CN107033978A - 一种矿井低瓦斯回收利用装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种矿井低瓦斯回收利用装置，包括装置主体，其特征在于：所述装置主体最前端设置有初级空压机，所述初级空压机输出端与粉尘过滤器相连，所述粉尘过滤器输出端与一号电磁阀相连，所述一号电磁阀后面连接有干燥器，所述干燥器输出端与瓦斯浓缩装置中的一级吸附塔底部一接口相连；所述一级吸附塔中间接口通过九号电磁阀与二级吸附塔中间接口相连；所述四级吸附塔底部第三接口与次级空压机相连，所述次级空压机输出端与储气罐相连；所述所有电磁阀均与控制器电性相连。本发明在实际运用中，表现良好，系统运行稳定，提取的甲烷气体浓度较高，燃烧较充分，能够提高煤矿低浓度瓦斯的重复利用率，减少环境污染，适合推广运用。

Description

一种矿井低瓦斯回收利用装置
技术领域
本发明涉及煤矿安全预警相关技术领域，具体为一种矿井低瓦斯回收利用装置。
背景技术
我国煤矿的瓦斯储量十分丰富，采深2000m以内已探明的瓦斯储量为34.6亿m3。在煤矿生产过程中产生存在着许多不安全因素，瓦斯就是其中最主要因素之一。通常，根治瓦斯行之有效的方法是进行瓦斯抽放后加以燃烧排出，根据我国《煤矿安全规程》规定，利用时瓦斯浓度不得低于30％，不利用时瓦斯浓度不得低于25％，即低浓度瓦斯，这就使得瓦斯浓度低于25％时就成为瓦斯抽放的“禁区”，大量瓦斯不仅得不到利用，反而成为矿井通风的负担和安全隐患。因此，开发利用低浓度瓦斯就成为煤矿安全技术中的重要课题。
煤矿瓦斯的排放大部分来自瓦斯浓度低于1％的矿井回风流中，将瓦斯直接排放到大气中,一方面造成了有限的不可再生资源的严重浪费,仅每年从煤矿回风流中释放的瓦斯，其发热量相当于3370万吨标准煤的低位发热量；另一方面，加剧了大气污染，加剧了温室效应，单位质量的瓦斯对大气温室效应影响是CO2的21倍。因此，合理回收利用回风流中瓦斯具有节能和环保双重意义，对于低浓度瓦斯利用随着人们节能和环保意识的提高，必将越来越受到重视。
发明内容
本发明的目的在于提供一种矿井低瓦斯回收利用装置，以提高煤矿低浓度瓦斯的重复利用率，减少环境污染。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种矿井低瓦斯回收利用装置，包括装置主体，其特征在于：所述装置主体最前端设置有初级空压机，所述初级空压机输出端与粉尘过滤器相连，所述粉尘过滤器输出端与一号电磁阀相连，所述一号电磁阀后面连接有干燥器，所述干燥器输出端与瓦斯浓缩装置中的一级吸附塔底部一接口相连，所述一级吸附塔底部另一接口通过八号电磁阀与四级吸附塔底部一接口相连，所述四级吸附塔底部另一接口通过七号电磁阀与干燥器输出端相连，所述一级吸附塔顶端接口通过十号电磁阀与三级吸附塔外部顶端一接口相连；所述一级吸附塔中间接口通过九号电磁阀与二级吸附塔中间接口相连；所述四级吸附塔底部第三接口与次级空压机相连，所述次级空压机输出端与储气罐相连，所述储气罐输出端通过二号电磁阀与反应器输入端相连；所述所有电磁阀均与控制器电性相连。
优选的，所述瓦斯浓缩装置包括一级吸附塔、二级吸附塔、三级吸附塔和四级吸附塔。
优选的，所述一级吸附塔内设置有上碳分子筛和下碳分子筛。
优选的，所述四级吸附塔外部顶端接口设置有三号真空泵，所述四级吸附塔内部顶端设置有瓦斯浓度检测仪，所述瓦斯浓度检测仪采用JQLFJX14型瓦斯浓度检测仪。
优选的，所述二级吸附塔外部顶端一接口通过管道与外部环境直接相连，所述二级吸附塔外部顶端另一接口连接有一号真空泵；所述三级吸附塔外部顶端另一接口连接有二号真空泵。
