CN105749813B - 双反应室预热催化氧化装置电控调节式进气均流系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双反应室预热催化氧化装置电控调节式进气均流系统，包括进气总管、进气支管、进气扩口管、两个进气腔、两个并排的反应室、排气腔和排气总管。每个进气扩口管的外壁上增设一套第一电控调节机构，每个进气腔的侧壁上增设一套第二电控调节机构。每个进气扩口管内和进气腔内均增设一个固定开槽均流板和一个滑动开槽均流板。进气扩口管内的滑动开槽均流板与第一电控调节机构齿轮齿条传动连接，进气腔内的滑动开槽均流板与第二电控调节机构齿轮齿条传动连接。本发明的滑动开槽均流板和固定开槽均流板的重叠开槽宽度能够在进气量波动较大的实际工况下灵活调整，保证反应室的进气量和温度均匀分布，提高装置运行的可靠性和乏风瓦斯氧化率。

Description

双反应室预热催化氧化装置电控调节式进气均流系统

技术领域

本发明具体涉及一种双反应室预热催化氧化装置电控调节式进气均流系统，属于煤矿通风瓦斯利用技术领域。

背景技术

煤矿生产过程中为了提高安全性，通常采用大量通风来排放煤矿瓦斯(称为矿井乏风，Ventilation Air Methane，简称VAM)。甲烷是煤矿瓦斯和很多工业废气的主要成分，是仅次于二氧化碳的第二大温室气体，但同时也是优质洁净的气体能源。我国是煤炭生产大国，每年通过煤矿乏风排放的纯甲烷在200亿立方米以上，不仅造成了不可再生能源资源的巨大浪费，也严重污染了大气环境。

乏风瓦斯体积浓度非常低(一般在0.1％～0.75％)、风量和体积浓度波动范围大的特点决定了很难利用传统燃烧器直接进行燃烧。山东理工大学提出了预热催化氧化技术，反应室采用负载有贵金属催化剂的蜂窝陶瓷氧化床对煤矿乏风进行有效催化氧化，同时利用间壁式换热器回收排气的热量预热进气实现热量反馈，以达到自热维持的热平衡状态。该技术的氧化温度场稳定可靠，而且热量回收率高、结构紧凑、流动阻力小，非常经济可行。反应室内温度分布的均匀性对预热催化氧化装置的稳定运行有重要影响，温度分布不均可以造成局部低温、燃烧熄火；或者局部高温形成温度梯度，产生热应力，氧化床变形毁坏；温度过高还将破坏催化剂的稳定性，导致催化剂活性降低甚至消失。随着预热催化氧化装置的乏风处理能力不断加强，氧化床的体积和横截面积随之不断增大，其横截面的温度均衡性愈发重要。进气均流系统是预热催化氧化装置中进行进气流量分配的关键部件，可保证反应室内的乏风氧化放热量亦分配均匀，对提升氧化床横截面的温度均衡性和装置的甲烷转化率有重要意义。

中国专利文献CN201110089161.9提供的煤矿乏风预热催化氧化器的进排气导流装置，包括有进气总管、进气支管、进气扩口管、进气布风箱，反应室，排气集气箱、排气收缩管、排气支管和排气总管，在进气扩口管、进气布风箱、排气集气箱和排气收缩管内均设有导流板，使乏风在催化反应室内的流通截面上的分布均匀，降低了进气流动阻力。但是，该技术方案仍然存在不足，导流板的角度在装置运行过程中无法灵活调整，对乏风流量波动较大的实际工况适应不佳，不能在进气流量差别较大的情况下使反应室横截面保持较好的温度均衡。另外，导流板的布置数量较少，不能起到较好的导流效果，对反应室横截面的流量均衡提升效果有限。除此之外，目前还未见有结构和性能都比较完善的乏风预热催化氧化器的进气均流系统。

发明内容

本发明的目的是弥补现有煤矿乏风预热催化氧化装置的进气均流技术的不足，提供一种双反应室预热催化氧化装置电控调节式进气均流系统，保证反应室的进气量和温度均匀分布，提高装置运行的可靠性和乏风瓦斯氧化率。

