔固定挡板与高温烟气出气口相连，另一端通过多孔固定挡板与回流管路出气口相连；所述主管道内壁与各铜管外壁所围成的第二换热通道与主管道瓦斯进气口相连通；所述燃烧器进口与第二换热通道出气口连通，燃烧器的出气口与回流管路进气口相连，燃烧后的高温烟气进入回流管路，经由回流出气口进入铜管内，与第二换热通道内的风排瓦斯充分换热后，由高温烟气出气口排出。

2.根据权利要求1所述的一种风排瓦斯燃烧热能利用装置，其特征在于，所述瓦斯进气口设有将瓦斯抽入第二换热通道的风机。

3.根据权利要求1所述的一种风排瓦斯燃烧热能利用装置，其特征在于，所述高温烟气出气口与供暖或热能发电装置相连。