优选的，所述反应器设置有反应通道一和反应通道二两个反应通道；所述反应通道一设置有四号电磁阀、一号热交换介质、一号催化剂、热换器、二号催化剂、二号热交换介质和六号电磁阀，所述四号电磁阀通过管道与一号热交换介质上端口相连，所述一号热交换介质下端口与一号催化剂上端口相连，所述一号催化剂下端口与热换器上端口相连，所述热换器下端口与二号催化剂上端口相连，所述二号催化剂下端口与二号热交换介质上端口相连，所述二号热交换介质下端口通过管道与六号电磁阀相连；所述反应通道二设置有三号电磁阀、二号热交换介质、二号催化剂、热换器、一号催化剂、一号热交换介质和五号电磁阀。
优选的，所述二号电磁阀输出端一侧设置有空气过滤器，所述空气过滤器输入端连接有三级空压机。
优选的，所述控制器的CPU采用DSP28335主控制芯片，所在电路板上设置有型号为UC3842的PWM发生器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在吸附塔中采用碳分子筛常温变压吸附气体分离技术，从低瓦斯混合气体中提取出较纯的、浓度较高甲烷气体；此外，通过在吸附塔中设置真空泵，利用抽真空的方法排出碳分子筛已吸附的混合气体，使碳分子筛的吸附能力得到恢复，这种二路平行原理组成的吸附塔交替运行，可连续得到高浓度的甲烷气体；采用反应器和催化剂，并设置有两次风流转向，不仅可以降低瓦斯自燃温度，使瓦斯充分燃烧，而且能够提高煤矿低浓度瓦斯的重复利用率，减少环境污染。本发明在实际运用中，表现良好，系统运行稳定，提取的甲烷气体浓度较高，燃烧较充分，能够提高煤矿低浓度瓦斯的重复利用率，减少环境污染，适合推广运用。
附图说明
图1为本发明一种矿井低瓦斯回收利用装置结构示意图；
图2为本发明瓦斯浓缩装置结构图；
图3为本发明反应器内部结构图。
图中：101-初级空压机；102-三级空压机；201-粉尘过滤器；202-空气过滤器；3-电磁阀；301-一号电磁阀；302-二号电磁阀；303-三号电磁阀；304-四号电磁阀；305-五号电磁阀；306-六号电磁阀；307-七号电磁阀；308-八号电磁阀；309-九号电磁阀；3010-十号电磁阀；4-干燥器；5-瓦斯浓缩装置；6-次级空压机；7-储气罐；8-反应器；801-一号热交换介质；802-二号热交换介质；901-一号催化剂；902-二号催化剂；10-热换器；1101-一级吸附塔；1102-二级吸附塔；1103-三级吸附塔；1104-四级吸附塔；1201-一号真空泵；1202-二号真空泵；1203-三号真空泵；1301-上碳分子筛；1302-下碳分子筛；14-瓦斯浓度检测仪；15-控制器；16-装置主体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供的一种实施例：一种矿井低瓦斯回收利用装置，包括装置主体16，其特征在于：所述装置主体16最前端设置有初级空压机101，所述初级空压机101输出端与粉尘过滤器201相连，所述粉尘过滤器201输出端与一号电磁阀301相连，所述一号电磁阀301后面连接有干燥器4，所述干燥器4输出端与瓦斯浓缩装置5中的一级吸附塔1101底部一接口相连，所述一级吸附塔1101底部另一接口通过八号电磁阀308与四级吸附塔1104底部一接口相连，所述四级吸附塔1104底部另一接口通过七号电磁阀307与干燥器4输出端相连，所述一级吸附塔1101顶端接口通过十号电磁阀3010与三级吸附塔1103外部顶端一接口相连；所述一级吸附塔1101中间接口通过九号电磁阀309与二级吸附塔1102中间接口相连；所述四级吸附塔1104底部第三接口与次级空压机6相连，所述次级空压机6输出端与储气罐7相连，所述储气罐7输出端通过二号电磁阀302与反应器8输入端相连；所述所有电磁阀3均与控制器15电性相连。
其中，所述瓦斯浓缩装置5包括一级吸附塔1101、二级吸附塔1102、三级吸附塔1103和四级吸附塔1104。
其中，所述一级吸附塔1101内设置有上碳分子筛1301和下碳分子筛1302。