本发明的目的是由下述技术方案实现的：

一种双反应室预热催化氧化装置电控调节式进气均流系统，包括进气总管、进气支管、进气扩口管、两个进气腔、两个并排的反应室、排气腔和排气总管，其中两个反应室的外侧分别与两个进气腔连通，两个反应室的内侧均与排气腔连通，排气腔与排气总管连通，排气腔内均布有导流板；每个进气腔均依次经过一个进气扩口管、一个设有调节阀的进气支管与进气总管连通，其特征在于：

增设PLC，在每个进气扩口管的外壁上增设一套第一电控调节机构，在每个进气腔的侧壁上增设一套第二电控调节机构；在每个进气扩口管内和进气腔内均增设一个固定开槽均流板和一个滑动开槽均流板，其中进气扩口管内的固定开槽均流板水平固定安装，进气腔内的固定开槽均流板垂直固定安装；每个固定开槽均流板的两侧均安装有滑轨和滑块，滑动开槽均流板固定在滑块上，可沿滑轨在固定开槽均流板表面上滑动；对应于进气扩口管内的滑动开槽均流板，进气扩口管的外壁上开一水平长槽，对应于进气腔内的滑动开槽均流板，进气腔的一侧壁上开一竖直长槽，滑动开槽均流板端部经对应的长槽伸出到外部，滑动开槽均流板伸出到外部的端部安装有齿条；进气扩口管内滑动开槽均流板上的齿条与对应的第一电控调节机构传动连接，进气腔内滑动开槽均流板上的齿条与对应的第二电控调节机构传动连接；

安装在进气腔内的固定开槽均流板上开有6～10个垂直于滑轨方向的槽，相邻槽之间的间距相等，均为进气腔高度的1/30～1/20，槽的宽度从进气腔开口向内依次逐渐增大，固定开槽均流板与反应室的距离为进气腔长度的1/10～1/5；

在同一进气腔内，滑动开槽均流板的长度短于固定开槽均流板，滑动开槽均流板上的槽与固定开槽均流板上的槽的方向相同，槽的宽度从进气腔开口向内依次逐渐增大；滑动开槽均流板上的槽数比固定开槽均流板上的槽数少两个，进气之前两者的槽错开；除位于滑动开槽均流板中心的两个槽，其它相邻槽间距相等，均为进气腔高度的1/30～1/20，位于滑动开槽均流板中心的两个槽之间的间距是其它相邻槽间距的1.5～3倍；当滑动开槽均流板在固定开槽均流板的表面滑动时，两者槽重叠的宽度在靠近开口侧和远离开口侧的变化趋势相反：进气量增大时，滑动开槽均流板由内侧向开口侧滑动，使靠近开口侧槽重叠的宽度减小，而靠近内侧槽重叠的宽度增大；

进气扩口管的扩张角度为30°～60°；在同一个进气扩口管内，固定开槽均流板上开有6～10个垂直于滑轨方向的槽，相邻槽之间的间距相等，均为进气扩口管宽度的1/30～1/20，槽的宽度从固定开槽均流板的中心到两侧逐渐增大；滑动开槽均流板为两个，每个滑动开槽均流板的长度为固定开槽均流板长度的1/3～2/5，滑动开槽均流板上开的槽与固定开槽均流板上槽的方向相同，滑动开槽均流板上的槽数为固定开槽均流板上槽数的1/4～1/3,每个滑动开槽均流板上槽的宽度从进气扩口管的中心向两侧逐渐增大，进气之前滑动开槽均流板与固定开槽均流板上的槽错开；以进气扩口管的中心为参照，两个滑动开槽均流板关于中心对称布置且对称滑动，当两个滑动开槽均流板对称滑动时，滑动开槽均流板和固定开槽均流板上槽重叠的宽度在中心和两侧位置的变化趋势相反：当进气量增大时，两个滑动开槽均流板对称向中心滑动，使位于中心槽的重叠宽度减小，而位于两侧槽的重叠宽度增大。

第一电控调节机构包括经支撑水平安装在进气扩口管外壁上的双向螺杆、电机、多个差压计和多个传动齿轮，其中电机的动力输出端经联轴器与双向螺杆端部固定连接，传动齿轮经齿轮轴安装在进气扩口管外壁上，且处于双向螺杆与齿条之间并与两者啮合，多个差压计检测反应室沿宽度方向、反应室靠近进气腔侧和靠近排气腔侧之间沿气流方向的压强差分布；

