專利名稱：煤礦乏風(fēng)瓦斯氧化裝置汽水循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤礦乏風(fēng)瓦斯氧化裝置汽水循環(huán)系統(tǒng)，屬于超低濃度甲烷逆流氧 化和低密度能量回收技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
煤礦瓦斯的主要成分為甲烷，是氣體能源。為了提高煤礦生產(chǎn)的安全性，通常采用 大量通風(fēng)來排放煤礦瓦斯(稱為煤礦乏風(fēng))。目前，常采用蓄熱逆流氧化技術(shù)治理和利用煤 礦乏風(fēng)瓦斯，將其氧化成二氧化碳和水，并回收其熱量用以生產(chǎn)熱水和蒸汽等。在煤礦乏風(fēng) 瓦斯氧化裝置運(yùn)行時(shí)，氧化床中部為高溫區(qū)域，溫度在1000°c以上，兩側(cè)溫度逐漸降低，直 至氧化端部接近于常溫；煤礦乏風(fēng)在進(jìn)入氧化床后被氧化床加熱，溫度逐漸升高，直至甲烷 在高溫區(qū)中氧化；氧化的熱氣體繼續(xù)向氧化床的另一邊移動(dòng)，把熱量傳遞給氧化床而逐漸 降溫。該技術(shù)的關(guān)鍵是不斷切換進(jìn)入氧化床氣體的流動(dòng)方向，以保證煤礦乏風(fēng)瓦斯在氧化 床中部高溫區(qū)中氧化。實(shí)踐證明，當(dāng)乏風(fēng)中甲烷濃度為0.2%時(shí)，氧化放出的熱量能夠維持 氧化裝置殼體表面散熱和出口處氣體帶走的一小部分能量，氧化裝置仍然能夠運(yùn)轉(zhuǎn)而不需 要補(bǔ)充額外的能量。如果甲烷濃度高于0.2%時(shí)，可以將多余的熱量從氧化床取出加以利 用。取熱技術(shù)是十分關(guān)鍵的，它不但影響熱效率，還影響到氧化裝置工作運(yùn)行穩(wěn)定性。 大連海事大學(xué)采用溫差發(fā)電系統(tǒng)來利用乏風(fēng)瓦斯氧化放出的熱量(200910010612. 8)，將溫 差發(fā)電器布置在氧化裝置高溫區(qū)域的上下部，溫差發(fā)電單元熱端接觸此區(qū)域的內(nèi)絕緣板， 溫差發(fā)電單元冷端接觸與換熱器相連的外絕緣板，溫差發(fā)電單元熱端和冷端之間產(chǎn)生大溫 度梯度，進(jìn)行熱電轉(zhuǎn)換發(fā)電，但是未見其實(shí)際應(yīng)用的報(bào)導(dǎo)。目前常采用將換熱器安置在氧化床中心高溫區(qū)兩側(cè)的方法來提取氧化床多于熱 量，這種取熱方法的最大優(yōu)點(diǎn)是換熱效率高。瑞典MEGTEC公司開發(fā)的煤礦乏風(fēng)瓦斯氧化裝 置通過內(nèi)置蒸汽管生產(chǎn)過熱蒸汽，推動(dòng)蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。考慮到安全穩(wěn)定運(yùn)行的需 要，氧化床內(nèi)置蒸汽管構(gòu)成傳統(tǒng)蒸汽鍋爐的一部分，發(fā)電蒸汽循環(huán)系統(tǒng)的其它部件都采用 傳統(tǒng)技術(shù)。近年來，我國(guó)正在加大力度自主研發(fā)煤礦乏風(fēng)瓦斯氧化裝置。勝利油田勝利動(dòng)力 機(jī)械有限公司的“煤礦乏風(fēng)甲烷氧化裝置”(200620081956. X)采用2個(gè)內(nèi)置換熱器提取氧 化放熱用于生產(chǎn)飽和蒸汽。但是該專利僅僅涉及到氧化床內(nèi)置換熱器，未涉及汽水循環(huán)系 統(tǒng)。山東理工大學(xué)在“礦井乏風(fēng)瓦斯熱氧化裝置”(200810249860. 3)中公開了一種采 用多個(gè)換熱器提取氧化床熱量的裝置，在陶瓷氧化床中心區(qū)域兩側(cè)分別對(duì)稱布置1個(gè)外側(cè) 換熱器和1個(gè)內(nèi)側(cè)換熱器，其換熱管制成蛇形，直線管段外面有方形翅片，在換熱管之間的 空隙內(nèi)布置著蜂窩陶瓷；外側(cè)換熱器和內(nèi)側(cè)換熱器的換熱管之間相互錯(cuò)開，使所有翅片換 熱管都被陶瓷包圍；具有安裝方便、費(fèi)用低，容易更換等優(yōu)點(diǎn)，解決了換熱器兩側(cè)溫差過大 的問題。但是該專利僅僅涉及到氧化床內(nèi)置換熱器。為了提高我國(guó)自主研發(fā)的煤礦乏風(fēng)瓦
