CN103306717B - 乏风瓦斯浓缩后逆流氧化及余热利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种乏风瓦斯浓缩后逆流氧化及余热利用方法，其工艺流程步骤如下：1)乏风瓦斯经引风机Ⅰ输送至变温吸附浓缩装置内，在通过吸附材料时甲烷被吸附，风机Ⅲ引入的脱附用烟气被输送至变温吸附浓缩装置，使甲烷从吸附材料中脱附，脱附后乏风瓦斯气体中甲烷浓度可达到1％；2)提纯脱附后乏风瓦斯由主风机Ⅱ输送至乏风逆流氧化装置，被装置内蓄热材料加热至氧化温度，在燃烧室内发生氧化反应并放出热量，形成低于150℃低温烟气从乏风逆流氧化装置出口排出；3)从乏风逆流氧化装置内抽取温度在800℃～1000℃高温烟气并输送至余热锅炉，从余热锅炉出口排出的中温烟气其温度在300℃～450℃。
Description
技术领域
本发明属于用于或不用于其他目的的瓦斯排放方法或装置领域，具体是涉及一种乏风瓦斯浓缩后逆流氧化及余热利用方法。
背景技术
煤矿通风瓦斯又称乏风瓦斯,乏风瓦斯中甲烷含量低且缺乏有效的利用手段，通常是采用直接将乏风瓦斯排入大气，一方面据有关资料统计，2008年通过乏风排入大气中的甲烷量已达到161亿m3，另一方面研究表明甲烷温室效应约为二氧化碳的21倍，对生态环境破坏性极强，因此乏风瓦斯回收利用具有节能和环保双重意义。
乏风瓦斯中甲烷含量低，无法直接被点燃或维持燃烧，这是开发利用乏风瓦斯的难点，随着人们对能源以及环境问题的重视，国内外对乏风瓦斯的处理和能量回收利用技术越发关注，目前乏风瓦斯的氧化利用多采用热逆流氧化技术，其工作原理为：装置启动时由辅助加热手段将氧化床中心部分加热至高温，形成中心温度高、两侧温度低的温度场，乏风瓦斯初始从一个方向通过蜂窝陶瓷蓄热体，在流动过程中吸收热量温度逐渐升高并迅速氧化，氧化后的高温烟气继续流动并将后续的蓄热体加热，烟气自身温度降低后排出反应器；经过一定周期后，气流换向，如此循环往复，系统持续运行。
另外《煤矿安全规程》规定，矿井总回风巷中瓦斯的浓度不能超过0.75％，因此现有的煤矿风井出口乏风中瓦斯浓度一般在0.3％～0.4％。这种浓度乏风瓦斯经过乏风逆流氧化装置后，产生的热量除维持自热平衡外，可以被利用的热量较少。如果要利用乏风逆流氧化装置的余热来发电，则需要使用高浓度的抽采瓦斯进行掺混，将乏风瓦斯浓度提升至1％及以上。但由于乏风处理量大，需要使用的抽采瓦斯较多。有些煤矿抽采瓦斯量较少，并不能满足掺混需要；有些煤矿抽采瓦斯被用于内燃机发电，没有抽采瓦斯可用；还有些煤矿抽采泵站距离风井出口较远，使用抽采瓦斯掺混非常不便。这些均限制了乏风瓦斯经乏风逆流氧化装置处理后余热进一步利用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种乏风瓦斯浓缩后逆流氧化及余热利用方法，该方法利用变温吸附工艺将通入变温吸附浓缩装置中乏风瓦斯浓度提高至1％，不需掺混高浓度的抽采瓦斯，减小了后续乏风逆流氧化装置的乏风处理量，提升了装置的处理效率，烟气余热得到了梯级利用，系统整体热效率高。
为了达到上述目的，本发明乏风瓦斯浓缩后逆流氧化及余热利用方法，其工艺流程步骤如下：
1)风井出口的乏风瓦斯经引风机Ⅰ输送至变温吸附浓缩装置内，在通过吸附材料时甲烷被吸附，风机Ⅲ引入的脱附用烟气被输送至变温吸附浓缩装置，使甲烷从吸附材料中脱附，脱附后乏风瓦斯气体中甲烷浓度可达到1％；
2)提纯脱附后乏风瓦斯由主风机Ⅱ输送至乏风逆流氧化装置，被装置内蓄热材料加热至氧化温度，在燃烧室内发生氧化反应并放出热量，乏风瓦斯将热量储存在蓄热材料内供加热下一周期的新鲜气流使用，且自身温度降低后形成低于100℃低温烟气从乏风逆流氧化装置出口排出；
