CN105863721B - 双反应室预热催化氧化装置机械调节式进排气导流系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双反应室预热催化氧化装置机械调节式进排气导流系统，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。进气扩口管内设有第一导流板，进气腔内设有第二导流板，排气腔内设有第三导流板。每个进气扩口管的外壁上增设一套第一机械调节机构，每个进气腔的侧壁上增设一套第二机械调节机构。进气扩口管内第一导流板的转动由第一机械调节机构调节控制，进气腔内第二导流板的转动由第二机械调节机构调节控制。本发明能够在进气量波动较大的实际工况下灵活调整导流板的角度，保证氧化床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机械调节式进排气导流系统

技术领域

本发明提供一种双反应室预热催化氧化装置机械调节式进排气导流系统，属于煤矿通风瓦斯综合利用技术领域。

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，反应室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。进排气导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，包括进气总管、进气支管、进气扩口管、进气腔，反应室、排气腔、排气收缩管、排气支管和排气总管，在进气扩口管、进气腔、排气腔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排气导流系统。

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排气导流技术的不足，提供一种双反应室预热催化氧化装置机械调节式进排气导流系统，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机械调节式进排气导流系统，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；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，进气扩口管内设有第一导流板，进气腔内设有第二导流板，排气腔内设有第三导流板，其特征在于：

进气扩口管的扩张角度为30°～60°，进气扩口管内的第一导流板采用直板形导流板，每个进气扩口管内设有4～6块第一导流板和同数量的弧形导轨，弧形导轨水平固定安装在进气扩口管的内壁上，弧形导轨上设有与第一导流板活动端匹配的卡槽，第一导流板的活动端对应与一个弧形导轨滑动连接，第一导流板的另一端设置一水平方向的固定轴，固定轴的两端均间隙穿出进气扩口管的侧壁；

每个进气腔内均布有4～6块第二导流板及同数量的弧形导轨，弧形导轨垂直固定安装在进气腔的内壁上，弧形导轨上设有与第二导流板活动端匹配的卡槽；第二导流板的活动端对应与一个弧形导轨滑动连接，第二导流板的另一端设置一水平方向的固定轴，第二导流板靠近固定轴端的形状为弧形，另一端的形状为直板，两者平滑过渡，每个第二导流板角度沿进气流动方向依次增大，第二导流板的固定轴与反应室的距离约为进气腔长度的1/10～1/5，固定轴的两端均间隙穿出进气腔的侧壁；

排气腔内靠近反应室的一侧均布有1排第三导流板，每排4～6块第三导流板，每块第三导流板固定安装在排气腔内壁上，与反应室的夹角为40°～60°，第三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；

在每个进气扩口管的外壁增设一套第一机械调节机构，在每个进气腔的侧壁上增设一套第二机械调节机构，其中：

第一机械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、固定在双向螺杆端部的调节把手和与进气扩口管内第一导流板个数相等的调节单元，每个调节单元均包括调节齿轮、传动齿轮、齿轮轴、滑动连杆、凹槽轴和传动把手，其中调节齿轮固定套装在第一导流板的固定轴端部，齿轮轴和凹槽轴均间隙安装在进气扩口管的外壁上，传动齿轮经齿轮轴安装在进气扩口管的外壁上，且处于双向螺杆与调节齿轮之间并与两者啮合，传动齿轮沿齿轮轴滑动；滑动连杆一端与传动齿轮固定连接，另一端在凹槽轴的凹槽内滑动；传动把手固定安装在凹槽轴的端部；

第二机械调节机构包括经支撑垂直安装在进气腔侧壁上的单向螺杆、固定在单向螺杆端部的调节把手和与进气腔内第二导流板个数相等的调节单元，每个调节单元均包括调节齿轮、传动齿轮、齿轮轴、滑动连杆、凹槽轴和传动把手，其中调节齿轮固定套装在第二导流板的固定轴端部，齿轮轴和凹槽轴均间隙安装在进气腔的侧壁上，传动齿轮经齿轮轴安装在进气腔侧壁上，且处于单向螺杆与调节齿轮之间并与两者啮合，传动齿轮沿齿轮轴滑动；滑动连杆一端与传动齿轮固定连接，另一端在凹槽轴的凹槽内滑动；传动把手固定安装在凹槽轴的端部。

