CN111207402A - 一种基于固体蓄热装置的煤矿瓦斯氧化热利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种基于固体蓄热装置的煤矿瓦斯氧化热利用系统，包括瓦斯氧化装置、固体蓄热装置、混风器、换热器、风机和烟囱，其中按照瓦斯氧化装置、固体蓄热装置、混风器、换热器、风机和烟囱的顺序通过风管连接形成第一连接线路；按照固体蓄热装置、混风器、换热器和风机的顺序通过风管顺次连接形成第二连接循环线路。本发明可解决因瓦斯流量变化而导致瓦斯氧化装置的供热负荷波动的问题，改善供热效果，促进瓦斯氧化装置在煤矿中的广泛应用，提升煤矿经济效益和竞争力。

Description

一种基于固体蓄热装置的煤矿瓦斯氧化热利用系统

技术领域

本发明属于煤矿瓦斯利用技术领域，特别是涉及一种基于固体蓄热装置的煤矿瓦斯氧化热利用系统。

背景技术

煤矿瓦斯（又称煤层气）是指储集在煤层中的非常规天然气（主要成分是甲烷）。瓦斯浓度达到5%-16%时，遇明火就会爆炸，是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。瓦斯排放到大气中，温室效应为二氧化碳的21倍，是主要的工业排放温室气体之一。

煤矿瓦斯按产生方式分为风排瓦斯（也称“通风瓦斯”或“乏风”）和抽排瓦斯两种。其中，风排瓦斯的甲烷含量极低，一般为0.2%—0.6%，占总量的83%。抽排瓦斯按浓度又分为高浓度瓦斯（甲烷含量≥30%）和低浓度瓦斯（甲烷含量<30%）。按相关规定，抽排瓦斯利用时浓度不得低于30%，但目前多数煤矿抽排瓦斯的甲烷浓度只有25%左右，达不到直接利用的要求，不得不排入大气中。瓦斯排放的背后，是能源的巨大浪费与对环境的破坏。

在环保要求日益严格的背景下，不符合标准的燃煤锅炉被禁用，煤矿企业也被要求尽快替代燃煤锅炉。但天然气、甲醇、柴油锅炉和电直热等价格偏高，利用这些能源替代燃煤锅炉无疑会提高煤矿生产成本，降低竞争力。与此同时，低浓度瓦斯和风排瓦斯作为煤矿自有的可用能源却白白浪费，没有得到有效利用。

瓦斯氧化装置是一种可以对低浓度和风排瓦斯所含能量进行有效利用的节能减排设备，其工作原理是把煤矿泵站的抽排瓦斯掺混到空气或乏风中，导入到蓄热式高温氧化装置。低浓度甲烷在高温反应腔中瞬间无火焰地氧化为水和二氧化碳，并释放出巨大氧化热。热能的小部分用于维持反应温度，大部分热能可以被导出到余热锅炉为煤矿提供蒸汽/热水/热风，以满足洗浴、供暖、井筒防冻等需求。

然而煤矿中瓦斯流量随季节和气温变化波动较大，导致瓦斯氧化装置的热能在利用过程中出现间歇性和波动性的特点，影响其正常使用。从而使瓦斯氧化装置在煤矿中的推广应用受阻。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于固体蓄热装置的煤矿瓦斯氧化热利用系统，解决因瓦斯流量变化而导致瓦斯氧化装置的供热负荷波动的问题，改善供热效果，促进瓦斯氧化装置在煤矿中的广泛应用，提升煤矿经济效益和竞争力。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于固体蓄热装置的煤矿瓦斯氧化热利用系统，包括瓦斯氧化装置、固体蓄热装置、混风器、换热器、风机和烟囱，其中按照瓦斯氧化装置、固体蓄热装置、混风器、换热器、风机和烟囱的顺序通过风管连接形成第一连接线路；按照固体蓄热装置、混风器、换热器和风机的顺序通过风管顺次连接形成第二连接循环线路。

进一步地，所述的基于固体蓄热装置的煤矿瓦斯氧化热利用系统，第一连接线路中瓦斯氧化装置与固体蓄热装置连接的风管上设置有第一阀门和第二阀门，风机与烟囱连接的风管上设置第四阀门。

更进一步地，所述的基于固体蓄热装置的煤矿瓦斯氧化热利用系统，风机与第四阀门之间的风管上通过第一支路管道与第一阀门和第二阀门之间的风管连通，第一支路管道上设置第六阀门，形成固体蓄热装置、混风器、换热器和风机顺次连接的第二连接循环线路。

