CN110939933B - 一种低浓度瓦斯蓄热燃烧系统 - Google Patents

一种低浓度瓦斯蓄热燃烧系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低浓度瓦斯蓄热燃烧系统，包括燃烧室、再热室、高温换向阀、第一蓄热室、第二蓄热室、低温换向阀、瓦斯进口和低温烟气出口；低温换向阀和第一蓄热室、第二蓄热室、瓦斯进口、低温烟气出口连通；高温换向阀和第一蓄热室、第二蓄热室、再热室、燃烧室连通，当其中一个蓄热室对高温烟气蓄热时，另一个蓄热室对低温低浓度瓦斯进行释热。本发明将蓄热技术、微通道催化燃烧技术与低浓度瓦斯燃烧技术相结合，通过对高温烟气的连续蓄热和再利用，实现对低温低浓度进气瓦斯的连续预热和再热，实现低浓度瓦斯在微通道燃烧室中高效催化燃烧。

Description

一种低浓度瓦斯蓄热燃烧系统
技术领域
本发明涉及高温蓄热燃烧技术领域，具体涉及一种低浓度瓦斯蓄热燃烧系统。
背景技术
根据《煤矿安全规程》规定：抽采的瓦斯浓度低于30％时，不得作为燃气直接燃烧。因此，大量瓦斯浓度比较低的抽采瓦斯被抽出来后直接排放掉，虽然我国煤矿瓦斯抽采量巨大，但其利用率还不及抽采总量的1/3。据不完全统计，我国每年在采煤的同时排放的纯瓦斯近200亿立方米，与“西气东输”的天然气量相当。煤矿瓦斯的利用途径及利用率受瓦斯浓度的影响较大，高浓度的煤矿瓦斯处理后可直接替代天然气使用，而低浓度的瓦斯包括甲烷浓度低于30％的抽采瓦斯和矿井乏风瓦斯，一般只能用于燃烧发电或排空，利用途径较为单一，且利用效率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种低浓度瓦斯蓄热燃烧系统，通过蓄热室对低浓度瓦斯燃烧过程中产生的高温烟气热量进行蓄热，并将存储的热量对进口低温瓦斯进行预热和再热，实现系统的连续蓄热、预热和再热，尽可能提高系统的热利用效率，提高进入燃烧室前的低浓度瓦斯温度，促进低浓度瓦斯的充分燃烧。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种低浓度瓦斯蓄热燃烧系统，包括燃烧室、再热室、高温换向阀、第一蓄热室、第二蓄热室、低温换向阀、瓦斯进口和低温烟气出口；
低温换向阀通过管道分别与瓦斯进口、低温烟气出口、第一蓄热室一端、第二蓄热室一端连通；高温换向阀通过管道分别与第一蓄热室另一端、第二蓄热室另一端、再热室瓦斯入口、燃烧室高温烟气出口连通；
燃烧室高温烟气出口还通过管道与再热室高温烟气入口相连接，再热室瓦斯出口与燃烧室连通；
低温换向阀和高温换向阀均具有第一状态位和第二状态位；
当低温换向阀和高温换向阀位于第一状态位时，瓦斯进口经低温换向阀、第二蓄热室、高温换向阀、再热室与燃烧室连通，燃烧室高温烟气出口经高温换向阀、第一蓄热室、低温换向阀与低温烟气出口连通，第一蓄热室储热，第二蓄热室释热；
当低温换向阀和高温换向阀位于第二状态位时，瓦斯进口经低温换向阀、第一蓄热室、高温换向阀、再热室与燃烧室连通，燃烧室高温烟气出口经高温换向阀、第二蓄热室、低温换向阀与低温烟气出口连通，第一蓄热室释热，第二蓄热室储热。