所述的煤矿乏风双反应室预热催化氧化装置机械调节式进排气导流系统，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。两个反应室靠近进气腔侧和靠近排气腔侧之间的压强差沿流通截面垂直中心线的分布由进气腔内的多个第二导流板进行调节，两个反应室靠近进气腔侧和靠近排气腔侧之间的压强差沿流通截面水平中心线的分布由进气扩口管内的多个第一导流板进行调节。第一导流板和第二导流板的转动分别由第一机械调节机构和第二机械调节机构调节控制。第一和第二机械调节机构均需转动调节把手使对应的双向或单向螺杆转动，通过传动齿轮传动至调节齿轮，带动固定轴和导流板转动，进行第一或第二导流板的角度调节。转动传动把手使凹槽轴转动，可带动滑动连杆及与其固定的传动齿轮，使传动齿轮沿齿轮轴滑动，退出或进入与调节齿轮和双向或单向螺杆的啮合状态。当需要单独调节某一导流板的角度时，可使其余导流板对应的传动齿轮退出啮合状态，只保留需调节的导流板对应的传动齿轮进入啮合状态。当进气流量增大时，通过第一机械调节机构的调节使进气扩口管内的第一导流板对称向进气扩口管的中心转动，通过第二机械调节机构的调节使进气腔内的第二导流板的角度均减小，当进气流量减小时的调节方式相反，最终使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、进气腔的和排气腔均布置了足够数量的导流板，可以保证反应室横截面的横向和纵向的进气量分布均具有较好的均衡性，同时避免产生流动死角和涡流，使装置总体的流动阻力降低。进气支管的调节阀可对两个的反应室的进气量进行调节，保证两个反应室的进气量均匀。

2、进气扩口管和进气腔的导流板的角度既可以统一调整，也可以逐个单独调整，非常灵活方便，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、第二导流板的形状根部采用圆弧，圆滑过渡至端部的直板，并且第二导流板根部与反应室保留一定间隙，避免了第二导流板根部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，使催化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所示实施例结构的右视图。

图3是图1所示实施例除去第二机械调节机构的A-A剖面图。

图4是图1所示实施例中第一机械调节机构C部分的放大结构示意图。

图5是图1所示实施例第一机械调节机构中传动齿轮、滑动连杆和凹槽轴的放大结构示意图。

图6是进气腔内导流板和弧形导轨的放大结构示意图。

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、第一导流板 10、第二导流板 11、第三导流板 12、弧形导轨 13、卡槽 14、固定轴 15、双向螺杆 16、调节把手 17、调节齿轮 18、传动齿轮 19、齿轮轴 20、滑动连杆 21、凹槽轴 22、传动把手 23、单向螺杆 24、导流锥 25、支撑

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。在图1～6所示的实施例中：进气总管1和两个进气支管2的连通处布置有导流锥24。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；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，进气扩口管3内设有第一导流板9，进气腔4内设有第二导流板10，排气腔6内设有第三导流板11。

进气扩口管3的扩张角度为50°，进气扩口管3内的第一导流板9采用直板形导流板，每个进气扩口管3内设有4块第一导流板9和同数量的弧形导轨12，弧形导轨12水平固定安装在进气扩口管3的内壁上，弧形导轨12上设有与第一导流板9活动端匹配的卡槽13，第一导流板9的活动端对应与一个弧形导轨12滑动连接，第一导流板9的另一端设置一水平方向的固定轴14，固定轴14的两端均间隙穿出进气扩口管3的侧壁。

每个进气腔4内均布有4块第二导流板10及同数量的弧形导轨12，弧形导轨12垂直固定安装在进气腔4的内壁上，弧形导轨12上设有与第二导流板10活动端匹配的卡槽13；第二导流板10的活动端对应与一个弧形导轨12滑动连接，第二导流板10的另一端设置一水平方向的固定轴14，第二导流板10靠近固定轴14端的形状为弧形，另一端的形状为直板，两者平滑过渡，每个第二导流板10角度沿进气流动方向依次增大，第二导流板10的固定轴14与反应室5的距离约为进气腔4高度的1/8，固定轴14的两端均间隙穿出进气腔4的侧壁。

排气腔6内靠近反应室5的一侧均布有1排第三导流板11，每排4块第三导流板11，每块第三导流板11固定安装在排气腔6内壁上，与反应室5的夹角为50°，第三导流板11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。

在每个进气扩口管3的外壁设置一套第一机械调节机构，在每个进气腔4的侧壁上设置一套第二机械调节机构，其中：

第一机械调节机构包括经支撑25水平安装在进气扩口管3外壁上的双向螺杆15、固定在双向螺杆15端部的调节把手16和与进气扩口管3内第一导流板9个数相等的调节单元，每个调节单元均包括调节齿轮17、传动齿轮18、齿轮轴19、滑动连杆20、凹槽轴21和传动把手22，其中调节齿轮17固定套装在第一导流板9的固定轴14端部，齿轮轴19和凹槽轴21均间隙安装在进气扩口管3的外壁上，传动齿轮18经齿轮轴19安装在进气扩口管3的外壁上，且处于双向螺杆15与调节齿轮17之间并与两者啮合，传动齿轮18沿齿轮轴19滑动；滑动连杆20一端与传动齿轮18固定连接，另一端在凹槽轴21的凹槽内滑动；传动把手22固定安装在凹槽轴21的端部；