其中，所述四级吸附塔1104外部顶端接口设置有三号真空泵1203，所述四级吸附塔1104内部顶端设置有瓦斯浓度检测仪14，所述瓦斯浓度检测仪14采用JQLFJX14型瓦斯浓度检测仪。
其中，所述二级吸附塔1102外部顶端一接口通过管道与外部环境直接相连，所述二级吸附塔1102外部顶端另一接口连接有一号真空泵1201；所述三级吸附塔1103外部顶端另一接口连接有二号真空泵1202。
其中，所述反应器8设置有反应通道一和反应通道二两个反应通道；所述反应通道一设置有四号电磁阀304、一号热交换介质801、一号催化剂901、热换器10、二号催化剂902、二号热交换介质802和六号电磁阀306，所述四号电磁阀304通过管道与一号热交换介质801上端口相连，所述一号热交换介质801下端口与一号催化剂901上端口相连，所述一号催化剂901下端口与热换器10上端口相连，所述热换器10下端口与二号催化剂902上端口相连，所述二号催化剂902下端口与二号热交换介质802上端口相连，所述二号热交换介质802下端口通过管道与六号电磁阀306相连；所述反应通道二设置有三号电磁阀303、二号热交换介质802、二号催化剂902、热换器10、一号催化剂901、一号热交换介质801和五号电磁阀305。
其中，所述二号电磁阀302输出端一侧设置有空气过滤器202，所述空气过滤器202输入端连接有三级空压机102。
其中，所述控制器15的CPU采用DSP28335主控制芯片，所在电路板上设置有型号为UC3842的PWM发生器。
工作原理：本发明设计了一种矿井低瓦斯回收利用装置，瓦斯混合气体通过初级空压机101进入本装置，经粉尘过滤器201，将瓦斯混合气体中掺杂的粉尘颗粒过滤除去，得到的较为纯净的瓦斯混合气体；当一号电磁阀301打开时，较为纯净的瓦斯混合气体经干燥器4的烘焙作用，除去其中掺杂的水分，得到纯净的瓦斯混合气体，并输送至瓦斯浓缩装置5中的一级吸附塔1101中。
瓦斯混合气体进入一级吸附塔1101之前，一级吸附塔1101与已减压的三级吸附塔1103之间压力平衡,当瓦斯混合气体进入一级吸附塔1101时，二号真空泵1202同时工作，并将一级吸附塔1101中的瓦斯混合气体由大气压增加至设定压强，在瓦斯混合气体的加压过程中，甲烷和一些链烃以及二氧化碳优先于氮气和氧气被吸附到粗孔碳分子筛上；然后，打开九号电磁阀309，并通过一号真空泵1201将一级吸附塔1101中当前压力释放至二级吸附塔1102，从而可以将几乎不含甲烷的氮气和氧气作为废气排出；之后，将四级吸附塔1104排空，此时，会在一级吸附塔1101和四级吸附塔1104之间发生甲烷、一些链烃和二氧化碳的解吸作用；此外，四级吸附塔1104内的瓦斯浓度检测仪14对甲烷浓度进行检测，当检测浓度小于百分之三十时，该混合气体会被排到一级吸附塔1101中，重新进行碳分子筛选。
甲烷浓度不低于百分之三十的混合瓦斯气体经四级吸附塔1104排出后，再经次级空压机6将该混合瓦斯气体进行浓缩处理，并储存于储气罐7当中；当需要时，打开二号电磁阀302，将混合瓦斯气体输送至反应器8当中进行燃烧。
反应器8两端是石英砂或陶瓷颗粒构成的一号热交换介质801和二号热交换介质802，其中心安装有电热元件,反应器8周围有较好的绝热层。反应器8的工作原理是混合瓦斯气体与一号热交换介质801和二号热交换介质802在反应区进行热交换，气体受热达到瓦斯燃烧所需温度时，会发生氧化反应，放出热量，其中，一个循环反应包括两次风流转向，每次转向称为半循环，当四号电磁阀304和六号电磁阀306打开，三号电磁阀303和五号电磁阀305关闭时，风流从顶部流向底部，完成一个半循环。开始运行时,电热元件对一号热交换介质801和二号热交换介质802进行预热，使之达到反应所需温度；在第一个半循环中，回风流以常温通过反应器8，由于一号热交换介质801中心温度达到引燃瓦斯所需温度，发生氧化反应，放出热量，第二个半循环依次往复。