CN116045293A - 稳定利用或销毁乏风瓦斯的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种稳定利用或销毁乏风瓦斯的系统，属于煤矿瓦斯利用领域。包括燃料管路、乏风瓦斯管路、蓄热氧化装置，所述蓄热氧化装置包括燃烧室及蓄热室，所述燃料管路连接至燃烧室，所述乏风瓦斯管路连接至蓄热室；所述蓄热氧化装置经换热器连接至用户，所述蓄热氧化装置上设有进气阀及出气阀，所述进气阀与乏风瓦斯管路相连，所述出气阀连接至烟囱。本发明采用相对简单的工艺方法实现了煤矿乏风瓦斯的大规模工业化利用，减少了乏风瓦斯排放。解决了目前工艺方法不能长期稳定利用浓度低于0.3％的乏风瓦斯问题；解决了目前工艺方法当乏风瓦斯浓度低于0.3％时无法输出高品质热能的问题；解决了目前工艺方法在乏风瓦斯浓度波动时，输出热能不稳定的问题。

Description

稳定利用或销毁乏风瓦斯的系统
技术领域
本发明属于煤矿瓦斯利用领域，涉及一种稳定利用或销毁乏风瓦斯的系统。
背景技术
近年来，我国煤矿乏风瓦斯每年排放近200亿方，相当于排放二氧化碳当量2.61亿吨，煤矿排放的乏风瓦斯浓度(甲烷浓度)在0.75％，大部分甚至在0.3％以下。目前，有工业应用报道的乏风瓦斯利用方式有蓄热氧化利用技术、与高浓度瓦斯掺混燃烧技术等。但与高浓度瓦斯掺混燃烧技术需要匹配高浓度抽采瓦斯，这就需要矿井抽采瓦斯泵站和通风主扇相距较近，现有的生产矿井符合此条件的较少，因此，从全国来看，采用乏风瓦斯与高浓度抽采瓦斯掺混燃烧技术能处理和利用的乏风瓦斯量极为有限。而乏风瓦斯蓄热氧化利用技术通过研究和工业实践表明，该技术在处理乏风瓦斯时，蓄热氧化装置自热平衡的瓦斯浓度一般为0.3％，也就是说乏风瓦斯浓度需要不低于0.3％时才能够维持系统的长期稳定运行，这极大的限制了煤矿乏风瓦斯的利用和销毁，乏风瓦斯的大量排空造成一定的资源浪费和巨大的环境污染。
本申请人研究发现，乏风瓦斯蓄热氧化利用系统在其瓦斯浓度低于装置自热平衡浓度0.3％时不能长期稳定运行的主要原因为：乏风瓦斯中所含的可燃组分甲烷少，其氧化产生的热量小于蓄热氧化装置低温烟气出口低温烟气所带走的热量，对蓄热氧化装置来说，补入的热量小于流失的热量，装置氧化室和蓄热室热量逐渐流失，温度逐渐降低，当温度降低到一定值，进入的原料乏风瓦斯不能被加热至甲烷氧化温度，甲烷无法氧化产热，导致系统再无热量补充，最终系统停机。研究发现，当蓄热氧化系统在乏风瓦斯浓度低于自热平衡浓度而无法继续运行时，通过向蓄热氧化装置或原料乏风瓦斯气额外补充热量或燃料的方式，可以维持蓄热氧化系统的稳定运行，进而保持乏风瓦斯的稳定利用或销毁。
目前，针对0.3％以上浓度的乏风瓦斯蓄热氧化利用或处理的装置及方法报道较多，但0.3％以下的未见报道。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种稳定利用或销毁乏风瓦斯的系统，通过在蓄热氧化装置氧化室内补充固体燃料煤粉再进行蓄热氧化产生高温烟气来利用乏风瓦斯中甲烷的热能的方法，解决我国大部分乏风瓦斯由于甲烷浓度低于0.3％而无法大规模工业利用的难题，从而减少煤矿乏风瓦斯的排放，促进煤矿碳的零排放。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种稳定利用或销毁乏风瓦斯的系统，包括燃料管路及乏风瓦斯管路，还包括蓄热氧化装置，所述蓄热氧化装置包括燃烧室及蓄热室，所述燃料管路连接至燃烧室，所述乏风瓦斯管路连接至蓄热室；所述蓄热氧化装置经换热器连接至用户，所述蓄热氧化装置上设有进气阀及出气阀，所述进气阀与乏风瓦斯管路相连，所述出气阀连接至烟囱。
可选的，所述进气阀经旁通阀与所述出气阀相连通并连接至烟囱。