3斯氧化裝置穩(wěn)定運(yùn)行性，有必要研發(fā)煤礦乏風(fēng)瓦斯氧化裝置的汽水循環(huán)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能根據(jù)煤礦乏風(fēng)瓦斯氧化裝置運(yùn)行的特點(diǎn)、工作性能優(yōu) 良的煤礦乏風(fēng)瓦斯氧化裝置汽水循環(huán)系統(tǒng)。其技術(shù)方案為一種煤礦乏風(fēng)瓦斯氧化裝置汽水循環(huán)系統(tǒng)，包括設(shè)有液位計(jì)的汽包、蒸發(fā)器回路、 補(bǔ)水回路、蒸汽輸出管路和連通汽包底部的排污管，其中蒸發(fā)器回路包括進(jìn)水管、回水管和 設(shè)置在氧化床內(nèi)的蒸發(fā)器，蒸發(fā)器的入口端經(jīng)進(jìn)水管連通汽包的底部，出口端經(jīng)回水管連 通汽包的頂部，補(bǔ)水回路包括補(bǔ)水管、水箱與補(bǔ)水泵，其中補(bǔ)水泵的入口端通過補(bǔ)水管與水 箱連通，出口端通過補(bǔ)水管與汽包的底部連通，蒸汽輸出管路包括設(shè)有熱電偶、壓力表、蒸 汽流量計(jì)、第四閥門的過熱蒸汽管，其特征在于增設(shè)PLC、過熱器回路、循環(huán)水泵、流量計(jì)、 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、溫控電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和設(shè)有加熱管的預(yù)熱器，其中循環(huán)水泵和流量計(jì)設(shè)置在進(jìn)水 管上，預(yù)熱器和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥串接在補(bǔ)水泵的出口端與汽包之間的補(bǔ)水管上，加熱管的出口 端經(jīng)冷凝水管接水箱，入口端經(jīng)設(shè)有溫控電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的預(yù)熱蒸汽管接過熱蒸汽管，過熱器 回路串接在汽包頂部與過熱蒸汽管之間，包括設(shè)有第一閥門的飽和蒸汽管和設(shè)置在氧化床 內(nèi)的過熱器，在第一閥門靠近過熱器側(cè)的飽和蒸汽管與進(jìn)水管之間設(shè)有帶第二閥門的第一 連接管，在過熱蒸汽管的始端與回水管之間設(shè)有帶第三閥門的第二連接管；液位計(jì)、流量 計(jì)、蒸汽流量計(jì)、熱電偶通過數(shù)據(jù)線與PLC相連，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和溫控電動(dòng)調(diào)節(jié)閥通過信號(hào)線 與PLC相連。所述的煤礦乏風(fēng)瓦斯氧化裝置汽水循環(huán)系統(tǒng)，蒸發(fā)器和過熱器均為兩組，兩組過 熱器對(duì)稱的設(shè)置在氧化床高溫區(qū)的上下側(cè)，兩組蒸發(fā)器對(duì)稱布置在兩組過熱器的外側(cè)。該發(fā)明的工作過程是在煤礦乏風(fēng)瓦斯氧化裝置正常工作時(shí)，第一閥門和第四閥門處于開啟狀態(tài)，第二 閥門和第三閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。汽包內(nèi)的水在循環(huán)水泵的驅(qū)動(dòng)下，經(jīng)過流量計(jì)和進(jìn)水管分 別進(jìn)入兩個(gè)蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)被加熱，一部分水蒸發(fā)變成蒸汽，從蒸發(fā)器流出來的汽水兩 相混合物經(jīng)過回水管進(jìn)入汽包進(jìn)行汽水分離。汽包上部的蒸汽經(jīng)過飽和蒸汽管和第一閥門 分別進(jìn)入兩個(gè)過熱器，在過熱器內(nèi)被加熱成過熱蒸汽，產(chǎn)生的過熱蒸汽經(jīng)過過熱蒸汽管、第 四閥門、蒸汽流量計(jì)送給外界。水箱內(nèi)的水在補(bǔ)水泵的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)入電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，經(jīng)過水量調(diào) 節(jié)后進(jìn)入預(yù)熱器內(nèi)，在預(yù)熱器內(nèi)被過熱蒸汽加熱到一定的溫度后通過補(bǔ)水管進(jìn)入汽包。