更进一步地，所述的基于固体蓄热装置的煤矿瓦斯氧化热利用系统，第一阀门和第二阀门之间的风管上通过第二支路管道与混风器连接，第二支路管道上设置第三阀门。

进一步地，所述的基于固体蓄热装置的煤矿瓦斯氧化热利用系统，混风器上设置有环境空气入口，环境空气入口处设置控制环境空气进入的第五阀门。

进一步地，所述的基于固体蓄热装置的煤矿瓦斯氧化热利用系统，所述固体蓄热装置中可根据需要设置辅助电加热器。

更进一步地，所述的基于固体蓄热装置的煤矿瓦斯氧化热利用系统，所述混风器包括壳体，所述壳体的一端设置有第一混风入口，另一端设置有混风出口，所述壳体内部平行排列设置两根以上混风管，各混风管上沿轴向和径向分布设置多个排气孔；壳体的一侧设置第二混风入口，所述第二混风入口与各混风管的入口端连通，各混风管的出口端全部封闭或部分封闭；第二支路管道连接第二混风入口，固体蓄热装置的出口端通过风管连接第一混风入口，混风出口通过风管连接换热器，第一混风入口通过旁路分支管道设置有环境空气入口，旁路分支管道上设置第五阀门。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明使用瓦斯氧化装置所产生的高温烟气直接对固体蓄热装置进行充热，固体蓄热装置工作温度高、蓄能密度大、蓄热效率高。

2、本发明采用固体蓄热装置来平衡瓦斯氧化装置的供热负荷，解决了因瓦斯流量变化而导致瓦斯氧化装置的供热负荷波动的问题，显著改善供热效果。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为实施例1中提供的基于固体蓄热装置的煤矿瓦斯氧化热利用系统示意图；

图2为实施例2中提供的混风器结构示意图；

图3为实施例2中提供的基于固体蓄热装置的煤矿瓦斯氧化热利用系统示意图；

以上图中：1-瓦斯氧化装置，2-固体蓄热装置，3-混风器，31-壳体，32-混风管，33-排气孔，34-第一混风入口，35-第二混风入口，36-混风出口，4-换热器，5-风机，6-烟囱，7-第一阀门，8-第二阀门，9-第三阀门，10-第四阀门，11-第五阀门，12-第六阀门。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，为本实施例提供的基于固体蓄热装置的煤矿瓦斯氧化热利用系统示意图，

包括瓦斯氧化装置1、固体蓄热装置2、混风器3、换热器4、风机5和烟囱6，其中按照瓦斯氧化装置1、固体蓄热装置2、混风器3、换热器4、风机5和烟囱6的顺序通过风管连接形成第一连接线路；按照固体蓄热装置2、混风器3、换热器4和风机5的顺序通过风管顺次连接形成第二连接循环线路。

所述的基于固体蓄热装置的煤矿瓦斯氧化热利用系统，第一连接线路中瓦斯氧化装置1与固体蓄热装置2连接的风管上设置有第一阀门7和第二阀门8，风机5与烟囱6连接的风管上设置第四阀门10；混风器3上设置有环境空气入口，环境空气入口处设置控制环境空气进入的第五阀门11。

所述的基于固体蓄热装置的煤矿瓦斯氧化热利用系统，风机5与第四阀门9之间的风管上通过第一支路管道与第一阀门7和第二阀门8之间的风管连通，第一支路管道上设置第六阀门12，形成固体蓄热装置2、混风器3、换热器4和风机5顺次连接的第二连接循环线路。

所述的基于固体蓄热装置的煤矿瓦斯氧化热利用系统，第一阀门7和第二阀门8之间的风管上通过第二支路管道与混风器3连接，第二支路管道上设置第三阀门9。

所述的基于固体蓄热装置的煤矿瓦斯氧化热利用系统，所述固体蓄热装置2中可根据需要设置辅助电加热器，用于极寒天气时向系统补热。

本发明基于固体蓄热装置的煤矿瓦斯氧化热利用系统在白天时煤矿瓦斯充足的时候将多余热量储存于固体蓄热装置2中；在晚上时，煤矿瓦斯流量为0，此时固体蓄热装置2将所储热能用于供热。下面分白天和晚上分别对系统的工作流程进行描述。

白天时，关闭第六阀门12，打开第一阀门7、第二阀门8、第三阀门9和第四阀门10，并调节阀门第二阀门8、第三阀门9和第五阀门11的开度，一方面保证换热器供热充足，另一方面保持混风器3出口风温为300℃。白天蓄热时，瓦斯流入瓦斯氧化装置1中，反应后900℃的高温烟气从瓦斯氧化装置1中被抽出进行余热利用。900℃高温烟气中的一部分直接流入混风器3；另一部分对固体蓄热装置2进行充热后，流入混风器3。此外，空气从环境空气入口经第五调节阀11流入混风器3中，混风器3混合后保证进入换热器4入口温度维持在300℃左右。300℃热风经换热器4与用热介质（水或空气）换热后，变成100℃左右的低温空气，流入烟囱6后排入大气中。蓄热过程中，固体蓄热装置2的蓄热体平均温度从400℃逐渐升高到800℃。

