CN2905204Y - 煤矿乏风甲烷氧化装置 - Google Patents

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CN2905204Y CNU200620081956XU CN200620081956U CN2905204Y CN 2905204 Y CN2905204 Y CN 2905204Y CN U200620081956X U CNU200620081956X U CN U200620081956XU CN 200620081956 U CN200620081956 U CN 200620081956U CN 2905204 Y CN2905204 Y CN 2905204Y
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陈宜亮
马晓钟
牟善祥
孙佳俊
秦廷勇
齐志军
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胜利油田胜利动力机械有限公司
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Abstract

本实用新型是一种煤矿乏风甲烷氧化装置,属于利用放热化学反应产生热能的矿用设备。其氧化床部分由外壳体、蜂窝储热陶瓷、电加热器、内置换热器,以及进、排气管、进、出水管和陶瓷保温棉组成。蜂窝储热陶瓷、电加热器和内置换热器置于外壳体的中心部位。进、排气管安装在蜂窝储热陶瓷左、右两端。进、出水管安装在蜂窝储热陶瓷上部。其控制系统由控制单元、温度传感器、甲烷浓度传感器和电动阀门等组成。所有传感器和电动阀门都有信号导线与控制单元连接。煤矿乏风进入该装置的氧化床,先用少量电能加热启动,达到甲烷氧化反应温度后停止电加热,乏风中的甲烷继续氧化反应,生成二氧化碳并产生热能被取出利用,由废变宝,减少大气污染。