燃烧时，低温瓦斯从瓦斯进口流入，经过低温换向阀进入第二蓄热室，与蓄热材料进行换热，温度升高后再经过高温换向阀进入再热室，与从燃烧室出来的部分高温烟气换热进行再热，温度进一步升高后进入燃烧室燃烧。燃烧产生的高温烟气一部分进入再热室对进入燃烧室前的瓦斯进行再热，另一部分通过高温阀进入第一蓄热室，将热量存储在蓄热材料中，换热降温后的烟气经过低温换向阀从低温烟气出口流出系统。当第二蓄热室温度下降到一定值和第一蓄热室温度上升到一定值，切换高温换向阀和低温换向阀的方向，低温瓦斯在第一蓄热室中进行换热，高温烟气在第二蓄热室中进行蓄热。通过以上方法，在燃烧过程中不断同时切换高温换向阀和低温换向阀的方向，可实现对高温烟气的连续蓄热，以及对低温瓦斯连续预热和再热。
作为本发明的一种改进，所述的燃烧室为微通道催化燃烧室。通过微通道催化燃烧的方式，提高低浓度瓦斯的利用率并促进其充分燃烧。
作为本发明的一种改进，所述的燃烧室和再热室外部均敷设有低导热系数的保温层。可尽量减少与外部环境之间的换热。
作为本发明的一种改进，所述的第一蓄热室和第二蓄热室内填充有蓄热材料，其中一个对从燃烧室出来的高温烟气进行蓄热时，另一个对从瓦斯进口通入的低温低浓度瓦斯进行释热。如此，可实现对高温烟气的连续蓄热和对低温低浓度瓦斯的连续释热。
作为本发明的一种改进，所述的第一蓄热室和第二蓄热室外部均敷设有低导热系数的保温层。可尽量减少与外部环境之间的换热。
作为本发明的一种改进，所述的高温换向阀的承温能力超过从燃烧室出来的高温烟气的温度。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明将填充床蓄热技术、微通道催化燃烧技术应用于低浓度瓦斯的燃烧，通过对燃烧过程中产生的高温烟气进行蓄热，并同时将存储的热量用于加热低浓度瓦斯，可大大提高低浓度瓦斯的温度，同时联合微通道催化燃烧的方式可促进低浓度瓦斯的充分燃烧。
附图说明
图1为本发明的高效紧凑式高压蓄热装置的结构示意图一，第一蓄热室蓄热，第二蓄热室释热；
图2为本发明的高效紧凑式高压蓄热装置的结构示意图二，第一蓄热室释热，第二蓄热室储热。
图中附图标记含义：1-燃烧室；2-再热室；3-高温换向阀；4-第一蓄热室；5-第二蓄热室；6-低温换向阀；7-瓦斯进口；8-低温烟气出口；9-电热器；10-空气进口；V1～V3-阀门。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1和图2所示，一种低浓度瓦斯蓄热燃烧系统，包括燃烧室1、再热室2、高温换向阀3、第一蓄热室4、第二蓄热室5、低温换向阀6、瓦斯进口7和低温烟气出口8。
燃烧室1为微通道催化燃烧室，上部设置有电加热器9，空气进口10的管道上设置有阀门V3，可进行低浓度瓦斯的催化燃烧。燃烧室1和再热室2相邻布置，外部均敷设保温层，以尽量减少与外部环境之间的换热。
燃烧室1和再热室2相邻，燃烧室1的高温烟气出口分为两路，一路经阀门V1与高温换向阀3相连，另一路经阀门V2与再热室2的高温烟气入口相连。再热室2的瓦斯入口与高温换向阀3相连，瓦斯出口则与燃烧室1的微通道相连。
高温换向阀3采用二位四通阀，其中一个端口如上所述，通过管道和阀门V1与燃烧室1的高温烟气出口连通，另外三个端口分别通过管道与第一蓄热室4的上端、第二蓄热室5的上端、再热室2的瓦斯入口连通。
低温换向阀6也为二位四通阀，可与高温换向阀3同步切换，低温换向阀6的四个端口分别通过管道分别与瓦斯进口7、低温烟气出口8、第一蓄热室4下端、第二蓄热室5下端连通。