3)抽取泵从乏风逆流氧化装置内抽取温度在800℃～1000℃高温烟气并输送至余热锅炉，从余热锅炉出口排出的中温烟气其温度在300℃～450℃。
进一步，在步骤1)中，所述风机Ⅲ入口连接有掺混器，所述掺混器与余热锅炉出口连通并引入中温烟气。
进一步，所述掺混器同时与乏风逆流氧化装置出口连通并引入低温烟气和中温烟气进行混合。
进一步，所述余热锅炉内产生过热蒸汽将被输送至汽轮机发电机组进行发电。
进一步，所述过热蒸汽通过汽轮机发电机组形成乏汽进入凝汽器，产生冷凝水，被给水泵抽取重新进入余热锅炉，循环使用。
进一步，在步骤1)中，所述脱附用烟气温度设置为150℃。
进一步，在步骤2)中，所述低温烟气的温度设置为100℃。
进一步，在步骤3)中，所述高温烟气设置为1000℃，所述中温烟气设置为400℃。
本发明的有益效果是：
1、本发明乏风瓦斯浓缩后逆流氧化及余热利用方法，该方法利用变温吸附工艺将通入变温吸附浓缩装置中乏风瓦斯浓度提高至1％，不需掺混高浓度的抽采瓦斯，减小了后续乏风逆流氧化装置的乏风处理量，提升了装置的处理效率。
2、本发明乏风瓦斯浓缩后逆流氧化及余热利用工艺中乏风瓦斯浓缩后经乏风逆流氧化形成高温烟气和低温烟气，高温烟气用于余热锅炉处理后形成中温烟气，利用乏风逆流氧化装置产生低温烟气和余热锅炉产生高温烟气混合制成脱附用烟气将变温吸附浓缩装置中乏风瓦斯浓度提高至1％，使热量得到了梯级利用，系统整体热效率高。
附图说明
图1为本发明乏风瓦斯浓缩后逆流氧化及余热利用工艺的工艺流程图。
具体实施方式
如图1所示为本发明乏风瓦斯浓缩后逆流氧化及余热利用工艺的工艺流程图，本发明乏风瓦斯浓缩后逆流氧化及余热利用方法，其工艺流程步骤如下：
1)风井出口的乏风瓦斯经引风机Ⅰ输送至变温吸附浓缩装置内，在通过吸附材料时甲烷被吸附，风机Ⅲ引入的脱附用烟气被输送至变温吸附浓缩装置，使甲烷从吸附材料中脱附，脱附后乏风瓦斯气体中甲烷浓度可达到1％；
2)提纯脱附后乏风瓦斯由主风机Ⅱ输送至乏风逆流氧化装置，被装置内蓄热材料加热至氧化温度，在燃烧室内发生氧化反应并放出热量，乏风瓦斯将热量储存在蓄热材料内供加热下一周期的新鲜气流使用，且自身温度降低后形成低于100℃低温烟气从乏风逆流氧化装置出口排出；
3)从乏风逆流氧化装置内抽取温度在800℃～1000℃高温烟气并输送至余热锅炉，从余热锅炉出口排出的中温烟气其温度在300℃～450℃。
进一步，在步骤1)中，所述风机Ⅲ入口连接有掺混器，所述掺混器与余热锅炉出口连通并引入中温烟气。
进一步，所述掺混器同时与乏风逆流氧化装置出口连通并引入低温烟气和中温烟气进行混合。
进一步，所述余热锅炉内产生过热蒸汽将被输送至汽轮机发电机组进行发电。
进一步，所述过热蒸汽通过汽轮机发电机组形成乏汽进入凝汽器，产生冷凝水，被给水泵抽取重新进入余热锅炉，循环使用。
进一步，在步骤1)中，所述脱附用烟气温度设置为150℃。
进一步，在步骤2)中，所述低温烟气的温度设置为100℃。
进一步，在步骤3)中，所述高温烟气设置为1000℃，所述中温烟气设置为400℃。
以下为某煤矿风井出口乏风瓦斯流量为40万Nm3/h，乏风浓度为0.4％，现安装有一套处理能力为10万Nm3/h的乏风逆流氧化装置和一套1500kW的蒸汽轮机发电机组，在进行乏风瓦斯处理时，为了产生足够的热量供余热锅炉生产过热蒸汽推动汽轮机发电使用，乏风瓦斯浓度一般需要提高到1％左右。
现有的技术方案是使用600Nm3/h的纯甲烷进行掺混，使混合气浓度达到1％以供后续设备使用，该方案要求风井出口附近有足够的抽采瓦斯供掺混使用。在机组运行时，会耗费大量高浓度的抽采瓦斯，用气成本高，一年可达190余万。