Description

煤矿乏风甲烷氧化装置
(一)技术领域本实用新型涉及到利用放热化学反应产生热能的设备或装置,也涉及到矿井的通风、煤矿瓦斯排放方法或装置,具体而言是一种煤矿乏风甲烷氧化装置。
(二)背景技术煤矿瓦斯是一种洁净而潜力巨大的能源,同时也是矿难的祸源之一。通常采用“抽排”或“风排”两种方法,将煤矿井下的瓦斯气体排放出来。甲烷含量高于95%的优质瓦斯可注入天然气管道;甲烷含量高于30%的煤矿瓦斯可用于燃气轮机、内燃机发电,或做民用燃料;甲烷含量在6~30%的煤矿瓦斯,则采用特殊的安全输送技术和发电技术也用来发电。上述甲烷含量属于高、中浓度范围,约为煤矿瓦斯甲烷总量的30%,通常采用“抽排”方法,将其直接抽排到地上并加以利用。当甲烷含量较低或很低(一般低于1%)时,则采用“风排”方法,向煤矿井下鼓风,不断地注入空气,低浓度的瓦斯即混入空气中,随风排放到地上。这种排放出来的煤层气即称为“乏风”。由于“乏风”中甲烷含量极低,并且不燃烧、不爆炸,至今都直接排放到大气中未加以利用。乏风中的甲烷浓度虽然很低,但其甲烷的总量却是煤矿瓦斯甲烷总量的70%,这不但是能源的巨大浪费,而且对大气造成严重污染。目前只有欧美极少数国家在研究乏风甲烷氧化技术。经检索专利文献,有两篇弱相关对比文件:“煤矿井净化器”(93112551.0)、“具多层触煤的瓦斯氧化器具”(200320101219.8)。前者是将煤矿井下空气的瓦斯和煤尘同时进行净化处理,只是减轻对采煤工人的危害,瓦斯未被利用。后者虽然能把煤层瓦斯氧化转化成热能,但其功率太小,属于手持式小器具。二者都不能用于煤矿乏风甲烷氧化处理,其技术特征也都与本实用新型显著的不同。
(三)发明内容本实用新型的目的就在于创新研制和提供一种煤矿乏风甲烷氧化装置,将煤矿低浓度瓦斯中的甲烷进行氧化反应,生成二氧化碳并产生热能加以利用,在我国煤矿低浓度瓦斯综合利用技术领域能拥有我们的自主知识产权。
上述目的是由下述技术方案实现的:煤矿乏风甲烷氧化装置,包括氧化床和控制系统两大部分。其特征是氧化床由外壳体、蜂窝储热陶瓷、电加热器、内置换热器、进气管、排气管、进水管、出水管和陶瓷保温棉组成。蜂窝储热陶瓷置于外壳体的中心部位,电加热器置于蜂窝储热陶瓷的中心部位,内置换热器置于电加热器的周围。两根进气管和两根排气管分别安装在蜂窝储热陶瓷的左、右两侧。进水管和出水管安装在蜂窝储热陶瓷的上部。外壳体内腔充满陶瓷保温棉。控制系统由控制单元、氧化床内温度传感器、进气温度传感器、排气甲烷浓度传感器、进气电动阀门、排气电动阀门、进水电动阀门、出水电动阀门组成。氧化床内温度传感器为多个。其余传感器和电动阀门各两个,分别安装在左、右进气管、左、右排气管、进水管和出水管的外端部。上述所有传感器和电动阀门都有信号导线与控制单元连接。
上述煤矿乏风甲烷氧化装置中的蜂窝储热陶瓷为长方体形,或多棱体形,或圆柱体形,其上、下两面各有一块金属板将其夹持住,并通过该金属板固定到外壳体上。
上述煤矿乏风甲烷氧化装置中的多个氧化床内温度传感器,是在蜂窝储热陶瓷内沿左右方向均布。
本实用新型的主要优点和有益效果是:煤矿乏风通过收集装置,在不另外加压的情况下进入该氧化床,只需少量电能加热即可启动工作。乏风中的甲烷在氧化床内连续进行氧化反应,生成二氧化碳并产生热量。只需小部热量来维持其氧化反应,其余大部分热量可取出利用。能使煤矿乏风中的低浓度甲烷由废变宝,由害变利。据有关统计,我国地下2000米以内的浅瓦斯资源总约30~35万亿立方米,与全国天然气资源总量相当。我国天然气资源仅够开采30~50年,所以瓦斯作为天然气的接续能源已成为当务之急。然而,目前每年全国煤矿乏风排空的瓦斯折合纯甲烷约150~200亿立方米,可用来发电450~600亿度。由此可见,该项自主创新技术成果若大力推广应用,将会在开发新能源、改变能源结构、节能和环保等领域取得巨大的经济效益和社会效益。
(四)
附图说明
附图1是本实用新型的整体结构剖视示意图。
附图2是图1的A-A剖面示意图。
(五)具体实施方式结合附图说明一个实施例:附图1、2中,1是左进气电动阀门,2是左进气管,3是左进气温度传感器,4是左进气甲烷浓度传感器,5是氧化床金属外壳体,6是进水电动阀门,7是进水管,8是陶瓷保温棉,9是出水(或蒸汽)管,10是出水(或蒸汽)电动阀门,11是蜂窝储热陶瓷,12是右进气管,13是右进气甲烷浓度传感器,14是右进气温度传感器,15是右进气电动阀门,16是右排气电动阀门,17是右排气温度传感器,18是右排气甲烷浓度传感器,19是右排气管,20是电加热管,21是控制单元,22是内置换热器,23是氧化床内置温度传感器,24是左排气甲烷浓度传感器,25是左排气温度传感器,26是左排气管,27是左排气电动阀门。
由图1所示,煤矿乏风甲烷氧化装置,包括氧化床和控制系统两大部分。其特征是氧化床由外壳体5、蜂窝储热陶瓷11、电加热器20、内置换热器22、进气管2和12、排气管19和26、进水管7、出水管9和陶瓷保温棉8组成。蜂窝储热陶瓷11置于外壳体5的中心部位,电加热器20置于蜂窝储热陶瓷11的中心部位,内置换热器22置于电加热器20的周围。两根进气管2、12和两根排气管19、26,分别安装在蜂窝储热陶瓷11的左、右两侧。进水管7和出水管9安装在蜂窝储热陶瓷11的上部。外壳体5内腔充满陶瓷保温棉8。控制系统由控制单元21、氧化床内温度传感器23、进气温度传感器3和14、排气温度传感器17和25、进气甲烷浓度传感器4和13、排气甲烷浓度传感器18和24、进气电动阀门1和15、排气电动阀门16和27、进水电动阀门6和出水电动阀门10组成。氧化床内温度传感器23有多个。其余传感器和电动阀门各有两个,分别安装在左、右进气管2、12、左、右排气管26、19、进水管7和出水管9的外端部。上述所有传感器和电动阀门都有信号导线与控制单元21连接。
由图1、2所示,该实施例的蜂窝储热陶瓷11为长方体形状,上、下面有金属板将其夹住,并通过该金属板固定到金属外壳体5上。
由图1所示,多个氧化床内传感器23,是在蜂窝储热陶瓷11内沿左右方向均布。
该装置的工作过程是:煤矿乏风通过收集装置,在不另外加压的情况下进入图1所示该氧化床的左进气管2(或右进气管12),然后经右排气管19(或左排气管26)排出。启动时先给氧化床内的电加热器20通电加热,并根据乏风进口温度和排气温度差,调整乏风气体在氧化床内的流动方向,使其交替逆流换向(左进右出、右进左出,交替变换)。在此过程中,由蜂窝储热陶瓷11将电能转换成热能储存起来,使氧化床内的温度逐渐升高,当达到一定温度(一般高于800℃)时,乏风中的甲烷开始氧化产生热量。当氧化反应产生的热量能维持氧化床自反应时,通电启动结束,氧化床进入正常工作状态。随着甲烷氧化反应的持续进行,氧化床内温度继续升高,此时打开进、出水电动阀门6、10,使换热介质(一般是水)进入氧化床,将多余的热量取出利用,即进去的是常温水,出来的是热水或水蒸汽。可供煤矿生产、生活用热,也可利用这些热能发电。氧化反应生成的二氧化碳也可收集利用,若排放出去,对大气的污染要比乏风的污染程度小很多。
由控制系统对氧化床工作状态综合控制。将上述传感器测得的温度、浓度数据输入控制单元21进行数据处理,根据预先设定的程序,及时控制左进气电动阀门1和右排气电动阀门16同步打开(或关闭);控制右进气电动阀门15和左排气电动阀门27同步关闭(或打开)。保证氧化床逆流氧化反应的正常运行。当热用户或电用户负荷大小变动时,控制系统能自动调节进水电动阀门6和出水(或蒸汽)电动阀门9的开度,来适应这种设计指标内的负荷变化。

