CN204901785U - 超低浓度瓦斯燃烧系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种超低浓度瓦斯燃烧系统，属于超低浓度瓦斯回收利用领域，能够解决现有技术中风排瓦斯在处理过程中所产生的瓦斯逃逸及取热效率低的问题。所述超低浓度瓦斯燃烧系统，包括：直接燃烧器，用于逐步点燃初始温度下的超低浓度瓦斯与乏风的混合气，直至全部点燃；反应室，与所述直接燃烧器相连，用于使全部点燃的混合气在所述反应室中充分燃烧，生成高温烟气；余热利用装置，与所述反应室相连，用于逐步回收高温烟气中的热量直至烟气的温度降至预定温度。本实用新型可用于超低浓度瓦斯处理中。

Description

超低浓度瓦斯燃烧系统

技术领域

本实用新型涉及超低浓度瓦斯回收利用领域，尤其涉及一种超低浓度瓦斯燃烧系统。

背景技术

在现代的煤矿工业生产过程中，瓦斯浓度为30％的高浓度瓦斯可被直接利用，浓度为6-30％的低浓度瓦斯由于很难被直接利用，大都采用内燃机瓦斯发电技术用于发电。对于浓度小于0.75％的矿井风排瓦斯(乏风)采用逆流蓄热式乏风氧化技术处理，而浓度为0.75-6％的这部分超低浓度瓦斯由于目前无法被利用，只能通过稀释到0.75％以下归到乏风中。

乏风浓度虽然极低，但因其总量特别巨大，加之利用技术难度大，所以乏风中所含的甲烷长期以来只能被全部排到大气中，从而造成能源的大量浪费和相当于CO₂的21倍的温室气体效应。随着应对气候变化步伐的加快，以及节能减排力度的不断加大，乏风的利用处理技术正在得到越来越广泛的应用。

现有技术中，多使用传统的乏风逆流蓄热式氧化装置采用对乏风中的少量瓦斯进行氧化并回收利用，以满足环保和节能减排要求。然而，在利用上述氧化装置进行逆流转换换向的过程中，大量的乏风瓦斯会发生逃逸，使得瓦斯不能得到有效处理，并且，由于装置中取热结构单一，热利用率仅能达到接近60％，这样使得最终烟气的排烟温度较高，从而导致大量的排烟热损失，最终造成整个过程的热效率低下，经济性较差。

实用新型内容

本实用新型提供了一种超低浓度瓦斯燃烧系统，能够解决现有技术中矿井风排瓦斯在处理过程中所产生的瓦斯逃逸及取热效率低的问题。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种超低浓度瓦斯燃烧系统，包括：

直接燃烧器，用于逐步点燃初始温度下的超低浓度瓦斯与乏风的混合气，直至全部点燃；

反应室，与所述直接燃烧器相连，用于使全部点燃的混合气在所述反应室中充分燃烧，生成高温烟气；

余热利用装置，与所述反应室相连，用于逐步回收高温烟气中的热量直至烟气的温度降至预定温度。

优选的，所述直接燃烧器中设有环形布置的超低浓度瓦斯气体分布通道。

可选的，所述余热利用装置包括依次设置的瓦斯气预热装置和中间取热装置，其中：

所述瓦斯气预热装置用于逐步预热流经的所述混合气；

所述中间取热装置用于逐步回收流经的烟气中的热量。

可选的，在所述瓦斯气预热装置之前，所述系统还包括超低浓度瓦斯浓度调节装置，所述超低浓度瓦斯浓度调节装置包括：

气源装置，包括用于提供超低浓度瓦斯的超低浓度瓦斯气源和提供乏风的乏风气源；

混合装置，与所述气源装置相连，用于将超低浓度瓦斯和乏风混合均匀；

鼓风机，与所述混合装置相连，用于调整所述混合气中超低浓度瓦斯的浓度，并将所述混合气送入所述瓦斯气预热装置中。

优选的，所述超低浓度瓦斯气源上设有第一瓦斯浓度检测仪和第一调节器，所述第一调节器用于根据所述第一瓦斯浓度检测仪检测到的信号通过调节超低浓度瓦斯的量，以将混合后的超低浓度瓦斯的浓度控制在允许波动范围内。