第二电控调节机构包括经支撑竖直安装在进气腔侧壁上的单向螺杆、电机、多个差压计和多个传动齿轮，其中电机的动力输出端经联轴器与单向螺杆端部固定连接，传动齿轮经齿轮轴安装在进气腔侧壁上，且处于单向螺杆与齿条之间并与两者啮合，多个差压计检测反应室沿高度方向、反应室靠近进气腔侧和靠近排气腔侧之间沿气流方向的压强差分布；

PLC的输入端接多个差压计的输出端，PLC的输出端接每个电机的控制端。

所述的双反应室预热催化氧化装置电控调节式进气均流系统，排气腔内靠近反应室的一侧均布有1排导流板，每排4～6块导流板，每块导流板固定安装在排气腔内壁上，与反应室的夹角为40°～60°，导流板靠近反应室端的形状为弧形，另一端的形状为直板，两者平滑过渡。

所述的双反应室预热催化氧化装置电控调节式进气均流系统，进气总管和两个进气支管的连通处布置有导流锥。

其工作原理为：

煤矿乏风进入进气总管后分为两部分，分别经过预热催化氧化装置两侧的进气支管、进气扩口管和进气腔进入两个并排的反应室，在两个反应室内发生氧化反应后，尾气在排气腔内汇集，最终从排气总管排出装置。差压计对两个反应室靠近进气腔侧和靠近排气腔侧之间的压强差进行采集并将采集数据输出至PLC。PLC根据差压计的数据，控制电机输出转矩，通过联轴器使螺杆转动，由传动齿轮传动至齿条，带动滑动开槽均流板沿固定开槽均流板上的滑轨滑动，进行滑动开槽均流板和固定开槽均流板重叠开槽宽度的调节。差压计输出的压强差数据分为四组，其中两组为两个反应室沿流通截面水平中心线的压强差分布，另外两组为两个反应室沿流通截面垂直中心线的压强差分布。两个反应室沿流通截面水平中心线的压强差分布分别由对应的进气扩口管内的滑动开槽均流板和固定开槽均流板进行调节，两个反应室沿流通截面垂直中心线的压强差分布分别由对应的进气腔内的滑动开槽均流板和固定开槽均流板进行调节。PLC将四组压强差数据分别处理，处理方法为：PLC计算每组压强差的均方差，如果均方差超出合理范围，则计算对应组的压强差的平均值，然后计算该组各个压强差与平均值的偏差，根据此偏差的最大值确定改组压强差对应的滑动开槽均流板的位移量和电机输出的转矩，PLC输出信号至该滑动开槽均流板对应的电机调整滑动开槽均流板的位置，计算新的该组压强差的均方差，如果该均方差在合理范围内则停止调整，如果该均方差超出合理范围则继续根据以上方法调整，直至每组压强差的均方差降至合理范围，最终使两个反应室垂直纵向和水平横向的压强差均达到均匀分布。

本发明与现有技术相比，主要优点和有益效果是：

1、该导流系统在进气扩口管和进气腔内均布置了开槽均流板，可以保证反应室横截面的水平横向和垂直纵向的进气量分布均具有较好的均衡性，并且可有效抑制反应室体内出现的局部流量高峰。

2、进行均流布气的滑动开槽均流板和固定开槽均流板的重叠开槽宽度能够在进气量波动较大的实际工况下灵活调整，对乏风流量波动较大的实际工况适应较佳，可以在进气流量差别较大的情况下使反应室横截面保持较好的温度均衡。

3、开槽均流板与反应室保留一定间隙，避免了均流板后产生流动死角导致反应室内局部流量降低，使反应室入口的进气量分布均衡并连续，使热氧化过程更加稳定可靠。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是图1所示实施例结构的左视图。

图3是图1所示实施例结构的A-A剖面图。

图4是图1所示实施例进气腔内固定开槽均流板的结构示意图。

图5是图1所示实施例进气腔内滑动开槽均流板的结构示意图。

图6是图1所示实施例进气扩口管内固定开槽均流板的结构示意图。

图7是图1所示实施例进气扩口管内滑动开槽均流板的结构示意图。

图中：1、进气总管 2、进气支管 3、进气扩口管 4、进气腔 5、反应室 6、排气腔 7、排气总管 8、调节阀 9、PLC 10、固定开槽均流板 11、滑动开槽均流板 12、滑轨 13、滑块14、水平长槽 15、竖直长槽 16、齿条 17、槽 18、支撑 19、双向螺杆 20、电机 21、差压计22、传动齿轮 23、联轴器 24、齿轮轴 25、单向螺杆 26、导流锥

