CN108071816B - 蓄热燃烧装置用旋转换向阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种蓄热燃烧装置用旋转换向阀，包括旋转轴、电机、顶部敞口的筒体、进气管、排气管和扫气管。旋转轴与筒体共轴线，旋转轴下端从筒体伸出，并与电机的输出端固定连接，进气管和排气管固定在筒体的两侧，并且进气管的高度高于排气管，扫气管固定在筒体的底板上。旋转轴经推力轴承安装在筒体的底板上，旋转轴位于筒体内的顶部、中部和下部对应水平固定安装有进气布风板、排气回风板和扫气布风板，进气布风板、排气回风板和扫气布风板均与筒体的侧壁留有间隙。本发明的换向阀靠进气布风板、排气回风板和扫气布风板的分配实现流畅的旋转进气、排气和扫气过程，流动损失很小，驱动电机的耗能很低，且运行稳定可靠。

Description

蓄热燃烧装置用旋转换向阀
技术领域
本发明具体涉及一种蓄热燃烧装置用旋转换向阀，属于稀薄气体能源利用技术领域。
背景技术
煤矿生产过程中通常采用大量通风来稀释和排放煤矿瓦斯，产生煤矿乏风瓦斯(Ventilation Air Methane，简称VAM)。由于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，因此乏风瓦斯往往直接排入大气。乏风瓦斯的主要成分甲烷，是仅次于二氧化碳的第二大温室气体，我国每年通过煤矿乏风排放的纯甲烷在200亿立方米以上，严重污染了大气环境，同时也造成了优质洁净气体能源的巨大浪费。
目前国内外将煤矿乏风瓦斯作为主燃料利用的技术主要有热逆流氧化和催化逆流氧化技术，都利用多孔介质氧化床的蓄热特性和换向流动反应技术维持氧化装置的稳定运行，对甲烷氧化放热进行利用。主要区别是催化逆流氧化使用了氧化催化剂，降低了甲烷氧化所需要的温度。但逆流氧化技术必不可少的流动换向操作导致诸多弊端，例如换向流动造成温度场的周期性波动，增加了取热利用的难度，还增大了陶瓷蓄热体的热应力；换向时部分乏风气体逃逸，降低了实际甲烷转化率；换向操作对换向机构的工作可靠性要求高，并使装置整体结构复杂，装配和维护困难。这些问题使运行成本增加，限制了逆流氧化技术的普及。
在工业有机废气的氧化处理中广泛应用的旋转蓄热氧化技术，用连续旋转的蓄热体对进气进行预热，同时回收氧化后的废气热能，能够保证蓄热体内温度场的稳定性和流动的连续性，避免了未反应进气的逃逸和频繁的换向操作，具备诸多优势替代逆流氧化技术，实现煤矿乏风瓦斯的有效氧化利用。现有的旋转蓄热式燃烧装置大都采用旋转换向阀实现进气、排气和扫气的转换功能。然而，现有的旋转换向阀使用过程中具有以下几个缺点：(1)换向阀结构复杂，阀体和阀芯间划分多个流动区域，流动损失较大；(2)多采用平面密封分离进气、排气和扫气区域，平面密封的摩擦力较大，增大了驱动电机的耗能；(3)常采用补偿机构补偿摩擦面的磨损，增加了运行的不稳定性。
发明内容
本发明的目的是弥补现有蓄热式燃烧装置用旋转换向阀结构和性能的不足，提供一种结构简化、密封良好且运行稳定的蓄热燃烧装置用旋转换向阀。其技术方案为：
一种蓄热燃烧装置用旋转换向阀，包括旋转轴、电机、顶部敞口的筒体、进气管、排气管和扫气管，旋转轴与筒体共轴线，旋转轴下端从筒体伸出，并与电机的输出端固定连接；进气管和排气管固定在筒体的两侧，并且进气管的高度高于排气管；扫气管固定在筒体的底板上，其特征在于：旋转轴经推力轴承安装在筒体的底板上，旋转轴位于筒体内的顶部、中部和下部对应水平固定安装有进气布风板、排气回风板和扫气布风板，进气布风板、排气回风板和扫气布风板均与筒体的侧壁留有间隙；进气布风板、排气回风板和筒体构成与进气管连通的进气腔，排气回风板、扫气布风板和筒体构成与排气管连通的排气腔，扫气布风板和筒体底板构成与扫气管连通的扫气腔；进气布风板上开有扇形的进气出口、排气入口和扫气出口，排气回风板上开有扇形的排气出口和扫气通道口，扫气布风板上开有扇形的扫气入口，其中排气入口位于排气出口的正上方，且两者大小相等，扫气出口与扫气通道口均位于扫气入口的正上方，且三者大小相等；排气通道由连接于排气入口与排气出口之间的两垂直平面和外圆弧面以及旋转轴的侧壁封闭围成，扫气通道由连接于扫气入口、扫气通道口和扫气出口之间的两垂直平面和外圆弧面以及旋转轴的侧壁封闭围成。
