CN1205071A - 从含易燃物质,甚至含低浓度易燃物质的介质中回收能量的一种方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及从含易燃物质,甚至含低浓度易燃物质的介质中回收能量的一种方法和装置。此方法特征在于,将再生式燃烧器(8),即在其保暖区发生燃烧的流动逆向燃烧装置中的介质温度提高至燃烧温度,使得易燃物质的全部化学能在此温度下基本转换成热能。然后被加热的介质被用于生产所需形式的能量。

Description

从含易燃物质，甚至含低浓度 易燃物质的介质中回收能量的 一种方法和装置

本发明一般涉及从含易燃物质，甚至含低浓度易燃物质的介质中回收能量的一种方法和装置，特别涉及与通过燃烧易燃物质、净化所述介质有关的能量回收。

已知可以对从诸如油漆和印刷车间排出的、含有诸如溶剂的易燃物质的废气进行净化，其方法是将废气加热至易燃物质的燃烧温度。但是这种处理价格昂贵，因为需要对排出介质的整个气流加热。多亏一种“燃烧交换器”，从而可能降低加热废气的成本，这种燃烧交换器的一个实施例在例如涉及吸收技术的瑞典专利说明书8903556-2中得到说明。在所述专利说明书中，燃烧交换器被定义成一种包括一个蓄热床的装置，此蓄热床可加热至易燃物质的自燃温度，且通过颠倒易燃物质的流动方向，使易燃物质在此床中维持床内的自燃温度。在例如美国专利US-A-4741690中也公开了此类装置。当介质中存在一定数量的易燃物质时，可用易燃物质在床内自燃释放的能量加热燃烧交换器内的介质。这样，当工厂刚开始运转，或当易燃物质的量非常少，不足以单独维持床内的自燃温度时，补充加热只需将蓄热床加热至自燃温度。

但是，由于燃烧交换器的高效，上述介质中易燃物质数量不足的情况相对较少。因而，易燃物质数量通常超过维持床内自燃温度要求的量。这导至床内热量增加，它转而又造成需加大床的冷却以避免对床和周围区域的损伤。此外，考虑到能量成本高昂和环境问题，不回收燃烧时产生的热能也是一个难题。

因此，本发明的一个目的是提出一种方法和装置，它们能使再生式燃烧器，即流动逆向燃烧装置中燃烧产生的多余热能得以利用，流动逆向燃烧装置最好是燃烧交换器，燃烧在其中的保暖区域进行。

本发明提出的这种方法和装置的另一目的是不仅回收能量，还同时控制再生式燃烧器中的温度。

本发明提出的这种方法和装置的又一目的是通过燃烧有毒或危及气候或恶臭物质而消除这些物质。

发明的再另一目的是使再生式燃烧器中回收热能的质量能主要用于高温输出，如用于生产电能。

本发明提出的这些和其它目的是借助所附权利要求中特征条款定义的一种方法和装置达到的。

下文将结合附图对本发明一个实施例进行较详细的说明，其中：

图1是一个示意性顶视图，它表示本发明提出的一种净化从煤矿中排出或换出气体的装置。

图2是本发明提出的燃烧交换器的示意性侧视图。

图1所示的装置用于净化一种介质，在此处，这种介质是从煤矿排出或换出的气体。这类废气通常包含易燃物质，即易燃甲烷气体。当总体用标号7表示的发明装置未使用时，矿井1中的废气通过风扇2和阀门3送至烟道4，或通过风扇5送至烟道6。

根据所示实施例，本发明提出的装置7包括四台燃烧交换器，这些交换器总体用标号8、8^Ⅰ、8^Ⅱ、8^Ⅲ、8^Ⅳ表示，当然，根据应用领域的不同，它也可包括多些或少些燃烧交换器。每台燃烧交换器8通过所有燃烧交换器共用的一台流程风扇9，以及为每台燃烧交换器设置一个的阀门10与若干进口管道11和若干出口管道12相连接。根据所示实施例，有9条进口管道和9条出口管道，但进口和出口管道的数目可与此不同。每条进口管道11和每条出口管道12都装备有一个制动装置，它们分别用标号13和14进行总体表示。出口管道12通过每台燃烧交换器8装备一个的阀门15引向烟道6。也可用如四台风扇代替单台风扇9，这时为每台燃烧交换器装备了一台风扇。