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。在图1～7所示的实施例中：两个反应室5的外侧分别与两个进气腔4连通，两个反应室5的内侧均与排气腔6连通，排气腔6与排气总管7连通，排气腔6内均布有导流板；每个进气腔4均依次经过一个进气扩口管3、一个设有调节阀8的进气支管2与进气总管1连通；进气总管1和两个进气支管2的连通处布置有导流锥26。

设置PLC9，在每个进气扩口管3的外壁上设置一套第一电控调节机构，在每个进气腔4的侧壁上设置一套第二电控调节机构；在每个进气扩口管3内和进气腔4内均设置一个固定开槽均流板10和个滑动开槽均流板11，其中进气扩口管3内的固定开槽均流板10水平固定安装，进气腔4内的固定开槽均流板10垂直固定安装；每个固定开槽均流板10的两侧均安装有滑轨12和滑块13，滑动开槽均流板11固定在滑块13上，可沿滑轨12在固定开槽均流板10表面上滑动；对应于进气扩口管3内的滑动开槽均流板11，进气扩口管3的外壁上开一水平长槽14，对应于进气腔4内的滑动开槽均流板11，进气腔4的一侧壁上开一竖直长槽17，滑动开槽均流板11端部经对应的长槽伸出到外部，滑动开槽均流板11伸出到外部的端部安装有齿条16；进气扩口管3内滑动开槽均流板11上的齿条16与对应的第一电控调节机构传动连接，进气腔4内滑动开槽均流板11上的齿条16与对应的第二电控调节机构传动连接。

排气腔6内靠近反应室5的一侧均布有1排导流板，每排4块导流板，每块导流板固定安装在排气腔6内壁上，与反应室5的夹角为40°，导流板靠近反应室5端的形状为弧形，另一端的形状为直板，两者平滑过渡。

安装在进气腔4内的固定开槽均流板10上开有6个垂直于滑轨12方向的槽17，相邻槽17之间的间距相等，均为进气腔4高度的1/20，槽17的宽度从进气腔4开口向内依次逐渐增大，固定开槽均流板10与反应室5的距离为进气腔4长度的1/10。

在同一进气腔4内，滑动开槽均流板11的长度短于固定开槽均流板10，滑动开槽均流板11上的槽17与固定开槽均流板10上的槽17的方向相同，槽17的宽度从进气腔4开口向内依次逐渐增大；滑动开槽均流板11上的槽17数比固定开槽均流板10上的槽17数少两个,进气之前两者的槽17错开；除位于滑动开槽均流板11中心的两个槽17,其它相邻槽17间距相等,均为进气腔4高度的1/20,位于滑动开槽均流板11中心的两个槽17之间的间距是其它相邻槽17间距的2倍；当滑动开槽均流板11在固定开槽均流板10的表面滑动时，两者槽17重叠的宽度在靠近开口侧和远离开口侧的变化趋势相反；进气量增大时，滑动开槽均流板11由内侧向开口侧滑动，使靠近开口侧槽17重叠的宽度减小，而靠近内侧槽17重叠的宽度增大。

进气扩口管3的扩张角度为30°；在同一个进气扩口管3内，固定开槽均流板10上开有6个垂直于滑轨12方向的槽17，相邻槽17之间的间距相等，均为进气扩口管3宽度的1/20，槽17的宽度从固定开槽均流板10的中心到两侧逐渐增大；滑动开槽均流板11为两个，每个滑动开槽均流板11的长度为固定开槽均流板10长度的1/3，滑动开槽均流板11上开的槽17与固定开槽均流板10上槽17的方向相同，滑动开槽均流板11上的槽17数为固定开槽均流板10上槽17数的1/3,每个滑动开槽均流板11上槽17的宽度从进气扩口管3的中心向两侧逐渐增大，进气之前滑动开槽均流板11与固定开槽均流板10上的槽17错开；以进气扩口管3的中心为参照，两个滑动开槽均流板11关于中心对称布置且对称滑动，当两个滑动开槽均流板11对称滑动时，滑动开槽均流板11和固定开槽均流板10上槽17重叠的宽度在中心和两侧位置的变化趋势相反：当进气量增大时，两个滑动开槽均流板11对称向中心滑动，使位于中心槽17的重叠宽度减小，而位于两侧槽17的重叠宽度增大。