可选的，所述换热器经烟气调节阀连通至烟囱。
可选的，所述乏风瓦斯管路包括乏风瓦斯调节阀。
可选的，所述乏风瓦斯管路包括与所述乏风瓦斯调节阀相连的乏风瓦斯风机。
可选的，所述燃料管路包括燃料输送装置及燃料计量器。
可选的，所述燃料输送装置为磨煤机、液体燃料泵、液体燃料雾化器、液化天然气燃料罐中的一种。
可选的，所述燃料输送装置为磨煤机，所述燃料计量器为煤粉计量器；所述燃料管路沿燃料运输方向包括磨煤机、煤粉喷吹罐、混合器；所述混合器连接至蓄热氧化装置的燃烧室。
可选的，所述混合器上连接有喷吹风机。
可选的，所述换热器为锅炉、气气换热器、热水换热器中的一种。
本发明的有益效果在于：
本发明采用相对简单的工艺方法实现了煤矿乏风瓦斯的大规模工业化利用，减少了乏风瓦斯排放。解决了目前工艺方法不能长期稳定利用浓度低于0.3％的乏风瓦斯问题；解决了目前工艺方法当乏风瓦斯浓度低于0.3％时无法输出高品质热能的问题；解决了目前工艺方法在乏风瓦斯浓度波动时，输出热能不稳定的问题。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明装置图。
附图标记：磨煤机1、煤粉喷吹罐2、计量器3、喷吹风机4、混合器5、乏风瓦斯调节阀6、乏风瓦斯风机7、进气阀8、旁通阀9、出气阀10、蓄热氧化装置11、锅炉12、用户13、烟气调节阀14、烟囱15。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1，为一种稳定利用或销毁乏风瓦斯的系统，包括磨煤机1、煤粉喷吹罐2、计量器3、喷吹风机4、混合器5、乏风瓦斯调节阀6、乏风瓦斯风机7、进气阀8、旁通阀9、出气阀10、蓄热氧化装置11、锅炉12、用户13、烟气调节阀14、烟囱15。
(1)原料乏风瓦斯与乏风瓦斯调节阀6入口端用管道相连，乏风瓦斯调节阀6出口端与乏风瓦斯风机7入口端用管道相连，系统工作时乏风瓦斯风机7为运输原料乏风瓦斯气提供动力；
(2)原料煤通过磨煤机入口进入磨煤机1，磨煤机1出口端与煤粉喷吹罐2入口端用传送带相连，煤粉喷吹罐2出口端与煤粉计量器3入口端由管道相连，煤粉计量器3出口端与混合器5由管道相连，喷吹风机4出口端与混合器5由管道相连，混合器5出口端与蓄热氧化装置11顶部燃烧室由管道相连，各部分的功能分别为：磨煤机1将原料煤处理成一定大小的粉状颗粒、传送带起运送煤粉的作用、煤粉喷吹罐2储存煤粉、煤粉计量器3起监测和调节煤粉量的作用、喷吹风机4为喷吹煤粉提供动力、混合器5将煤粉与空气均匀混合；
(3)乏风瓦斯风机7出口端与三通管道相连，三通管道一侧与进气阀8入口端由管道连接，三通管道另一侧与旁通阀9连接，进气阀8出口端通过管道与蓄热氧化装置11原料气入口连接，蓄热氧化装置11低温烟气出口端与出气阀10由管道连接，出气阀10与烟囱15由管道连接，旁通阀9另一侧与烟囱15由管道连接，各部分的功能分别为：乏风瓦斯风机7为乏风瓦斯气提供输送动力、进气阀8控制乏风瓦斯原料气进入蓄热氧化装置11、蓄热氧化装置11为乏风瓦斯原料气和煤粉的高温氧化提供场所、旁通阀9控制乏风瓦斯原料气排入烟囱15、出气阀10控制低温烟气进入烟囱；
(4)蓄热氧化装置1高温烟气出口与锅炉12烟气入口由管道相连，锅炉12烟气出口与烟气调节阀14由管道相连，烟气调节阀14出口与烟囱15由管道相连，锅炉12蒸汽出口与用户13由管道连接，各部分的功能分别为：锅炉12将蓄热氧化装置11内的高温烟气转化为蒸汽供用户13使用、烟气调节阀14调节进入锅炉12的烟气流量。