第二机械调节机构包括经支撑25垂直安装在进气腔4侧壁上的单向螺杆23、固定在单向螺杆23端部的调节把手16和与进气腔4内第二导流板10个数相等的调节单元，每个调节单元均包括调节齿轮17、传动齿轮18、齿轮轴19、滑动连杆20、凹槽轴21和传动把手22，其中调节齿轮17固定套装在第二导流板10的固定轴14端部，齿轮轴19和凹槽轴21均间隙安装在进气腔4的侧壁上，传动齿轮18经齿轮轴19安装在进气腔4侧壁上,且处于单向螺杆23与调节齿轮17之间并与两者啮合，传动齿轮18沿齿轮轴19滑动；滑动连杆20一端与传动齿轮18固定连接，另一端在凹槽轴21的凹槽内滑动；传动把手22固定安装在凹槽轴21的端部。

Claims (2)

1.一种双反应室预热催化氧化装置机械调节式进排气导流系统，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；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，进气扩口管(3)内设有第一导流板(9)，进气腔(4)内设有第二导流板(10)，排气腔(6)内设有第三导流板(11)，其特征在于：

进气扩口管(3)的扩张角度为30°～60°，进气扩口管(3)内的第一导流板(9)采用直板形导流板，每个进气扩口管(3)内设有4～6块第一导流板(9)和同数量的弧形导轨(12)，弧形导轨(12)水平固定安装在进气扩口管(3)的内壁上，弧形导轨(12)上设有与第一导流板(9)活动端匹配的卡槽(13)，第一导流板(9)的活动端对应与一个弧形导轨(12)滑动连接，第一导流板(9)的另一端设置一水平方向的固定轴(14)，固定轴(14)的两端均间隙穿出进气扩口管(3)的侧壁；

每个进气腔(4)内均布有4～6块第二导流板(10)及同数量的弧形导轨(12)，弧形导轨(12)垂直固定安装在进气腔(4)的内壁上，弧形导轨(12)上设有与第二导流板(10)活动端匹配的卡槽(13)；第二导流板(10)的活动端对应与一个弧形导轨(12)滑动连接，第二导流板(10)的另一端设置一水平方向的固定轴(14)，第二导流板(10)靠近固定轴(14)端的形状为弧形，另一端的形状为直板，两者平滑过渡，每个第二导流板(10)角度沿进气流动方向依次增大，第二导流板(10)的固定轴(14)与反应室(5)的距离约为进气腔(4)高度的1/10～1/5，固定轴(14)的两端均间隙穿出进气腔(4)的侧壁；

排气腔(6)内均布有8～12块第三导流板(11)，第三导流板(11)固定安装在排气腔(6)内壁上，与反应室(5)的夹角为40°～60°，第三导流板(11)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；

在每个进气扩口管(3)的外壁增设一套第一机械调节机构，在每个进气腔(4)的侧壁上增设一套第二机械调节机构，其中：

第一机械调节机构包括经支撑(25)水平安装在进气扩口管(3)外壁上的双向螺杆(15)、固定在双向螺杆(15)端部的调节把手(16)和与进气扩口管(3)内第一导流板(9)个数相等的调节单元，每个调节单元均包括调节齿轮(17)、传动齿轮(18)、齿轮轴(19)、滑动连杆(20)、凹槽轴(21)和传动把手(22)，其中调节齿轮(17)固定套装在第一导流板(9)的固定轴(14)端部，齿轮轴(19)和凹槽轴(21)均间隙安装在进气扩口管(3)的外壁上，传动齿轮(18)经齿轮轴(19)安装在进气扩口管(3)的外壁上，且处于双向螺杆(15)与调节齿轮(17)之间并与两者啮合，传动齿轮(18)沿齿轮轴(19)滑动；滑动连杆(20)一端与传动齿轮(18)固定连接，另一端在凹槽轴(21)的凹槽内滑动；传动把手(22)固定安装在凹槽轴(21)的端部；

第二机械调节机构包括经支撑(25)垂直安装在进气腔(4)侧壁上的单向螺杆(23)、固定在单向螺杆(23)端部的调节把手(16)和与进气腔(4)内第二导流板(10)个数相等的调节单元，每个调节单元均包括调节齿轮(17)、传动齿轮(18)、齿轮轴(19)、滑动连杆(20)、凹槽轴(21)和传动把手(22)，其中调节齿轮(17)固定套装在第二导流板(10)的固定轴(14)端部，齿轮轴(19)和凹槽轴(21)均间隙安装在进气腔(4)的侧壁上，传动齿轮(18)经齿轮轴(19)安装在进气腔(4)侧壁上，且处于单向螺杆(23)与调节齿轮(17)之间并与两者啮合，传动齿轮(18)沿齿轮轴(19)滑动；滑动连杆(20)一端与传动齿轮(18)固定连接，另一端在凹槽轴(21)的凹槽内滑动；传动把手(22)固定安装在凹槽轴(21)的端部。

2.根据权利要求1所述的双反应室预热催化氧化装置机械调节式进排气导流系统，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(24)。