图2是通过燃烧交换器8的示意截面图。制动装置13和14分别装备有闸板18和19，它们可在两个密封位置之间垂直移动，在密封位置时，每一闸板密封地各自紧靠在其通道16和17上。这两块闸板18和19从不密封同一条通道，在以实线所示的位置时，闸板18密封通向通道17的入口20，而闸板19密封由通道16出来的出口21。因而含易燃物质的价质通过入口管道11，由通道16的入口22进入燃烧交换器的床23，易燃物质在其中以原本已知的方式燃烧，气流由此继续向外，通过通道17及其出口24流向出口管道12。在图2中，此流动由实线箭头25示意表示。通过燃烧交换器床23的流动方向应时时按原先已知的方式进行逆向，以避免床23的热量前沿太靠近通道16、17之一。在进行这样的换向时，闸板18和19移至图2中虚线所示的位置，与这些闸板位置相应的流动则用虚线箭头26示意表示。

显然，阀门10、15可用于在例如保养期间停止气流流向和流出一台燃烧交换器以进行检修或类似工作。还可进一步看到，阀门3是这样一个阀门，它根据通过风扇9的流量，打开或关闭流向烟道4的流动，以便不管流动是否通过装置7，确保矿井1总是进行通风。

在床23的、称为燃烧区的中心区域有一个加热装置27，它可以是电加热的，借助此加热装置27，例如在燃烧交换器将起动时，可将床加热至易燃物质的自燃温度。

在燃烧区中还有一条引流管或分流装置28，它用于将燃烧后已加热介质的部分流量分流。按照此实施例，分流装置28是一根沿燃烧区的床23延伸的空心管，但也可制成别的形状，例如制成一个直接通过床23的壁29吸入介质的装置。按照所示的实施例，分流装置28转而又与图1示意所示的蒸汽锅炉30连接。被分流装置28分流的介质通过蒸汽锅炉30经由风扇31输送至烟道6，风扇31用于补偿锅炉内的压力降。

按所说明的实施例，在燃烧交换器中的自燃温度约为1000℃，据此，易燃物质最好由煤矿排出的甲烷气构成，而从燃烧区直接分流的介质可在蒸汽锅炉30中有效地加以利用，通过应用蒸汽透平和发电机产生电能。此电能按照上述实施例可用运转一台或若干台风扇2、5、9和31。考虑到爆炸风险，因此采矿时，坑道绝对必须总是进行通风，风扇2、5中至少有一台必须永久运行，即使在电气总线失效时也应如此。不然，矿井必须排空，而这是一宗艰难、耗时且花费大的运行。由于有了本发明，这样一些风扇可以经济有效的方式进行运转，矿井不需依赖外部配电网的供电。此外，由蒸汽锅炉、透平和发电机发出的多余电能可以出售。这样，发明的装置和方法借助在床23内的燃烧，同时产生电能，使其经济上有效、技术上可能保护环境。

煤矿中，排气的甲烷气浓度通常最高达到20％L．E．L．(低爆炸极限)。已证实有可能建造这样的燃烧交换器，其热效率可达98％。这意味着，当介质中甲烷气浓度超过0．1％(2％L．E．L)时，燃烧交换器就能自给自足地在燃烧区内维持自燃温度。这同样说明，应用本发明使它可能从含低浓度易燃物质的介质中回收电能，而迄今为止，这实际上是不可能的。此外，由分流装置28分流的介质量可用于控制床23内的温度，以避免燃烧区变得太宽，并例如接触围绕床的壳体，这本身就包含了着火的风险，也还包含了不必要的能量损失。采用本发明的装置，还可通过改变分流流量，方便地控制分流能量，以抵消流过床23的介质中易燃物质量的任何改变。燃烧过程也是十分清洁的，因为燃烧期间在火焰中不生产瞬间的和／或热的NOx。

很清楚，可对说明的实施例进行某些修改。例如，燃烧交换器8的数目，以及每一床23中分流装置28的数目都可改变。显然，制动装置13、14的结构直至其细节也可与所示的不同，只要它们能在床23内产生流动方向的改变。此外，通道16、17的形状也可不同，例如可由布置在床23内的空心管构成，而燃烧区则建立在它们之间，例如如在瑞典专利说明书9103634-3中说明的那样。还很清楚，可应用任何再生式燃烧器以代替燃烧交换器。