Claims (3)

1.一种煤矿乏风甲烷氧化装置,包括氧化床和控制系统两大部分,其特征是氧化床由外壳体(5)、蜂窝储热陶瓷(11)、电加热器(20)、内置换热器(22)、进气管(2)和(12)、排气管(19)和(26)、进水管(7)、出水管(9)和陶瓷保温棉(8)组成,蜂窝储热陶瓷(11)置于外壳体(5)的中心部位,电加热器(20)置于蜂窝储热陶瓷(11)的中心部位,内置换热器(22)置于电加热器(20)的周围,两根进气管(2)、(12)和两根排气管(19)、(26),分别安装左蜂窝储热陶瓷(11)的左、右两侧,进水管(7)和出水管(9)安装在蜂窝储热陶瓷(11)的上部,外壳体(5)内腔充满陶瓷保温棉(8),控制系统由控制单元(21)、氧化床内温度传感器(23)、进气温度传感器(3)和(14)、排气温度传感器(17)和(25)、进气甲烷浓度传感器(4)和(13)、排气甲烷浓度传感器(18)和(24)、进气电动阀门(1)和(15)、排气电动阀门(16)和(27)、进水电动阀门(6)和出水电动阀门(10)组成,氧化床内温度传感器(23)有多个,其余传感器和电动阀门各有两个,分别安装在左、右进气管(2)、(12)、左、右排气管(26)、(19)、进水管(7)和出水管(9)的外端部,上述所有传感器和电动阀门都有信号导线与控制单元(21)连接。
2.根据权利要求1所述的煤矿乏风甲烷氧化装置,其特征是蜂窝储热陶瓷(11)为长方体形状,或多棱体形状,或圆柱体形状,其上、下两面各有一块金属板将其夹持住,并通过该金属板固定到外壳体(5)上。
3.根据权利要求1所述的煤矿乏风甲烷氧化装置,其特征是氧化床内温度传感器(23),是在蜂窝储热陶瓷(11)内沿左右方向均布。
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