优选的，所述鼓风机的入口管道上设有第二瓦斯浓度检测仪和第二调节器，所述第二调节器用于根据所述第二瓦斯浓度检测仪检测到的信号通过调节所述鼓风机的转速调节乏风量或空气量，以将混合气中的超低浓度瓦斯的浓度控制在至少低于相应初始温度下的爆炸极限的下限三分之一。

优选的，所述瓦斯气预热装置与所述直接燃烧器相连的管道上设有用于测量所述混合气温度的第一测温仪，所述第一测温仪连有自动控制系统，所述自动控制系统根据测量到的所述混合气的初始温度调节所述直接燃烧器中热源介质的输送量。

优选的，所述反应室的顶部设有用于测量所述反应室顶部的温度的第二测温仪，所述第二测温仪连有所述自动控制系统，所述自动控制系统根据所述反应室顶部的温度调节旁路瓦斯气的流量，以保证反应室内的温度在安全温度范围内。

可选的，所述混合装置内设置有：

环翼喷流混合构件，用于将超低浓度瓦斯和乏风混合均匀；

旋流导流构件，用于防止管道及所述混合装置内瓦斯浓度的富集。

本实用新型实施例提供了一种超低浓度瓦斯燃烧装置，该装置中，一定初始温度下的超低浓度瓦斯与乏风的混合气在直接燃烧器中通过采用以局部点燃局部的方式使混合气被全部点燃，并在反应室中稳定燃烧生成高温烟气，然后利用余热利用装置采用逐步回收热量的方式充分回收高温烟气中的热量，以最大限度地获得可对外输出的热量。该装置与现有技术相比，由于提高初始温度下的混合气在直接燃烧器中被全部点燃，可使其实现稳定燃烧，避免了超低浓度瓦斯在处理过程中所发生的瓦斯逃逸，并且该装置还进一步逐步回收了高温烟气中各个温度下的热量，使热利用率得到有效提高。该装置提供了一种新的超低浓度瓦斯的处理装置，不仅有效解决了超低浓度瓦斯在处理过程中所产生的瓦斯逃逸问题，还提高了整个过程中的热利用率，具有整体热利用率高、技术经济性好等特点。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的超低浓度瓦斯燃烧系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的环形布置的超低浓度瓦斯气体分布通道的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的直接燃烧器的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的余热利用装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例提供的超低浓度瓦斯燃烧系统的结构示意图。如图1所示，本实用新型实施例提供了一种超低浓度瓦斯燃烧系统，包括：

直接燃烧器，用于逐步点燃初始温度下的超低浓度瓦斯与乏风的混合气，直至全部点燃；

反应室，与所述直接燃烧器相连，用于使全部点燃的混合气在所述反应室中充分燃烧，生成高温烟气；

余热利用装置，与所述反应室相连，用于逐步回收高温烟气中的热量直至烟气的温度降至预定温度。

本实用新型实施例提供了一种超低浓度瓦斯燃烧装置，该装置中，一定初始温度下的超低浓度瓦斯与乏风的混合气在直接燃烧器中通过采用以局部点燃局部的方式使混合气被全部点燃，并在反应室中稳定燃烧生成高温烟气，然后利用余热利用装置采用逐步回收热量的方式充分回收高温烟气中的热量，以最大限度地获得可对外输出的热量。该装置与现有技术相比，由于提高初始温度下的混合气在直接燃烧器中被全部点燃，可使其实现稳定燃烧，避免了超低浓度瓦斯在处理过程中所发生的瓦斯逃逸，并且该装置还进一步逐步回收了烟气中各个温度下的热量，使热利用率得到有效提高。该装置提供了一种新的超低浓度瓦斯的处理装置，不仅有效解决了超低浓度瓦斯在处理过程中所产生的瓦斯逃逸问题，还提高了整个过程中的热利用率，具有整体热利用率高、技术经济性好等特点。

在上述实施例中，为了使送入到直接燃烧器中的混合气能够逐步被点燃，实现以局部带局部直至全部点燃，可以在所述直接燃烧器中设置环形布置的超低浓度瓦斯气体分布通道，如图2所示。具体地，直接燃烧器包括高浓度瓦斯气接口301、超低浓度瓦斯气接口302和直接燃烧器出口303，混合气由超低浓度瓦斯气接口302进入直接燃烧器中，并从中间位置开始以局部带局部直至全部点燃，如图3所示。其中，设置高浓度瓦斯气接口301可调控混合气中的超低浓度瓦斯气浓度，从而可确保进入到直接燃烧器内燃烧的超低浓度瓦斯气的浓度维持在合理范围内。可以理解的是，对于气体分布通道的具体设置形式，并不局限于上述列举，本领域技术人员可根据实际情况也可以选择其它合理的设置形式。