根据本发明将增加一套处理能力为25万Nm3/h的变温吸附浓缩装置，利用余热锅炉出口和乏风逆流氧化装置出口烟气废热将40万Nm3/h，乏风浓度为0.4％的乏风瓦斯直接提纯，可得到浓度为1％、流量为10万Nm3/h乏风瓦斯，供后续的乏风逆流氧化装置使用，该方案与现有的技术方案相对仅增加较低的变温吸附浓缩装置设备成本和维护成本，运行时使用烟气废热进行脱附，除风机用电外不需要额外增加运行成本，也不需要使用抽采瓦斯进行掺混，节省大量用气成本。
根据本发明本实施方案中包括变温吸附浓缩装置、乏风逆流氧化装置、余热锅炉、汽轮发电机组、风机组、烟囱等，煤矿风井出口的乏风经风机Ⅰ输送至变温吸附浓度装置，乏风中的甲烷被装置内的吸附材料吸附，吸附后的废气经烟囱排出，经风机Ⅲ引入的脱附用烟气流过变温吸附浓缩装置时，吸附材料中的甲烷被加热而脱附，被烟气带出形成脱附后的混合气，甲烷浓度可达1％。
脱附后的混合气在风机Ⅱ的作用下，被输送至乏风逆流氧化装置，甲烷被高温蓄热材料加热至氧化温度，发生氧化反应，放出热量。产生的高温烟气将热量储存在蓄热材料内，自身温度降低，低于100℃低温烟气经烟囱排向大气；除维持系统的自热平衡外，系统可从乏风逆流氧化装置燃烧室区域抽采温度在1000℃高温烟气，输送至余热锅炉，加热水产生过热蒸汽，被利用后的烟气温度仍在400℃以上，将该中温烟气与乏风逆流氧化装置排出的低温烟气混合，制成温度为150℃脱附用烟气，经风机Ⅲ输送至变温吸附浓缩装置。
锅炉用水在给水泵作用下，被输送至余热锅炉，被高温烟气加热后生成过热蒸汽，过热蒸汽推动汽轮机发电机组转动发电，做完功后的蒸汽变成乏汽，在凝汽器内冷凝后形成冷凝水。冷凝水可循环使用。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种乏风瓦斯浓缩后逆流氧化及余热利用方法，其特征在于：其工艺流程步骤如下：
1)风井出口的乏风瓦斯经引风机Ⅰ输送至变温吸附浓缩装置内，在通过吸附材料时甲烷被吸附，风机Ⅲ引入的脱附用烟气被输送至变温吸附浓缩装置，使甲烷从吸附材料中脱附，脱附后乏风瓦斯气体中甲烷浓度可达到1％；
2)提纯脱附后乏风瓦斯由主风机Ⅱ输送至乏风逆流氧化装置，被装置内蓄热材料加热至氧化温度，在燃烧室内发生氧化反应并放出热量，乏风瓦斯将热量储存在蓄热材料内供加热下一周期的新鲜气流使用，且自身温度降低后形成低于100℃低温烟气从乏风逆流氧化装置出口排出；
3)从乏风逆流氧化装置内抽取温度在800℃～1000℃高温烟气并输送至余热锅炉，从余热锅炉出口排出的中温烟气其温度在300℃～450℃；
所述风机Ⅲ入口连接有掺混器，所述掺混器与乏风逆流氧化装置出口连通并引入低温烟气；所述掺混器与余热锅炉出口连通并引入中温烟气；所述掺混器将低温烟气和中温烟气混合制成脱附用烟气。
2.根据权利要求1所述的乏风瓦斯浓缩后逆流氧化及余热利用方法，其特征在于：所述余热锅炉内产生过热蒸汽将被输送至汽轮机发电机组进行发电。
3.根据权利要求2所述的乏风瓦斯浓缩后逆流氧化及余热利用方法，其特征在于：所述过热蒸汽通过汽轮机发电机组形成乏汽进入凝汽器，产生冷凝水，被给水泵抽取重新进入余热锅炉，循环使用。
4.根据权利要求1-3任一项所述的乏风瓦斯浓缩后逆流氧化及余热利用方法，其特征在于：在步骤1)中，所述脱附用烟气温度设置为150℃。
5.根据权利要求1-3任一项所述的乏风瓦斯浓缩后逆流氧化及余热利用方法，其特征在于：在步骤2)中，所述低温烟气的温度设置为100℃。
6.根据权利要求1-3任一项所述的乏风瓦斯浓缩后逆流氧化及余热利用方法，其特征在于：在步骤3)中，所述高温烟气设置为1000℃，所述中温烟气设置为400℃。
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