CN105588123A - 前置超低浓度甲烷瓦斯气体氧化装置的余热锅炉 - Google Patents

前置超低浓度甲烷瓦斯气体氧化装置的余热锅炉 Download PDF

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Abstract

本发明公开了前置超低浓度甲烷瓦斯气体氧化装置的余热锅炉，包括锅炉烟道以及与其连通的烟囱，所述锅炉烟道的前端连通有甲烷氧化装置，所述锅炉烟道内由前端到后端依次设有前置蒸发器、过热器、高温瓦斯气体预热器、蒸发器、省煤器以及低温瓦斯气体预热器，所述低温瓦斯气体预热器临近烟囱；低温瓦斯气体预热器的出口端与高温瓦斯气体预热器的入口端设有低温瓦斯气体烟道，高温瓦斯气体预热器的出口端与甲烷氧化装置的入口端设有高温瓦斯气体烟道；所述高温瓦斯气体烟道内设有补然燃烧器。具有以下优点：实现超低浓度甲烷瓦斯气体高效低成本的氧化，并将甲烷氧化装置余热进行回收利。

Description

前置超低浓度甲烷瓦斯气体氧化装置的余热锅炉
技术领域
本发明属于环保节能技术领域，特别是一种前置超低浓度甲烷瓦斯气体氧化装置的余热锅炉。
背景技术
煤炭是我国消耗量最大的燃料，瓦斯气体是煤炭开采中伴生的一种可燃气体，主要是空气与CH4的混合物。为保证生产安全，在煤矿开采前需通入大量空气以稀释矿井空气，使其煤矿中的甲烷浓度降低，然后再排入大气。这种被抽排到大气中的瓦斯气体，甲烷含量一般低于1%。长期以来，由于这种煤矿通风瓦斯气体中甲烷浓度低、富集难、气量大，利用技术难度较大，因此一般都直接排放到大气，极少被回收利用。我国每年通过煤矿通风瓦斯排入大气的CH4为130～170亿立方米。CH4作为仅次于CO2的温室气体，对环境造成了巨大的危害。如果能将这种超低浓度甲烷瓦斯气体进行氧化处理，转化为水和二氧化碳，消除或减少污染气体的排放，同时对氧化装置的余热进行回收利用，这对环境保护和能源利用有着直接而重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种前置超低浓度甲烷瓦斯气体氧化装置的余热锅炉，实现超低浓度甲烷瓦斯气体高效低成本的氧化，并将甲烷氧化装置余热进行回收利。
为解决上述技术问题，本发明提供的前置超低浓度甲烷瓦斯气体氧化装置的余热锅炉，它包括锅炉烟道以及与其连通的烟囱，所述锅炉烟道的前端连通有甲烷氧化装置，所述锅炉烟道内由前端到后端依次设有前置蒸发器、过热器、高温瓦斯气体预热器、蒸发器、省煤器以及低温瓦斯气体预热器，所述低温瓦斯气体预热器临近烟囱；低温瓦斯气体预热器的出口端与高温瓦斯气体预热器的入口端设有低温瓦斯气体烟道，高温瓦斯气体预热器的出口端与甲烷氧化装置的入口端设有高温瓦斯气体烟道；所述高温瓦斯气体烟道内设有补然燃烧器。将接近常温的超低浓度甲烷瓦斯气体依次经高、低温瓦斯气体预热器预热至500℃左右，然后利用补燃燃烧器将其进一步加热至850℃左右，并在余热锅炉受热面前设置甲烷氧化装置，满足甲烷氧化的时间和空间要求。
作为优选，所述甲烷氧化装置上设有弯道。一方面提高甲烷瓦斯气体在高温状态下的停留时间，另一方面增加超低浓度甲烷瓦斯气体在甲烷氧化装置中的湍流度，从而可让甲烷反应充分进行。
作为优选，所述甲烷氧化装置的管道截面积大于高温瓦斯气体烟道截面积。使超低浓度甲烷瓦斯气体中的甲烷能充分进行反应。
作为优选，所述高温瓦斯气体烟道上设有高温热源入口。如现场有其它高温热源，也可将其引入高温瓦斯气体烟道内。
采用以上结构后，本发明的前置超低浓度甲烷瓦斯气体氧化装置的余热锅炉与现有技术相比，具有以下优点：
1、系统简单，成本投入低，无需建设传统复杂的燃煤或燃气锅炉；
2、系统设置灵活，可利用煤矿现场的其它高温热源进行氧化；
3、系统运行费用低。由于本锅炉以氧化超低浓度甲烷为主要氧化对象，并充分利用氧化装置余热，将超低浓度甲烷氧化所需热量降到最低。如采用传统煤粉锅炉，氧化1Nm3超低浓度甲烷瓦斯气体约需外加4MJ热量；而本发明，氧化1Nm3超低浓度甲烷瓦斯气体仅需外加约0.5MJ热量，比煤粉炉低很多。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
其中：1、甲烷氧化装置，2、前置蒸发器，3、过热器，4、高温瓦斯气体预热器，5、蒸发器，6、省煤器，7、低温瓦斯气体预热器，8、烟囱，9、锅炉烟道，10、高温瓦斯气体烟道，11、低温瓦斯气体烟道，12、补燃燃烧器,13、弯道，14、高温热源入口。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本实施例提供的前置超低浓度甲烷瓦斯气体氧化装置的余热锅炉，它包括锅炉烟道9以及与其连通的烟囱8，所述锅炉烟道9的前端连通有甲烷氧化装置1，所述甲烷氧化装置1上设有弯道13，所述锅炉烟道9内由前端到后端依次设有前置蒸发器2、过热器3、高温瓦斯气体预热器4、蒸发器5、省煤器6以及低温瓦斯气体预热器7，所述低温瓦斯气体预热器7临近烟囱8；低温瓦斯气体预热器7的出口端与高温瓦斯气体预热器4的入口端设有低温瓦斯气体烟道11，高温瓦斯气体预热器7的出口端与甲烷氧化装置1的入口端设有高温瓦斯气体烟道10；所述高温瓦斯气体烟道10内设有补然燃烧器12。
所述甲烷氧化装置1的管道截面积大于高温瓦斯气体烟道10截面积，所述高温瓦斯气体烟道10上设有高温热源入口14。
甲烷氧化装置1后布置余热锅炉，用于回收利用高温烟气热量。高温烟气一部分用于将锅炉一定压力的水加热成过热蒸汽，另一部分用于将超低浓度甲烷瓦斯气体预热至500℃左右。
温度接近常温的超低浓度甲烷瓦斯气体先通入低温瓦斯气体预热器7预热，低温瓦斯气体预热器7布置在尾部可尽量降低余热锅炉的排烟温度。低温瓦斯气体预热器7出口的超低浓度甲烷瓦斯气体经过低温瓦斯气体烟道11进入高温瓦斯气体预热器4加热到500℃左右。为将超低浓度甲烷瓦斯气体的温度进一步提高到850℃左右，需在高温瓦斯气体烟道10中布置补燃燃烧器，如现场有其它高温热源，也可将其引入加热超低浓度甲烷瓦斯气体。加热后的超低浓度甲烷瓦斯气体进入前置甲烷氧化装置1进行氧化反应，生成水和二氧化碳。为使超低浓度甲烷瓦斯气体中的甲烷能充分进行反应，甲烷氧化装置1可提高气体流通截面，既甲烷氧化装置1的管道截面积大于高温瓦斯气体烟道10截面积，也可同时将甲烷氧化装置1的烟道设置成弯道形，一方面提高超低浓度甲烷瓦斯气体在高温状态下的停留时间，另一方增加超低浓度甲烷瓦斯气体在甲烷氧化装置1中的湍流度，从而可让甲烷反应充分进行。
超低浓度甲烷瓦斯气体在甲烷氧化装置1氧化后的高温气体进入余热锅炉进行热量回收利用。为保护锅炉受热面，余热锅炉布置一段前置蒸发器2，将高温烟气降低到合适的温度，然后依次进入过热器3、高温瓦斯气体预热器4、蒸发器5、省煤器6、低温瓦斯气体预热器7进行换热，最后烟温降低后，通过烟囱8排入大气。每个余热锅炉受热面的具体结构型式与常规余热锅炉相同。