在上述实施例中，所述余热利用装置包括依次设置的瓦斯气预热装置和中间取热装置，其中：所述瓦斯气预热装置用于逐步预热流经的所述混合气；所述中间取热装置用于逐步回收流经的烟气中的热量。

具体的，利用余热利用装置中依次设置的瓦斯气预热装置和中间取热装置可有效回收利用反应室中所产生的高温烟气在不同温度下的热量，从而最大限度地提高热利用率。如图4所示，在一优选实施例中，瓦斯气预热装置中可以设置高温预热段203、中温预热段202和常温预热段201三级温度下的预热段，并同时在高温预热段203后设置第一级取热装置，例如蒸汽过热器501、蒸发器502等以回收高温热量，以及在中温预热段202后设置第二级取热装置，例如省煤器503、软水预热器504等以回收中温热量，以及在常温预热段201中，通过借助中间介质的强制循环，将低温热量传递给常温超低浓度瓦斯，以有效提高烟气的热利用效率。

更为具体的，在上述实施例中，第二级取热装置可以是省煤器503，其可通过吸收剩余的高温烟气中的热量提高系统内加压的水(可由锅炉给水泵或其它给水装置提供)的温度，然后将升温的水提供至蒸发器502。在本实施例中，蒸发器502优选可以包括壳体及设在壳体内的取热管，通过上升管一端连通取热管、另一端连通汽包，通过下降管一端连通取热管、另一端连通汽包，完成取热管与汽包的互连，即取热管中的液体通过取热管的动力经上升管到达汽包、汽包中的液体通过高位差经下降管到达取热管中，而汽包通过蒸汽管连通蒸汽过热器501，即汽包中的蒸汽通过蒸汽管进入蒸汽过热器501，蒸汽过热器501中加热后得到的过热蒸汽通过外送蒸汽管道外送。

这里需特别说明的是，瓦斯气预热装置中所包括的三个预热段根据不同的温度等级设计不同的材质以适应工作环境，常温预热段201主要采用普通碳钢材质并进行适当的翅化，解决由于换热温差造成的换热面积过大和体积过大的问题。特别是，常温预热段201需要中间介质进行热量的传输，通过强制循环将烟气中的热能传递给瓦斯气，充分利用常温预热段201的烟气余热是整个系统提高整体热效率的关键设备之一。常温预热段201采用分段式换热，中间介质与瓦斯气逆流传热的同时又与烟气逆流传热，直至烟气温度降低到接近超低浓度瓦斯的起始温度。

中温预热段202采用加以翅化的热管结构，以缩小换热器的结构尺寸，高温预热段203采用耐高温的不锈钢材质的换热管、管道以及钢板组成，最终将瓦斯气预热到接近甚至高于活性温度。另外，常温预热段201及中温预热段202不设置温度及流量的调节装置，使全部的烟气和瓦斯气通过常温预热段201，并尽量利用常温预热段201的余热降低排烟温度以提高热利用率。高温预热段203和中温预热段202之间的瓦斯气管道可设置温度调节装置，该温度调节装置与自控系统相连接，从而通过自控系统来控制调节调节器，从而完成进入直接燃烧器的混合气的初始温度的控制。

可以理解的是，在上述实施例中，瓦斯气预热装置中的预热段并不局限于上述的三级预热段，可以根据实际生产中对瓦斯气进行预热的不同需求设定更多级的预热段，当然，如果换热面积较大，也可以设置更少级的预热段，但这种方式下热效率较低，本实施例中不加以考虑。同理，中间取热装置中所包括的取热装置也并不局限上述的取热装置，也可以同预热装置一样，在多级的预热段之后设置相应的取热装置，从而充分利用不同温度程度下的热量，提高热利用率。应当理解的是，中间取热装置并不仅局限于上述所列举的蒸发器、省煤器等，还可以是生产过程中的其它合理装置。