晚上时，依靠固体蓄热装置2储存的热量进行供热。此时，关闭第一阀门7、第四阀门10和第五阀门11，打开第二阀门8、第三阀门9和第六阀门12，调节第二阀门8和第三阀门9的开度，一方面保证换热器4供热充足，另一方面保持混风器3出口风温为300℃。换热器4将热风的热能传递给用热介质。如遇极寒天气，系统所储热量不够用，可开启固体蓄热装置2内设置的辅助电加热器进行补热。放热过程中，固体蓄热装置2的蓄热体平均温度从800℃逐渐降低到400℃。

实施例2

本实施例是在实施例1基础上的进一步改进，如图2所示，为本实施例提供的混风器结构示意图，包括壳体31，所述壳体31的一端设置有第一混风入口34，另一端设置有混风出口36，所述壳体31内部平行排列设置两根以上混风管32，各混风管32上沿轴向和径向均匀分布设置多个排气孔33，壳体31的一侧设置第二混风入口35，所述第二混风入口35与各混风管32的入口端连通，各混风管32的出口端全部封闭或部分封闭。第二支路管道连接第二混风入口35，固体蓄热装置2的出口端通过风管连接第一混风入口34，混风出口36通过风管连接换热器4，第一混风入口34通过旁路分支管道设置有环境空气入口，旁路分支管道上设置第五阀门11（见图3）。

在本实施例提供的系统运用过程中，通过环境空气入口引入的环境空气与第二混风入口35以及与固体蓄热装置2的出口端经第一混风入口34引入的烟气进行充分混合最后调节至预定温度后经混风出口36输入至换热器4进行后续操作。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种基于固体蓄热装置的煤矿瓦斯氧化热利用系统，其特征在于，包括瓦斯氧化装置（1）、固体蓄热装置（2）、混风器（3）、换热器（4）、风机（5）和烟囱（6），其中按照瓦斯氧化装置（1）、固体蓄热装置（2）、混风器（3）、换热器（4）、风机（5）和烟囱（6）的顺序通过风管连接形成第一连接线路；按照固体蓄热装置（2）、混风器（3）、换热器（4）和风机（5）的顺序通过风管顺次连接形成第二连接循环线路。

2.根据权利要求1所述的基于固体蓄热装置的煤矿瓦斯氧化热利用系统，其特征在于，第一连接线路中瓦斯氧化装置（1）与固体蓄热装置（2）连接的风管上设置有第一阀门（7）和第二阀门（8），风机（5）与烟囱（6）连接的风管上设置第四阀门（10）。

3.根据权利要求1所述的基于固体蓄热装置的煤矿瓦斯氧化热利用系统，其特征在于，混风器（3）上设置有环境空气入口，环境空气入口处设置控制环境空气进入的第五阀门（11）。

4.根据权利要求2所述的基于固体蓄热装置的煤矿瓦斯氧化热利用系统，其特征在于，风机（5）与第四阀门（10）之间的风管上通过第一支路管道与第一阀门（7）和第二阀门（8）之间的风管连通，第一支路管道上设置第六阀门（12），形成固体蓄热装置（2）、混风器（3）、换热器（4）和风机（5）顺次连接的第二连接循环线路。

5.根据权利要求2所述的基于固体蓄热装置的煤矿瓦斯氧化热利用系统，其特征在于，第一阀门（7）和第二阀门（8）之间的风管上通过第二支路管道与混风器（3）连接，第二支路管道上设置第三阀门（9）。

6.根据权利要求1所述的基于固体蓄热装置的煤矿瓦斯氧化热利用系统，其特征在于，所述固体蓄热装置（2）中设置有辅助电加热器。

7.根据权利要求3所述的基于固体蓄热装置的煤矿瓦斯氧化热利用系统，其特征在于，所述混风器（3）包括壳体（31），所述壳体（31）的一端设置有第一混风入口（34），另一端设置有混风出口（36），所述壳体（31）内部平行排列设置两根以上混风管（32），各混风管（32）上沿轴向和径向分布设置多个排气孔（33）；壳体（31）的一侧设置第二混风入口（35），所述第二混风入口（35）与各混风管（32）的入口端连通，各混风管（32）的出口端全部封闭或部分封闭；第二支路管道连接第二混风入口（35），固体蓄热装置（2）的出口端通过风管连接第一混风入口（34），混风出口（36）通过风管连接换热器（4），第一混风入口（34）通过旁路分支管道设置有环境空气入口，旁路分支管道上设置第五阀门（11）。

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