所述的蓄热燃烧装置用旋转换向阀，进气腔与排气腔的容积相等，扫气腔的容积为进气腔或排气腔容积的1/20～1/10。
所述的蓄热燃烧装置用旋转换向阀，进气出口的两直线边上竖直安装有进气密封隔板，环绕扫气出口竖直安装有扫气密封隔板，且进气出口、扫气出口和排气入口之间都留有周向距离。
所述的蓄热燃烧装置用旋转换向阀，排气通道和扫气通道均与筒体侧壁留有距离，使旋转中的进气腔和排气腔对应与进气管和排气管连通。
其工作原理为：煤矿乏风从旋转换向阀的进气管进入进气腔，然后从进气腔顶部的进气布风板的进气出口流出，进入蓄热体内完成蓄热氧化，氧化后的排气从排气入口回到旋转换向阀内，沿排气通道流进排气腔，而后从排气管排出。从排气管内引出部分扫气气体，由旋转换向阀的扫气管进入扫气腔，沿扫气腔顶部的扫气通道从进气布风板的扫气出口流出，进入蓄热体进行扫气。由于排气通道为排气入口和排气出口间的竖直侧壁和旋转轴封闭围成，进气腔内的进气和排气间完全隔离，不会掺混。同样，扫气通道为扫气入口、扫气通道口和扫气出口之间的竖直侧壁和旋转轴封闭围成，在进气腔和排气腔内的进气、排气与扫气间也完全隔离。因为排气通道和扫气通道与筒体侧壁间留有距离，在旋转轴带动进气布风板、排气回风板和扫气布风板旋转的过程中，进气管与进气腔、排气管与排气腔始终保持连通状态，进气和排气能够保证通畅。以上结构特点可实现筒体、进气管、排气管和扫气管固定不动的状态下，进气气体从旋转换向阀内旋转排出、排气气体向旋转换向阀内旋转进入、扫气气体从旋转换向阀内旋转排出，保证与旋转换向阀相连的蓄热体内的氧化过程顺利进行。
本发明与现有技术相比，主要优点和有益效果是：
1、旋转换向阀的结构简单高效，靠进气布风板、排气回风板和扫气布风板的分配实现流畅的旋转进气、排气和扫气过程，流动损失很小。
2、旋转换向阀中的主要旋转部件包括进气布风板、排气回风板、扫气布风板、排气通道和扫气通道，皆为薄壁件，驱动电机的耗能很低。
3、旋转的进气布风板、排气回风板和扫气布风板与固定的筒体间的密封，以及进气布风板出口进气和扫气的密封，均靠间隙密封实现，摩擦阻力较小，且避免出现卡死的情况，运行稳定。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是图1所示实施例的俯视图。
图3是图2所示实施例的A-A剖面图。
图4是图2所示实施例的B-B剖面图。
图5是图3所示实施例的C-C剖面图。
图6是图3所示实施例的D-D剖面图。
图7是图1所示实施例中进气布风板的结构示意图。
图8是图1所示实施例中排气回风板的结构示意图。
图9是图1所示实施例中扫气布风板的结构示意图。
图中：1、进气管 2、扫气密封隔板 3、进气密封隔板 4、旋转轴 5、进气布风板 6、筒体 7、排气管 8、扫气管 9、电机 10、进气出口 11、排气入口 12、扫气通道 13、排气回风板 14、排气通道 15、推力轴承 16、扫气布风板 17、排气出口 18、扫气通道口 19、扫气入口 20、扫气出口
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。在图1～9所示的实施例中：