在上述实施例中，在所述瓦斯气预热装置之前，所述系统还包括超低浓度瓦斯浓度调节装置，所述超低浓度瓦斯浓度调节装置包括：气源装置，包括用于提供超低浓度瓦斯的超低浓度瓦斯气源和提供乏风的乏风气源；混合装置103，与所述气源装置相连，用于将超低浓度瓦斯和乏风混合均匀；鼓风机104，与所述混合装置103相连，用于调整所述混合气中超低浓度瓦斯的浓度，并将所述混合气送入所述瓦斯气预热装置中。

其中，鼓风机104具有大于设计能力的两倍的风量，用于调节瓦斯浓度短时间变化的适应性，使瓦斯浓度在瞬间变化3倍的情况下仍然能够稳定混合后的浓度在爆炸极限的下限以下。

此外，所述超低浓度瓦斯浓度调节装置中还可包括有变频控制柜105、配套电控阀门106、防爆门107、引风机60等等。其中，通过设置变频控制，采集引风机60入口管道的压强作为变频动作调节参数，可稳定调控反应室内的压强。

为了较好地防止超低浓度瓦斯浓度超标，在超低浓度瓦斯气源上设有第一瓦斯浓度检测仪101和第一调节器，所述第一调节器用于根据所述第一瓦斯浓度检测仪101检测到的信号通过调节超低浓度瓦斯的量，以将超低浓度瓦斯的浓度控制在设定的允许波动范围内。其中，第一调节器可为超低浓度瓦斯气源阀门，当超低浓度瓦斯浓度达到设定值的上限时，则必须临时切断瓦斯气源保证系统安全，同时确保瓦斯气源不超压。

进一步，为了精确地将混合气中的超低浓度瓦斯的浓度控制在至少低于相应初始温度下的爆炸极限的下限三分之一，在所述鼓风机104的入口管道上设有第二瓦斯浓度检测仪102和第二调节器，所述第二调节器用于根据所述第二瓦斯浓度检测仪102检测到的信号通过调节所述鼓风机104的转速调节乏风量或空气量。例如，当超低浓度瓦斯的浓度高于上述范围时，可提高鼓风机104的转速，加大乏风量或空气量以降低超低浓度瓦斯的浓度。可以理解的是，上述的第一调节器和第二调节器可为自动调节器，也可通过连接自动控制系统得以控制。

为了有效地根据测量的所述混合气的温度调节所述直接燃烧器中热源介质的输送量，在所述瓦斯气预热装置与所述直接燃烧器相连的管道上设有用于测量所述混合气温度的第一测温仪，所述第一测温仪连有自动控制系统，所述自动控制系统根据测量到的所述混合气的初始温度调节所述直接燃烧器中热源介质的输送量，以保证火焰稳定。

更进一步，为了保证反应室内的温度在安全温度范围内，在所述反应室的顶部设有用于测量所述反应室顶部的温度的第二测温仪，所述第二测温仪连有所述自动控制系统，所述自动控制系统根据所述反应室顶部的温度调节旁路瓦斯气的流量，以保证反应室内的温度在安全温度范围内。具体的，当反应室顶部的温度高于反应室内的安全温度时，可增加旁路瓦斯气阀门的流量以降低反应室顶部的温度；反之，当反应室顶部的温度低于反应室内的安全温度时，可通过关闭旁路瓦斯气阀门以预热反应室顶部的温度。其中，反应室可具体包括直接燃烧器进口401、防爆口402、人孔403、观察口404、测温点405、烟气出口406。

在上述实施例中，所述混合装置103内设置有：环翼喷流混合构件，用于将超低浓度瓦斯和乏风混合均匀；旋流导流构件，用于防止管道及所述混合装置103内瓦斯浓度的富集。其中，环翼喷流混合构件包括旋流配风构件和环翼喷流构件，能够将超低浓度瓦斯和乏风混合均匀，杜绝气体在混合后检测到的浓度不能代表真实浓度假象，防止由于浓度失真造成爆炸事故的发生；并且，在瓦斯流动管道及系统内容易形成浓度富集区域的位置还可增加旋流导流构件，以防止由于部分气体流动不畅所引起的瓦斯浓度富集。