第一电控调节机构包括经支撑18水平安装在进气扩口管3外壁上的双向螺杆19、电机20、多个差压计21和多个传动齿轮22，其中电机20的动力输出端经联轴器23与双向螺杆19端部固定连接，传动齿轮22经齿轮轴24安装在进气扩口管3外壁上，且处于双向螺杆19与齿条16之间并与两者啮合，多个差压计21检测反应室5沿宽度方向、反应室5靠近进气腔4侧和靠近排气腔6侧之间沿气流方向的压强差分布。

第二电控调节机构包括经支撑18竖直安装在进气腔4侧壁上的单向螺杆25、电机20、多个差压计21和多个传动齿轮22，其中电机20的动力输出端经联轴器23与单向螺杆25端部固定连接，传动齿轮22经齿轮轴24安装在进气腔4侧壁上，且处于单向螺杆25与齿条16之间并与两者啮合，多个差压计21检测反应室5沿高度方向、反应室5靠近进气腔4侧和靠近排气腔6侧之间沿气流方向的压强差分布。

PLC9的输入端接多个差压计21的输出端，PLC9的输出端接每个电机20的控制端。

Claims (3)

1.一种双反应室预热催化氧化装置电控调节式进气均流系统，包括进气总管(1)、进气支管(2)、进气扩口管(3)、两个进气腔(4)、两个并排的反应室(5)、排气腔(6)和排气总管(7)，其中两个反应室(5)的外侧分别与两个进气腔(4)连通，两个反应室(5)的内侧均与排气腔(6)连通，排气腔(6)与排气总管(7)连通，排气腔(6)内均布有导流板；每个进气腔(4)均依次经过一个进气扩口管(3)、一个设有调节阀(8)的进气支管(2)与进气总管(1)连通，其特征在于：

增设PLC(9)，在每个进气扩口管(3)的外壁上增设一套第一电控调节机构，在每个进气腔(4)的侧壁上增设一套第二电控调节机构；在每个进气扩口管(3)内和进气腔(4)内均增设一个固定开槽均流板(10)和一个滑动开槽均流板(11)，其中进气扩口管(3)内的固定开槽均流板(10)水平固定安装，进气腔(4)内的固定开槽均流板(10)垂直固定安装；每个固定开槽均流板(10)的两侧均安装有滑轨(12)和滑块(13)，滑动开槽均流板(11)固定在滑块(13)上，可沿滑轨(12)在固定开槽均流板(10)表面上滑动；对应于进气扩口管(3)内的滑动开槽均流板(11)，进气扩口管(3)的外壁上开一水平长槽(14)，对应于进气腔(4)内的滑动开槽均流板(11)，进气腔(4)的一侧壁上开一竖直长槽(17)，滑动开槽均流板(11)端部经对应的长槽伸出到外部，滑动开槽均流板(11)伸出到外部的端部安装有齿条(16)；进气扩口管(3)内滑动开槽均流板(11)上的齿条(16)与对应的第一电控调节机构传动连接，进气腔(4)内滑动开槽均流板(11)上的齿条(16)与对应的第二电控调节机构传动连接；

安装在进气腔(4)内的固定开槽均流板(10)上开有6～10个垂直于滑轨(12)方向的槽(17)，相邻槽(17)之间的间距相等，均为进气腔(4)高度的1/30～1/20，槽(17)的宽度从进气腔(4)开口向内依次逐渐增大，固定开槽均流板(10)与反应室(5)的距离为进气腔(4)长度的1/10～1/5；