筒体6顶部敞口，旋转轴4经推力轴承15安装在筒体6的底板上，两者共轴线。旋转轴4下端从筒体6伸出，并与电机9的输出端固定连接。进气管1和排气管7固定在筒体6的两侧，并且进气管1的高度高于排气管7，扫气管8固定在筒体6的底板上。旋转轴4位于筒体6内的顶部、中部和下部对应水平固定安装有进气布风板5、排气回风板13和扫气布风板16，进气布风板5、排气回风板13和扫气布风板16均与筒体6的侧壁留有间隙；进气布风板5、排气回风板13和筒体6构成与进气管1连通的进气腔，排气回风板13、扫气布风板16和筒体6构成与排气管7连通的排气腔，扫气布风板16和筒体6底板构成与扫气管8连通的扫气腔，进气腔与排气腔的容积相等，扫气腔的容积为进气腔或排气腔容积的1/15。进气布风板5上开有扇形的进气出口10、排气入口11和扫气出口20，排气回风板13上开有扇形的排气出口17和扫气通道口18，扫气布风板16上开有扇形的扫气入口19，其中排气入口19位于排气出口17的正上方，且两者大小相等，扫气出口20与扫气通道口18均位于扫气入口19的正上方，且三者大小相等；排气通道14由连接于排气入口11与排气出口17之间的两垂直平面和外圆弧面以及旋转轴4的侧壁封闭围成，扫气通道12由连接于扫气入口19、扫气通道口18和扫气出口20之间的两垂直平面和外圆弧面以及旋转轴4的侧壁封闭围成。排气通道14和扫气通道12均与筒体6侧壁留有筒体6半径的1/4距离，使旋转中的进气腔和排气腔对应与进气管1和排气管7连通。
进气出口10的两直线边上竖直安装有进气密封隔板3，环绕扫气出口20竖直安装有扫气密封隔板2，且进气出口10、扫气出口20和排气入口11之间都留有周向距离。

Claims (4)

1.一种蓄热燃烧装置用旋转换向阀，包括旋转轴(4)、电机(9)、顶部敞口的筒体(6)、进气管(1)、排气管(7)和扫气管(8)，旋转轴(4)与筒体(6)共轴线，旋转轴(4)下端从筒体(6)伸出，并与电机(9)的输出端固定连接；进气管(1)和排气管(7)固定在筒体(6)的两侧，并且进气管(1)的高度高于排气管(7)；扫气管(8)固定在筒体(6)的底板上，其特征在于：
旋转轴(4)经推力轴承(15)安装在筒体(6)的底板上，旋转轴(4)位于筒体(6)内的顶部、中部和下部对应水平固定安装有进气布风板(5)、排气回风板(13)和扫气布风板(16)，进气布风板(5)、排气回风板(13)和扫气布风板(16)均与筒体(6)的侧壁留有间隙；进气布风板(5)、排气回风板(13)和筒体(6)构成与进气管(1)连通的进气腔，排气回风板(13)、扫气布风板(16)和筒体(6)构成与排气管(7)连通的排气腔，扫气布风板(16)和筒体(6)底板构成与扫气管(8)连通的扫气腔；进气布风板(5)上开有扇形的进气出口(10)、排气入口(11)和扫气出口(20)，排气回风板(13)上开有扇形的排气出口(17)和扫气通道口(18)，扫气布风板(16)上开有扇形的扫气入口(19)，其中排气入口(19)位于排气出口(17)的正上方，且两者大小相等，扫气出口(20)与扫气通道口(18)均位于扫气入口(19)的正上方，且三者大小相等；排气通道(14)由连接于排气入口(11)与排气出口(17)之间的两垂直平面和外圆弧面以及旋转轴(4)的侧壁封闭围成，扫气通道(12)由连接于扫气入口(19)、扫气通道口(18)和扫气出口(20)之间的两垂直平面和外圆弧面以及旋转轴(4)的侧壁封闭围成。
2.根据权利要求1所述的蓄热燃烧装置用旋转换向阀，其特征在于：进气腔与排气腔的容积相等，扫气腔的容积为进气腔或排气腔容积的1/20～1/10。
3.根据权利要求1所述的蓄热燃烧装置用旋转换向阀，其特征在于：进气出口(10)的两直线边上竖直安装有进气密封隔板(3)，环绕扫气出口(20)竖直安装有扫气密封隔板(2)，且进气出口(10)、扫气出口(20)和排气入口(11)之间都留有周向距离。
4.根据权利要求1所述的蓄热燃烧装置用旋转换向阀，其特征在于：排气通道(14)和扫气通道(12)均与筒体(6)侧壁留有距离，使旋转中的进气腔和排气腔对应与进气管(1)和排气管(7)连通。
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