下面将结合具体实施例及附图更详细地描述本实用新型所提供的超低浓度瓦斯燃烧系统。

实施例1

如图1所示，超低浓度瓦斯和乏风分别通过超低浓度瓦斯气源管道和矿井风排瓦斯管道进入系统，通过超低浓度瓦斯气源管道上设置的第一瓦斯浓度检测仪101检测超低浓度瓦斯浓度是否在爆炸极限范围内，并通过超低浓度瓦斯气源管道上的阀门进行调控；之后超低浓度瓦斯和乏风在混合装置103混合均匀，并通过鼓风机104入口管道上设置的第二瓦斯浓度检测仪102检测混合气中超低浓度瓦斯的浓度，并通过鼓风机104调节乏风量或空气量加以调节，以将混合气中的超低浓度瓦斯的浓度控制在爆炸极限以下三分之一左右。随后，混合气从鼓风机104出口进入气体预热器，依次经过常温预热段201、中温预热段202和高温预热段203进行预热，直至将超低浓度瓦斯预热到接近甚至高于活性温度的初始温度送入直接燃烧器。混合气在直接燃烧器中逐步直至全部点燃，然后从直接燃烧器出口303进入反应室40中进行充分反应生成高温烟气，并从反应室的烟气出口406排出进入高温预热段203进行换热，换热后的高温烟气依次经过蒸汽过热器501、蒸发器502回收高温热量，再进入中温预热段202进行换热，并通过与中温预热段202依次连接的省煤器503、软水预热器504回收中温热量，最后烟气进入常温预热段201，并借助中间介质、通过强制循环将低温热量传递给超低浓度瓦斯，而降温后的烟气通过引风机60、排气管70排出系统外。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围。

Claims (9)

1.一种超低浓度瓦斯燃烧系统，其特征在于，包括：

直接燃烧器，用于逐步点燃初始温度下的超低浓度瓦斯与乏风的混合气，直至全部点燃；

反应室，与所述直接燃烧器相连，用于使全部点燃的混合气在所述反应室中充分燃烧，生成高温烟气；

余热利用装置，与所述反应室相连，用于逐步回收高温烟气中的热量直至烟气的温度降至预定温度。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述直接燃烧器中设有环形布置的超低浓度瓦斯气体分布通道。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述余热利用装置包括依次设置的瓦斯气预热装置和中间取热装置，其中：

所述瓦斯气预热装置用于逐步预热流经的所述混合气；

所述中间取热装置用于逐步回收流经的烟气中的热量。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在所述瓦斯气预热装置之前，所述系统还包括超低浓度瓦斯浓度调节装置，所述超低浓度瓦斯浓度调节装置包括：

气源装置，包括用于提供超低浓度瓦斯的超低浓度瓦斯气源和提供乏风的乏风气源；

混合装置，与所述气源装置相连，用于将超低浓度瓦斯和乏风混合均匀；

鼓风机，与所述混合装置相连，用于调整所述混合气中超低浓度瓦斯的浓度，并将所述混合气送入所述瓦斯气预热装置中。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述超低浓度瓦斯气源上设有第一瓦斯浓度检测仪和第一调节器，所述第一调节器用于根据所述第一瓦斯浓度检测仪检测到的信号通过调节超低浓度瓦斯的量，以将超低浓度瓦斯的浓度控制在允许波动范围内。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述鼓风机的入口管道上设有第二瓦斯浓度检测仪和第二调节器，所述第二调节器用于根据所述第二瓦斯浓度检测仪检测到的信号通过调节所述鼓风机的转速调节乏风量或空气量，以将混合气中的超低浓度瓦斯的浓度控制在至少低于相应初始温度下的爆炸极限的下限三分之一。

7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述瓦斯气预热装置与所述直接燃烧器相连的管道上设有用于测量所述混合气温度的第一测温仪，所述第一测温仪连有自动控制系统，所述自动控制系统根据测量到的所述混合气的初始温度调节所述直接燃烧器中热源介质的输送量。

8.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述反应室的顶部设有用于测量所述反应室顶部的温度的第二测温仪，所述第二测温仪连有自动控制系统，所述自动控制系统根据所述反应室顶部的温度调节旁路瓦斯气的流量，以保证反应室内的温度在安全温度范围内。

9.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述混合装置内设置有：

环翼喷流混合构件，用于将超低浓度瓦斯和乏风混合均匀；

旋流导流构件，用于防止管道及所述混合装置内瓦斯浓度的富集。