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种矿井低瓦斯回收利用装置，包括装置主体(16)，其特征在于：所述装置主体(16)最前端设置有初级空压机(101)，所述初级空压机(101)输出端与粉尘过滤器(201)相连，所述粉尘过滤器(201)输出端与一号电磁阀(301)相连，所述一号电磁阀(301)后面连接有干燥器(4)，所述干燥器(4)输出端与瓦斯浓缩装置(5)中的一级吸附塔(1101)底部一接口相连，所述一级吸附塔(1101)底部另一接口通过八号电磁阀(308)与四级吸附塔(1104)底部一接口相连，所述四级吸附塔(1104)底部另一接口通过七号电磁阀(307)与干燥器(4)输出端相连，所述一级吸附塔(1101)顶端接口通过十号电磁阀(3010)与三级吸附塔(1103)外部顶端一接口相连；所述一级吸附塔(1101)中间接口通过九号电磁阀(309)与二级吸附塔(1102)中间接口相连；所述四级吸附塔(1104)底部第三接口与次级空压机(6)相连，所述次级空压机(6)输出端与储气罐(7)相连，所述储气罐(7)输出端通过二号电磁阀(302)与反应器(8)输入端相连；所述所有电磁阀(3)均与控制器(15)电性相连。
2.根据权利要求1所述的一种矿井低瓦斯回收利用装置，其特征在于：所述瓦斯浓缩装置(5)包括一级吸附塔(1101)、二级吸附塔(1102)、三级吸附塔(1103)和四级吸附塔(1104)。
3.根据权利要求1所述的一种矿井低瓦斯回收利用装置，其特征在于：所述一级吸附塔(1101)内设置有上碳分子筛(1301)和下碳分子筛(1302)。
4.根据权利要求1所述的一种矿井低瓦斯回收利用装置，其特征在于：所述四级吸附塔(1104)外部顶端接口设置有三号真空泵(1203)，所述四级吸附塔(1104)内部顶端设置有瓦斯浓度检测仪(14)，所述瓦斯浓度检测仪(14)采用JQLFJX14型瓦斯浓度检测仪。
5.根据权利要求1所述的一种矿井低瓦斯回收利用装置，其特征在于：所述二级吸附塔(1102)外部顶端一接口通过管道与外部环境直接相连，所述二级吸附塔(1102)外部顶端另一接口连接有一号真空泵(1201)；所述三级吸附塔(1103)外部顶端另一接口连接有二号真空泵(1202)。
6.根据权利要求1所述的一种矿井低瓦斯回收利用装置，其特征在于：所述反应器(8)设置有反应通道一和反应通道二两个反应通道；所述反应通道一设置有四号电磁阀(304)、一号热交换介质(801)、一号催化剂(901)、热换器(10)、二号催化剂(902)、二号热交换介质(802)和六号电磁阀(306)，所述四号电磁阀(304)通过管道与一号热交换介质(801)上端口相连，所述一号热交换介质(801)下端口与一号催化剂(901)上端口相连，所述一号催化剂(901)下端口与热换器(10)上端口相连，所述热换器(10)下端口与二号催化剂(902)上端口相连，所述二号催化剂(902)下端口与二号热交换介质(802)上端口相连，所述二号热交换介质(802)下端口通过管道与六号电磁阀(306)相连；所述反应通道二设置有三号电磁阀(303)、二号热交换介质(802)、二号催化剂(902)、热换器(10)、一号催化剂(901)、一号热交换介质(801)和五号电磁阀(305)。
7.根据权利要求1所述的一种矿井低瓦斯回收利用装置，其特征在于：所述二号电磁阀(302)输出端一侧设置有空气过滤器(202)，所述空气过滤器(202)输入端连接有三级空压机(102)。
8.根据权利要求1所述的一种矿井低瓦斯回收利用装置，其特征在于：所述控制器(15)的CPU采用DSP28335主控制芯片，所在电路板上设置有型号为UC3842的PWM发生器。
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