Claims (4)

1.一种前置超低浓度甲烷瓦斯气体氧化装置的余热锅炉，其特征在于：它包括锅炉烟道以及与其连通的烟囱，所述锅炉烟道的前端连通有甲烷氧化装置，所述锅炉烟道内由前端到后端依次设有前置蒸发器、过热器、高温瓦斯气体预热器、蒸发器、省煤器以及低温瓦斯气体预热器，所述低温瓦斯气体预热器临近烟囱；低温瓦斯气体预热器的出口端与高温瓦斯气体预热器的入口端设有低温瓦斯气体烟道，高温瓦斯气体预热器的出口端与甲烷氧化装置的入口端设有高温瓦斯气体烟道；所述高温瓦斯气体烟道内设有补然燃烧器。
2.根据权利要求1所述的前置超低浓度甲烷瓦斯气体氧化装置的余热锅炉，其特征在于：所述甲烷氧化装置上设有弯道。
3.根据权利要求1所述的前置超低浓度甲烷瓦斯气体氧化装置的余热锅炉，其特征在于：所述甲烷氧化装置的管道截面积大于高温瓦斯气体烟道截面积。
4.根据权利要求1所述的前置超低浓度甲烷瓦斯气体氧化装置的余热锅炉，其特征在于：所述高温瓦斯气体烟道上设有高温热源入口。
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