当然，加热介质也可用于产生不同于电能的其它形式的能量，这时，分流装置28也可连接至不同于蒸汽锅炉30的其它类型的能量产生装置。例如，已加热的介质可用于加热另一种介质，例如水，这时，在所述第二种介质中的热能可替代地例如用于地区供热系统。此外，在此情况，已加热介质中的热能可借助一种分流装置加以回收，这种分流装置的形式至少为一根管道，它使第二种介质的相应流量得以通过，且它是放置在再生式燃烧器的燃烧区内，最好在燃烧交换器的床(23)内。

本发明提出的装置和方法不是只限于在开矿作业中应用，而是还可应用于下列各种过程和场合的通风装置中，例如油漆生产过程、印刷车间、喷涂和层压过程、化学和药物产品的生产、动物养殖设备、菌致分解工厂、废物淤积、以及塑料和轮胎生产；换言之可应用于这样的工厂和过程，其中在介质中存在诸如溶剂、苯乙烯、塑料烟雾的某种碳氢化合物，从燃料箱排出的气体，从鱼加工工业、柴油机或天然气烟灰排出的气体，或如从电炉炼钢生产排出的易燃无机物质，即一氧化碳，或如从化学工业排出的氢气，这种介质需通过再生式燃烧器，最好是燃烧交换器，而传输。各种易燃物质，也即还包括从各种过程，或从除气或煤气泄漏中发出的恶臭或有毒物可有效地从介质中消除，同时还产生能量。也很容易理解，本发明不一定如图1所示那样，必须结合烟道4、6，风扇2、5或阀门3进行使用，而是可应用于任何设备，只要其中的介质符合上述要求。

由发明基本思想包括的各种变化和修改都可进行，只要它们位于所附权利要求的保护范围。

Claims (15)

1．一种从含易燃物质，甚至含低浓度易燃物质的介质中回收能量的方法，其特征在于，将再生式燃烧器(8)，即一种在其保暖区发生燃烧的流动逆向燃烧装置，最好是燃烧交换器(8)中的介质温度提高至燃烧温度，使得易燃物质的全部化学能在此温度下基本转换成热能，还在于利用已加热的介质，生产所需形式的能量。

2．根据权利要求1的方法，其特征在于，易燃物质燃烧后，从再生式燃烧器(8)中至少分流部分能量，以用于生产能量。

3．根据权利要求2的方法，其特征在于，从再生式燃烧器(8)中至少分流介质的部分流量。

4．根据权利要求3的方法，其特征在于，利用分流介质在蒸汽锅炉(30)，及随后的透平和发电机中生产电能。

5．根据权利要求1-4中任一要求的方法，其特征在于，介质是一种气体。

6．一种用于实现权利要求3-5中任一要求提出的方法的装置，其特征在于，再生式燃烧器(8)包括一个分流装置(28)，用于分流已加热的介质。

7．根据权利要求6的装置，其特征在于，分流装置(28)被布置成从再生式燃烧器(8)的燃烧区域中，最好从燃烧交换器(8)的床(23)中分流介质。

8．根据权利要求7的装置，其特征在于，分流装置(28)至少包括一根空心管，它设置在燃烧区中，并与一个能量生产装置相连接。

9．根据权利要求8的装置，其特征在于，能量生产装置是一台蒸汽锅炉(30)，其后布置有透平和发电机。

10．上述权利要求中任一条提出的方法和／或装置在开矿作业中的应用，其特征在于，介质是矿井气体。

11．权利要求1-9中任一条提出的方法和／或装置在菌致分解工厂中的应用，其特征在于，介质是一种菌致分解气体。

12．权利要求1-9中任一条提出的方法和／或装置在生产工厂中的应用，其特征在于，介质是一种废气。

13．权利要求1-9中任一条提出的方法和／或装置在动物生产工厂，如养殖装置中的应用，其特征在于，介质是一种废气。

14．权利要求1-9中任一条提出的方法和／或装置在任何种类气体泄漏、渗漏或泛漏中的，例如天然气从土壤泄漏中的应用，其特征在于，介质是空气中易燃物质的混合物。

15．权利要求1-9中任一条提出的方法和／或装置在从工业加工过程中任何一种泄漏或渗漏中，如易燃物质从加工或贮存或分销过程蒸发损失中的应用，其特征在于，介质是一种空气中该物质的混合物。

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