在同一进气腔(4)内，滑动开槽均流板(11)的长度短于固定开槽均流板(10)，滑动开槽均流板(11)上的槽(17)与固定开槽均流板(10)上的槽(17)的方向相同，槽(17)的宽度从进气腔(4)开口向内依次逐渐增大；滑动开槽均流板(11)上的槽(17)数比固定开槽均流板(10)上的槽(17)数少两个，进气之前两者的槽(17)错开；除位于滑动开槽均流板(11)中心的两个槽(17)，其它相邻槽(17)间距相等，均为进气腔(4)高度的1/30～1/20，

位于滑动开槽均流板(11)中心的两个槽(17)之间的间距是其它相邻槽(17)间距的1.5～3倍；当滑动开槽均流板(11)在固定开槽均流板(10)的表面滑动时，两者槽(17)重叠的宽度在靠近开口侧和远离开口侧的变化趋势相反：进气量增大时，滑动开槽均流板(11)由内侧向开口侧滑动，使靠近开口侧槽(17)重叠的宽度减小，而靠近内侧槽(17)重叠的宽度增大；

进气扩口管(3)的扩张角度为30°～60°；在同一个进气扩口管(3)内，固定开槽均流板(10)上开有6～10个垂直于滑轨(12)方向的槽(17)，相邻槽(17)之间的间距相等，均为进气扩口管(3)宽度的1/30～1/20，槽(17)的宽度从固定开槽均流板(10)的中心到两侧逐渐增大；滑动开槽均流板(11)为两个，每个滑动开槽均流板(11)的长度为固定开槽均流板(10)长度的1/3～2/5，滑动开槽均流板(11)上开的槽(17)与固定开槽均流板(10)上槽(17)的方向相同，滑动开槽均流板(11)上的槽(17)数为固定开槽均流板(10)上槽(17)数的1/4～1/3,每个滑动开槽均流板(11)上槽(17)的宽度从进气扩口管(3)的中心向两侧逐渐增大，进气之前滑动开槽均流板(11)与固定开槽均流板(10)上的槽(17)错开；以进气扩口管(3)的中心为参照，两个滑动开槽均流板(11)关于中心对称布置且对称滑动，当两个滑动开槽均流板(11)对称滑动时，滑动开槽均流板(11)和固定开槽均流板(10)上槽(17)重叠的宽度在中心和两侧位置的变化趋势相反：当进气量增大时，两个滑动开槽均流板(11)对称向中心滑动，使位于中心槽(17)的重叠宽度减小，而位于两侧槽(17)的重叠宽度增大；

第一电控调节机构包括经支撑(18)水平安装在进气扩口管(3)外壁上的双向螺杆(19)、电机(20)、多个差压计(21)和多个传动齿轮(22)，其中电机(20)的动力输出端经联轴器(23)与双向螺杆(19)端部固定连接，传动齿轮(22)经齿轮轴(24)安装在进气扩口管(3)外壁上，且处于双向螺杆(19)与齿条(16)之间并与两者啮合，多个差压计(21)检测反应室(5)沿宽度方向、反应室(5)靠近进气腔(4)侧和靠近排气腔(6)侧之间沿气流方向的压强差分布；

第二电控调节机构包括经支撑(18)竖直安装在进气腔(4)侧壁上的单向螺杆(25)、电机(20)、多个差压计(21)和多个传动齿轮(22)，其中电机(20)的动力输出端经联轴器(23)与单向螺杆(25)端部固定连接，传动齿轮(22)经齿轮轴(24)安装在进气腔(4)侧壁上，且处于单向螺杆(25)与齿条(16)之间并与两者啮合，多个差压计(21)检测反应室(5)沿高度方向、反应室(5)靠近进气腔(4)侧和靠近排气腔(6)侧之间沿气流方向的压强差分布；

PLC(9)的输入端接多个差压计(21)的输出端，PLC(9)的输出端接每个电机(20)的控制端。

2.根据权利要求1所述的双反应室预热催化氧化装置电控调节式进气均流系统，其特征在于：排气腔(6)内靠近反应室(5)的一侧均布有1排导流板，每排4～6块导流板，每块导流板固定安装在排气腔(6)内壁上，与反应室(5)的夹角为40°～60°，导流板靠近反应室(5)端的形状为弧形，另一端的形状为直板，两者平滑过渡。

3.根据权利要求1所述的双反应室预热催化氧化装置电控调节式进气均流系统，其特征在于：进气总管(1)和两个进气支管(2)的连通处布置有导流锥(26)。