CN104667718A - 一种瓦斯氧化装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种瓦斯氧化装置，包括有一级浓度调节装置、二级浓度调节装置、逆流氧化装置和高温烟气利用系统，所述一级浓度调节装置或二级浓度调节装置分别与逆流氧化装置和高温烟气利用系统依次连接，所述一级浓度调节装置包括有瓦斯浓度传感器一、手动阀门、电动阀一和风机一，所述二级浓度调节装置包括有混气罐、瓦斯浓度传感器二和风机二；该瓦斯氧化装置运行稳定，热利用率高。

Description

一种瓦斯氧化装置及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种瓦斯氧化装置及其操作方法。

背景技术

煤是一种重要的一次能源，在其形成的过程中伴随产生了煤层气，其主要成分为甲烷。煤层气开采方式不同，其中甲烷含量会有显著不同，主要分为三类：1、可通过地面钻井进行开采的煤层气，采出的煤矿瓦斯甲烷含量多大于80%的(约占煤矿总瓦斯量的1%)，其成份与天然气接近。此类煤层气应用相对简单成熟。2、通过井下的瓦斯抽放系统以及地面的输气系统排出的瓦斯，采出的甲烷浓度范围在3%-80%之间(约占总煤层气量的15%左右，其中大部分的浓度低于30%)。浓度为3%-30%的中低浓度瓦斯浓度区间和瓦斯爆炸浓度区间有较大重叠，其利用较少。3、通过煤矿通风系统排出的煤矿瓦斯，甲烷含量一般低于0.75%。为了保证生产安全，需在煤矿开采前通入大量空气用来稀释矿井内的空气，使其甲院浓度大幅降低，然后再排入大气。这种被排放到大气中的甲烷浓度低于1%的气体，被称为煤矿乏风或煤矿通风瓦斯。据有关统计，我国每年排放的煤层气量大约为190亿m³，为世界第一，是西气东输的天然气量120亿m³的1.5倍以上，浪费了大量的能源。另外，甲烷的温室效应是CO₂的21倍，对臭氧的破坏能力是CO₂的7倍。如此巨大的排放量对环境危害极大。有效减排这部分污染并利用其中的能源，有十分重要的意义。

目前，对于甲烷浓度低于10%的矿井抽采瓦斯还没有合适的处理利用方法，绝大部分都直接排放到大气中。只有极少部分煤矿将这部分瓦斯掺入乏风中，通过逆流氧化装置(TFRR)进行氧化销毁。这种销毁方式环境效益明显，但是由于浓度低，风量大，大量的热量随尾气排走，能源利用效率很低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种运行稳定，热利用率高的瓦斯氧化装置及其操作方法。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种瓦斯氧化装置，包括有一级浓度调节装置、二级浓度调节装置、逆流氧化装置和高温烟气利用系统，所述一级浓度调节装置、二级浓度调节装置、逆流氧化装置和高温烟气利用系统依次连接，所述一级浓度调节装置包括有瓦斯浓度传感器一、手动阀门、电动阀一和风机一，电动阀一根据浓度传感器一传过来的信号来自动调节开度，达到稳定浓度的作用，所述二级浓度调节装置包括有混气罐、瓦斯浓度传感器二和风机二，传感器二的信号控制风机转速，达到稳定浓度的作用。

进一步的，所述瓦斯浓度传感器一、手动阀门和风机一依次连接，所述电动阀一接于手动阀门和风机一之间的新风或乏风管道上。

进一步的，所述进入一级浓度调节装置的瓦斯的甲烷浓度为2%-30%、采用矿井乏风或新风稀释抽采瓦斯，且在经过一级浓度调节装置后，瓦斯浓度调整为1.0%-6.0%。

进一步的，所述混气罐与风机一、风机二、瓦斯浓度传感器二连接。

进一步的，在经过二级浓度调节装置后，瓦斯浓度调节为0.5%-3.0%。

进一步的，所述逆流氧化装置包括有蓄热床热电偶、蓄热体、燃烧室、燃烧室热电偶、燃烧器、热烟气出口、装置外壳及保温层和防爆泄压阀。

进一步的，所述燃烧室温度为800-1100℃。

进一步的，所述燃烧室温度为900-1000℃。

进一步的，所述高温烟气利用系统包括有烟气管道、锅炉、电动阀二、锅炉引风机和燃烧室热电偶。

本发明要解决的另一技术问题为提供一种瓦斯氧化装置的操作方法，包括以下步骤：

1）首先启动燃烧器对燃烧室和蓄热体进行加热，加热过程中，开启风机二，风量调节至正常运行风量的十分之一，再经由设置在一级浓度调节装置或二级浓度调节装置与逆流氧化装置之间的四通阀按一定的时间切换，使两侧蓄热床上部的温度被均匀的加热到800℃-900以上；