所述原料煤(选择灰分小于5％的无烟煤)通过磨煤机1入口进入磨煤机1，原料煤在磨煤机1内被磨成6％(R90)的煤粉，煤粉经磨煤机1出口端通过传送带进入煤粉喷吹罐2，煤粉喷吹罐2底部与煤粉计量器3入口端由管道相连，煤粉在煤粉计量器3上计量并控制进入混合器5的煤粉多少，计量后的煤粉通过煤粉计量器3出口端由管道进入混合器5，喷吹风机4将空气经由喷吹风机4出口端与混合器5相连的管道送入混合器5，在混合器5中空气与煤粉混合后经由管道送入蓄热氧化装置11顶部的燃烧室。所述原料乏风瓦斯与乏风瓦斯调节阀6入口端用管道相连，乏风瓦斯调节阀6出口端与乏风瓦斯风机7入口端用管道相连。乏风瓦斯原料气在乏风瓦斯风机7提供的动力下通过管道依次经过进气阀8和蓄热氧化装置11进气口进入蓄热氧化装置11，乏风瓦斯原料气在蓄热氧化装置11内经过一侧的高温蓄热体加热后，乏风瓦斯原料气中的甲烷和喷吹进入的煤粉在蓄热氧化装置11内燃烧室发生氧化反应放出热量，形成700℃以上的高温烟气，一部分高温烟气经过蓄热氧化装置11内另一侧的低温蓄热体并对低温蓄热体加热之后，再经过排气阀从管道排入烟囱15，另一部分高温烟气直接通过蓄热氧化装置11高温烟气出口经由管道进入锅炉12，高温烟气在锅炉12中与水换热并加热水形成蒸汽，此时高温烟气变换为低温烟气，此部分低温烟气依次经由锅炉12烟气出口和烟气调节阀14通过管道排入烟囱15，烟气调节阀14可以调节进入锅炉12的高温烟气流量用以匹配锅炉12蒸汽的需求产量。
系统运行时，通过下式计算进入混合器5的煤粉质量速率，并通过煤粉计量器3进行计量调节；当乏风瓦斯浓度波动时，依据乏风瓦斯浓度监测传感器监测数据，根据下式计算得出不同乏风瓦斯浓度时进入混合器5的煤粉质量速率，并通过煤粉计量器3进行计量和调节。
如此可保持系统稳定的热能输出。
Figure BDA0004090625350000051
us为进入混合器5的煤粉质量速率，g/s；
Cx为蓄热氧化装置设定运行最高瓦斯浓度，％；
Cg为原料乏风瓦斯浓度，％；
U1为原料乏风瓦斯流量，Nm3/s；
U2为喷吹风机出口空气流量，Nm3/s。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种稳定利用或销毁乏风瓦斯的系统，其特征在于，包括燃料管路及乏风瓦斯管路，还包括蓄热氧化装置，所述蓄热氧化装置包括燃烧室及蓄热室，所述燃料管路连接至燃烧室，所述乏风瓦斯管路连接至蓄热室；所述蓄热氧化装置经换热器连接至用户，所述蓄热氧化装置上设有进气阀及出气阀，所述进气阀与乏风瓦斯管路相连，所述出气阀连接至烟囱。
2.根据权利要求1所述的稳定利用或销毁乏风瓦斯的系统，其特征在于，所述进气阀经旁通阀与所述出气阀相连通并连接至烟囱。
3.根据权利要求1所述的稳定利用或销毁乏风瓦斯的系统，其特征在于，所述换热器经烟气调节阀连通至烟囱。
4.根据权利要求1所述的稳定利用或销毁乏风瓦斯的系统，其特征在于，所述乏风瓦斯管路包括乏风瓦斯调节阀。
5.根据权利要求4所述的稳定利用或销毁乏风瓦斯的系统，其特征在于，所述乏风瓦斯管路包括与所述乏风瓦斯调节阀相连的乏风瓦斯风机。
6.根据权利要求1所述的稳定利用或销毁乏风瓦斯的系统，其特征在于，所述燃料管路包括燃料输送装置及燃料计量器。
7.根据权利要求6所述的稳定利用或销毁乏风瓦斯的系统，其特征在于，所述燃料输送装置为磨煤机、液体燃料泵、液体燃料雾化器、液化天然气燃料罐中的一种。
8.根据权利要求7所述的稳定利用或销毁乏风瓦斯的系统，其特征在于，所述燃料输送装置为磨煤机，所述燃料计量器为煤粉计量器；所述燃料管路沿燃料运输方向包括磨煤机、煤粉喷吹罐、混合器；所述混合器连接至蓄热氧化装置的燃烧室。
9.根据权利要求8所述的稳定利用或销毁乏风瓦斯的系统，其特征在于，所述混合器上连接有喷吹风机。
10.根据权利要求1所述的稳定利用或销毁乏风瓦斯的系统，其特征在于，所述换热器为锅炉、气气换热器、热水换热器中的一种。
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