第一蓄热室4和第二蓄热室5里面均填充蓄热材料，外部敷设保温层，以尽量减少与外部环境之间的换热。当其中一个蓄热室对高温烟气蓄热时，另一个蓄热室对低温低浓度瓦斯进行释热。通过同时调节高温换向阀3和低温换向阀6的方向，两个蓄热室由蓄热或者释热状态变成相反的释热或者蓄热状态。
下面对本发明的工作过程进行详细说明：
如图1所示，进入系统的低温低浓度瓦斯通过低温换向阀6进入第二蓄热室5，与第二蓄热室5中的高温蓄热材料换热进行预热，温度升高后通过高温换向阀3进入再热室2，在再热室2中被从阀门V2进入的高温烟气进一步再热，最后进入微通道燃烧室1，与从阀门V3进入的空气充分混合，在电热器9的加热作用下进行催化燃烧。燃烧产生的高温烟气一部分通过阀门V2进入再热室2用于加热瓦斯，另一部分通过阀门V1，再经过高温换向阀3进入第一蓄热室4，将热量存储起来，换热降温后的烟气再经过低温换向阀6流出系统。
如图2所示，当第一蓄热室4完成蓄热，第二蓄热室5完成释热时，同时切换高温换向阀3和低温换向阀6。此时，低温低浓度瓦斯依次经过低温换向阀6、第一蓄热室4、高温换向阀3、再热室2、燃烧室1。燃烧产生的高温烟气一部分通过V2进入再热室2，另一部分依次经过阀门V1、高温换向阀3、第二蓄热室5、低温换向阀6，最后流出系统，原理同上。
本发明对燃烧产生的高温烟气进行蓄热，利用存储的热量对低温低浓度的瓦斯进行预热和再热，提高其燃烧前的进气温度，并结合微通道催化燃烧技术，实现低浓度瓦斯的充分燃烧。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (6)

1.一种低浓度瓦斯蓄热燃烧系统，其特征在于：包括燃烧室、再热室、高温换向阀、第一蓄热室、第二蓄热室、低温换向阀、瓦斯进口和低温烟气出口；
低温换向阀通过管道分别与瓦斯进口、低温烟气出口、第一蓄热室一端、第二蓄热室一端连通；高温换向阀通过管道分别与第一蓄热室另一端、第二蓄热室另一端、再热室瓦斯入口、燃烧室高温烟气出口连通；
燃烧室高温烟气出口还通过管道与再热室高温烟气入口相连接，再热室瓦斯出口与燃烧室连通；
低温换向阀和高温换向阀均具有第一状态位和第二状态位；
当低温换向阀和高温换向阀位于第一状态位时，瓦斯进口经低温换向阀、第二蓄热室、高温换向阀、再热室与燃烧室连通，燃烧室高温烟气出口经高温换向阀、第一蓄热室、低温换向阀与低温烟气出口连通，第一蓄热室储热，第二蓄热室释热；
当低温换向阀和高温换向阀位于第二状态位时，瓦斯进口经低温换向阀、第一蓄热室、高温换向阀、再热室与燃烧室连通，燃烧室高温烟气出口经高温换向阀、第二蓄热室、低温换向阀与低温烟气出口连通，第一蓄热室释热，第二蓄热室储热。
2.根据权利要求1所述的一种低浓度瓦斯蓄热燃烧系统，其特征在于：所述的燃烧室为微通道催化燃烧室。
3.根据权利要求2所述的一种低浓度瓦斯蓄热燃烧系统，其特征在于：所述的燃烧室和再热室外部均敷设有低导热系数的保温层。
4.根据权利要求1所述的一种低浓度瓦斯蓄热燃烧系统，其特征在于：所述的第一蓄热室和第二蓄热室内填充有蓄热材料，其中一个对从燃烧室出来的高温烟气进行蓄热时，另一个对从瓦斯进口流入的低温低浓度瓦斯进行释热。
5.根据权利要求4所述的一种低浓度瓦斯蓄热燃烧系统，其特征在于：所述的第一蓄热室和第二蓄热室外部均敷设有低导热系数的保温层。
6.根据权利要求1所述的一种低浓度瓦斯蓄热燃烧系统，其特征在于：所述的高温换向阀的承温能力超过从燃烧室出来的高温烟气的温度。
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