2）完成启动加热后，开启风机一，通过浓度传感器一监测的瓦斯浓度，调整电动阀一的阀门开度，使浓度调整为2%-30%进入混气罐与风机二引入的循环风混合成浓度0.5%-3.0%的瓦斯气，瓦斯气通过四通阀经过左侧蓄热床蓄热后进入燃烧空间进行氧化放热，然后部分经过右侧蓄热床放热后，由风机二打回混气罐与新瓦斯气混合，风机二引风量的多少根据瓦斯浓度传感器二的信号进行调整，使浓度保持在0.5%-3.0%左右，氧化后的部分热烟气出口进入锅炉，根据燃烧室热电偶的监测的温度值调整电动阀二的开度和锅炉引风机的引风量，当温度较高时，开启电动阀二，使更多的热量进入锅炉，当温度较低时，关小，保持氧化装置的稳定运行，当电动阀二已经开到最大，而燃烧室温度超温，可打开电动阀三排出多余的热量；

3）当右侧蓄热床排出的烟气温度达到一定值后，切换四通阀，使瓦斯气从右侧进，左侧出，进入下一循环。

氧化系统工作原理：瓦斯经过二级浓度调节后进入氧化装置。在进入前，通过燃烧器或电加热器先将氧化反应床加热到至少800℃，然后停止加热，让低浓度瓦斯气从下向上垂直地通过氧化反应床，当低浓度瓦斯气通过第一个氧化反应床进入上方的燃烧室时，气体中所含甲烷在瞬间被氧化，放出热量，这些氧化热加热周围环境中的气体，被加热的气体进入到第二个氧化反应床时，使热能被第二个氧化床吸收。根据低浓度瓦斯气进口温度和排气温度之差，调整气体在塔内的流动方向，使其交替逆流换向（左进右出，右进左出，交替变换）。当氧化反应所释放的热量超出维持氧化反应所需的热量，这些氧化热便通过高温烟气出口排出部分高温烟气进入到高温烟气利用系统。

本发明的有益效果是：通过一级浓度调节装置将抽采瓦斯和空气或矿井乏风混合，配置成较高浓度的瓦斯气，再通过二级浓度调节装置将经一级浓度调节装置的瓦斯气与经过氧化销毁瓦斯系统的尾气进行混合，配置成适合装置氧化销毁的浓度，氧化销毁瓦斯系统的尾气温度通常在100度左右，将其重新利用于稀释新的瓦斯气，使尾气的热能可以得到利用，提高了能源利用率。

附图说明

图1为本发明一种可高效回收热能的启动状态示意图。

图2为本发明一种可高效回收热能的运行状态示意图。

其中，1.瓦斯浓度传感器一、2.手动阀门、3.电动阀一、4.风机一、5.混气罐、6. 瓦斯浓度传感器二、7.风机二、8.四通阀、9.蓄热床热电偶、10.蓄热床、11.燃烧室、12.燃烧室热电偶、13.燃烧器、14.热烟气出口、15.装置外壳及保温层、16.锅炉、17.电动阀二、18.锅炉引风机、19.电动阀三、20.防爆泄压阀。

具体实施方式

实施例一：

参阅图1-图2所示，一种瓦斯氧化装置，包括有一级浓度调节装置、二级浓度调节装置、逆流氧化装置和高温烟气利用系统，所述一级浓度调节装置、二级浓度调节装置、逆流氧化装置和高温烟气利用系统依次连接，一级浓度调节装置与二级浓度调节装置的交接处设有四通阀8，通过四通阀8的开关达到不同的连接效果，所述一级浓度调节装置包括有瓦斯浓度传感器一1、手动阀门2、电动阀一3和风机一4，一级浓度调节装置所抽采瓦斯的甲烷浓度为2%-30%、采用矿井乏风稀释抽采瓦斯，且在经过一级浓度调节装置后，瓦斯浓度调整为1.0%-6.0%，所述二级浓度调节装置包括有混气罐5、瓦斯浓度传感器二6和风机二7，且在经过二级浓度调节装置后，瓦斯浓度调节为0.5%-3.0%。

所述瓦斯浓度传感器一1、手动阀门2和风机一4依次连接，所述电动阀一3接于手动阀门2和风机一4之间的新风或乏风管道上。

所述混气罐5与风机一4、风机二7、瓦斯浓度传感器二6连接。

逆流氧化装置包括有蓄热床热电偶9、蓄热体10、燃烧室11、燃烧器13、热烟气出口14、装置外壳及保温层15和防爆泄压阀20，所述燃烧室11温度为800-1100℃，热烟气出口14安装有催化燃烧催化剂（未图示），使没有分解完全的甲烷得到分解。

所述高温烟气利用系统包括有烟气管道（未图示）、锅炉16、电动阀二17、锅炉引风机18和燃烧室热电偶12，锅炉引风机18根据燃烧室热电偶12的温度高低来控制抽出的高温烟气量，也可控制电动阀二17的开度来调节高温烟气抽取量，当燃烧室热电偶12温度超过800℃时开始开启锅炉引风机18取热，燃烧温度越高，风机引风量越大，使热量更多的从燃烧室引出。

首先启动燃烧器13对燃烧室和蓄热体进行加热，加热过程中，开启风机二7，风量调节至正常运行风量的十分之一，四通阀8按一定的时间切换，使两侧蓄热床10上部的温度被均匀的加热到800℃以上。

完成启动加热后，开启风机一4，通过浓度传感器一1监测的瓦斯浓度，调整电动阀一3的阀门开度，使浓度调整为2%-30%进入混气罐5与风机二7引入的循环风混合成浓度0.5%-3.0%的瓦斯气，瓦斯气通过四通阀8经过左侧蓄热床10蓄热后进入燃烧空间进行氧化放热，然后部分经过右侧蓄热床10放热后，由风机二7打回混气罐5与新瓦斯气混合，风机二7引风量的多少根据瓦斯浓度传感器二6的信号进行调整，使浓度保持在0.5%-3.0%左右，氧化后的部分热烟气出口14进入锅炉16，根据燃烧室热电偶12的监测的温度值调整电动阀二17的开度和锅炉引风机18的引风量，当温度较高时，开启电动阀二17，使更多的热量进入锅炉16，当温度较低时，关小，保持氧化装置的稳定运行，当电动阀二17已经开到最大，而燃烧室11温度超温，可打开电动阀三19排出多余的热量。

当右侧蓄热床10排出的烟气温度达到一定值后，切换四通阀8，使瓦斯气从右侧进，左侧出，进入下一循环。

实施例二：

参阅图1-图2所示，一种瓦斯氧化装置，包括有一级浓度调节装置、二级浓度调节装置、逆流氧化装置和高温烟气利用系统，所述一级浓度调节装置、二级浓度调节装置、逆流氧化装置和高温烟气利用系统依次连接，一级浓度调节装置与二级浓度调节装置的交接处设有四通阀8，通过四通阀8的开关达到不同的连接效果，所述一级浓度调节装置包括有瓦斯浓度传感器一1、手动阀门2、电动阀一3和风机一4，一级浓度调节装置所抽采瓦斯的甲烷浓度为2%-30%、采用矿井乏风稀释抽采瓦斯，且在经过一级浓度调节装置后，瓦斯浓度调整为2%-4.5%，所述二级浓度调节装置包括有混气罐5、瓦斯浓度传感器二6和风机二7，且在经过二级浓度调节装置后，瓦斯浓度调节为0.8%-1.5%。

所述瓦斯浓度传感器一1、手动阀门2和风机一4依次连接，所述电动阀一3接于手动阀门2和风机一4之间的新风或乏风管道上。

所述混气罐5与风机一4、风机二7、瓦斯浓度传感器二6连接。

逆流氧化装置包括有蓄热床热电偶9、蓄热体10、燃烧室11、燃烧器13、热烟气出口14、装置外壳及保温层15和防爆泄压阀20，所述燃烧室11温度为900-1000℃，热烟气出口14安装有催化燃烧催化剂，使没有分解完全的甲烷得到分解。

所述高温烟气利用系统包括有烟气管道、锅炉16、电动阀二17、锅炉引风机18和燃烧室热电偶12，锅炉引风机18根据燃烧室热电偶12的温度高低来控制抽出的高温烟气量，也可控制电动阀二17的开度来调节高温烟气抽取量，当燃烧室热电偶12温度超过900℃时开始开启锅炉引风机18取热，燃烧温度越高，风机引风量越大，使热量更多的从燃烧室引出。

首先启动燃烧器13对燃烧室和蓄热体进行加热，加热过程中，开启风机二7，风量调节至正常运行风量的十分之一，四通阀8按一定的时间切换，使两侧蓄热床10上部的温度被均匀的加热到900℃以上。

完成启动加热后，开启风机一4，通过浓度传感器一1监测的瓦斯浓度，调整电动阀一3的阀门开度，使浓度调整为2%-30%进入混气罐5与风机二7引入的循环风混合成浓度0.5%-3.0%的瓦斯气，瓦斯气通过四通阀8经过左侧蓄热床10蓄热后进入燃烧空间进行氧化放热，然后部分经过右侧蓄热床10放热后，由风机二7打回混气罐5与新瓦斯气混合，风机二7引风量的多少根据瓦斯浓度传感器二6的信号进行调整，使浓度保持在0.5%-3.0%左右，氧化后的部分热烟气出口14进入锅炉16，根据燃烧室热电偶12的监测的温度值调整电动阀二17的开度和锅炉引风机18的引风量，当温度较高时，开启电动阀二17，使更多的热量进入锅炉16，当温度较低时，关小，保持氧化装置的稳定运行，当电动阀二17已经开到最大，而燃烧室11温度超温，可打开电动阀三19排出多余的热量。

当右侧蓄热床10排出的烟气温度达到一定值后，切换四通阀8，使瓦斯气从右侧进，左侧出，进入下一循环。

本发明的有益效果是：通过一级浓度调节装置将抽采瓦斯和空气或矿井乏风混合，配置成较高浓度的瓦斯气，再通过二级浓度调节装置将经一级浓度调节装置的瓦斯气与经过氧化销毁瓦斯系统的尾气进行混合，配置成适合装置氧化销毁的浓度，氧化销毁瓦斯系统的尾气温度通常在100度左右，将其重新利用于稀释新的瓦斯气，使尾气的热能可以得到利用，提高了能源利用率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明保护范围为准。

Claims (10)

1.一种瓦斯氧化装置，其特征在于：包括有一级浓度调节装置、二级浓度调节装置、逆流氧化装置和高温烟气利用系统，所述一级浓度调节装置或二级浓度调节装置分别与逆流氧化装置和高温烟气利用系统依次连接，所述一级浓度调节装置包括有瓦斯浓度传感器一、手动阀门、电动阀一和风机一，所述二级浓度调节装置包括有混气罐、瓦斯浓度传感器二和风机二。

2.如权利要求1所述的瓦斯氧化装置，其特征在于：所述瓦斯浓度传感器一、手动阀门和风机一依次连接，所述电动阀一接于手动阀门和风机一之间的新风或乏风管道上。

3.如权利要求2所述的瓦斯氧化装置，其特征在于：所述进入一级浓度调节装置的瓦斯的甲烷浓度为2%-30%、采用矿井乏风或新风稀释抽采瓦斯，且在经过一级浓度调节装置后，瓦斯浓度调整为1.0%-6.0%。

4.如权利要求1所述的瓦斯氧化装置，其特征在于：所述混气罐与风机一、风机二、瓦斯浓度传感器二连接。

5.如权利要求4所述的瓦斯氧化装置，其特征在于：在经过二级浓度调节装置后，瓦斯浓度调节为0.5%-3.0%。

6.如权利要求1所述的瓦斯氧化装置，其特征在于：所述逆流氧化装置包括有蓄热床热电偶、蓄热体、燃烧室、燃烧室热电偶、燃烧器、热烟气出口、装置外壳及保温层和防爆泄压阀。

7.如权利要求6所述的瓦斯氧化装置，其特征在于：所述燃烧室温度为800-1100℃。

8.如权利要求7所述的瓦斯氧化装置，其特征在于：所述燃烧室温度为900-1000℃。

9.如权利要求1所述的瓦斯氧化装置，其特征在于：所述高温烟气利用系统包括有烟气管道、锅炉、电动阀二、锅炉引风机和燃烧室热电偶。

10.一种如权利要求1所述的瓦斯氧化装置的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）首先启动燃烧器对燃烧室和蓄热体进行加热，加热过程中，开启风机二，风量调节至正常运行风量的十分之一，再经由设置在一级浓度调节装置或二级浓度调节装置与逆流氧化装置之间的四通阀按一定的时间切换，使两侧蓄热床上部的温度被均匀的加热到800℃-900以上；

2）完成启动加热后，开启风机一，通过浓度传感器一监测的瓦斯浓度，调整电动阀一的阀门开度，使浓度调整为2%-30%进入混气罐与风机二引入的循环风混合成浓度0.5%-3.0%的瓦斯气，瓦斯气通过四通阀经过左侧蓄热床蓄热后进入燃烧空间进行氧化放热，然后部分经过右侧蓄热床放热后，由风机二打回混气罐与新瓦斯气混合，风机二引风量的多少根据瓦斯浓度传感器二的信号进行调整，使浓度保持在0.5%-3.0%左右，氧化后的部分热烟气出口进入锅炉，根据燃烧室热电偶的监测的温度值调整电动阀二的开度和锅炉引风机的引风量，当温度较高时，开启电动阀二，使更多的热量进入锅炉，当温度较低时，关小，保持氧化装置的稳定运行，当电动阀二已经开到最大，而燃烧室温度超温，可打开电动阀三排出多余的热量；

3）当右侧蓄热床排出的烟气温度达到一定值后，切换四通阀，使瓦斯气从右侧进，左侧出，进入下一循环。