過 熱蒸汽管內(nèi)的部分過熱蒸汽經(jīng)過預(yù)熱蒸汽管、溫控電動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)入預(yù)熱器，在加熱管內(nèi)與 補(bǔ)水進(jìn)行熱交換而冷凝，冷凝水通過冷凝水管回到水箱內(nèi)。溫控電動(dòng)調(diào)節(jié)閥對(duì)進(jìn)入預(yù)熱器 的過熱蒸汽量進(jìn)行控制，從而保證補(bǔ)入到汽包的水溫恒定。PLC根據(jù)液位計(jì)和蒸汽流量計(jì)的 信號(hào)，控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的補(bǔ)水，減小汽包內(nèi)蒸汽參數(shù)的波動(dòng)。在煤礦乏風(fēng)瓦斯氧化裝置啟動(dòng)過程中，氧化床被電加熱器或外部燃燒器提供的熱 量加熱，溫度逐漸升高，直至氧化床中部高溫區(qū)溫度達(dá)到近1000°c，并形成中部溫度高、兩 側(cè)溫度逐漸降低的溫度場(chǎng)，然后停掉電加熱器或外部燃燒器。在開始啟動(dòng)時(shí)，將第一閥門和 第四閥門關(guān)閉，將第二閥門和第三閥門開啟，汽包內(nèi)的水在循環(huán)水泵的驅(qū)動(dòng)下分為兩路，一 路水進(jìn)入兩個(gè)蒸發(fā)器，從蒸發(fā)器出來進(jìn)入回水管；另一路水經(jīng)過第一連接管和第二閥門進(jìn) 入兩個(gè)過熱器，從過熱器出來經(jīng)過第三閥門和第二連接管進(jìn)入回水管，與從蒸發(fā)器出來的
4水混合，一起進(jìn)入汽包。這樣可以防止過熱器在加熱啟動(dòng)過程中被干燒，有效保護(hù)過熱器。當(dāng)汽包內(nèi)的蒸汽壓力達(dá)到額定值后，將第一閥門和第四閥門開啟，將第二閥門和 第三閥門關(guān)閉。循環(huán)水通過蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)，飽和蒸汽進(jìn)入過熱器被加熱成過熱蒸汽，汽水 循環(huán)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要優(yōu)點(diǎn)和有益效果是(1)本發(fā)明的汽水循環(huán)系統(tǒng)有兩組蒸發(fā)器和兩組過熱器，可以在煤礦乏風(fēng)氧化裝 置氧化床高溫區(qū)的上下兩側(cè)分別對(duì)稱布置一組蒸發(fā)器和一組過熱器，既提取了氧化床高溫 區(qū)兩側(cè)的部分熱量，又有利于氧化床高溫區(qū)保持在氧化床中心區(qū)域。蒸發(fā)器布置在過熱器 的外側(cè)，有利于形成氧化床中心溫度高、兩測(cè)溫度逐漸降低的溫度場(chǎng)分布，提高氧化裝置運(yùn) 行穩(wěn)定性。(2)大多數(shù)煤礦乏風(fēng)氧化裝置的氧化床為立式結(jié)構(gòu)，蒸發(fā)器的蒸發(fā)管在氧化床內(nèi) 為水平布置，存在氣堵和干燒的危險(xiǎn)，增設(shè)循環(huán)水泵采用強(qiáng)制循環(huán)，可以實(shí)現(xiàn)高倍率循環(huán)， 并且可以調(diào)節(jié)循環(huán)水量，工作可靠。(3)在蒸發(fā)器之前的進(jìn)水管與過熱器之前的飽和蒸汽管之間設(shè)有第一連接管和第 二閥門、蒸發(fā)器之后的回水管與過熱器之后的過熱蒸汽管之間分別設(shè)有第二連接管和第三 閥門。在啟動(dòng)過程中，在汽包內(nèi)還未形成穩(wěn)定的蒸汽之前，可以通過開通第二和第三閥門、 關(guān)閉第一和第四閥門，使循環(huán)水通過過熱器，避免過熱器干燒。在汽包內(nèi)的蒸汽達(dá)到要求 后，再通過關(guān)閉第二和第三閥門、開通第一和第四閥門，使飽和蒸汽進(jìn)入過熱器。(4)向汽包內(nèi)補(bǔ)水時(shí)，利用過熱蒸汽在預(yù)熱器內(nèi)將補(bǔ)充的水加熱到一定溫度后再 進(jìn)入汽包，降低了新補(bǔ)充的水對(duì)汽包的溫度沖擊；通過溫控電動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進(jìn)入預(yù)熱器的 過熱蒸汽量，實(shí)現(xiàn)預(yù)熱后的補(bǔ)水水溫恒定；PLC根據(jù)液位計(jì)和蒸汽流量計(jì)的信號(hào)，控制電動(dòng) 調(diào)節(jié)閥的開度，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的補(bǔ)水。這些技術(shù)方案有利于減小汽包內(nèi)的蒸汽參數(shù)波 動(dòng)。


附圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、PLC 2、水箱3、冷凝水管4、補(bǔ)水泵5、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥6、加熱管7、 預(yù)熱器8、溫控電動(dòng)調(diào)節(jié)閥9、熱電偶10、壓力表11、補(bǔ)水管12、流量計(jì)13、循環(huán) 水泵 14、進(jìn)水管 15、氧化床 16、排污管 17、液位計(jì) 18、汽包 19、安全閥 20、預(yù) 熱蒸汽管 21、第一連接管 22、第一閥門23、第二閥門24、飽和蒸汽管 25、回水管 26、蒸發(fā)器27、過熱器28、第二連接管 29、第三閥門30、第四閥門31、蒸汽流量計(jì) 32、控制閥門33、過熱蒸汽管
具體實(shí)施例方式在圖1所示的實(shí)施例中蒸發(fā)器26和過熱器27均為兩組，兩組過熱器27對(duì)稱的 設(shè)置在氧化床15高溫區(qū)的上下側(cè)，兩組蒸發(fā)器26對(duì)稱布置在兩組過熱器27的外側(cè)。液位 計(jì)17設(shè)置在汽包18內(nèi)，汽包18上設(shè)有壓力表10和安全閥19，排污管16連通汽包18的底 部。蒸發(fā)器回路包括設(shè)有循環(huán)水泵13和流量計(jì)12的進(jìn)水管14、回水管25、兩組蒸發(fā)器26， 兩組蒸發(fā)器26的入口端均經(jīng)進(jìn)水管14連通汽包18的底部，出口端均經(jīng)回水管25連通汽
5包18的頂部，補(bǔ)水回路包括設(shè)有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥5的補(bǔ)水管11、水箱2、設(shè)有加熱管6的預(yù)熱器 7和補(bǔ)水泵4，其中補(bǔ)水泵4的入口端通過補(bǔ)水管11與水箱2連通，出口端通過依次經(jīng)電動(dòng) 調(diào)節(jié)閥5、預(yù)熱器7與汽包18的底部連通，蒸汽輸出管路包括設(shè)有熱電偶9、壓力表10、蒸汽 流量計(jì)31、第四閥門30的過熱蒸汽管33，加熱管6的出口端經(jīng)冷凝水管3接水箱2，入口端 經(jīng)設(shè)有溫控電動(dòng)調(diào)節(jié)閥8的預(yù)熱蒸汽管20接過熱蒸汽管33，過熱器回路串接在汽包18頂 部與過熱蒸汽管33之間，包括設(shè)有第一閥門22的飽和蒸汽管24和兩組過熱器27，在第一 閥門22靠近過熱器27側(cè)的飽和蒸汽管24與進(jìn)水管14之間設(shè)有帶第二閥門23的第一連 接管21，在過熱蒸汽管33的始端與回水管25之間設(shè)有帶第三閥門29的第二連接管28，液 位計(jì)17、流量計(jì)12、蒸汽流量計(jì)31、熱電偶9通過數(shù)據(jù)線與PLCl相連，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥5和溫控 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥8通過信號(hào)線與PLC 1相連。
權(quán)利要求
一種煤礦乏風(fēng)瓦斯氧化裝置汽水循環(huán)系統(tǒng)，包括設(shè)有液位計(jì)(17)、壓力表(10)與安全閥(19)的汽包(18)、蒸發(fā)器回路、補(bǔ)水回路、蒸汽輸出管路和連通汽包(18)底部的排污管(16)，其中蒸發(fā)器回路包括進(jìn)水管(14)、回水管(25)和設(shè)置在氧化床(15)內(nèi)的蒸發(fā)器(26)，蒸發(fā)器(26)的入口端經(jīng)進(jìn)水管(14)連通汽包(18)的底部，出口端經(jīng)回水管(25)連通汽包(18)的頂部，補(bǔ)水回路包括補(bǔ)水管(11)、水箱(2)與補(bǔ)水泵(4)，其中補(bǔ)水泵(4)的入口端通過補(bǔ)水管(11)與水箱(2)連通，出口端通過補(bǔ)水管(11)與汽包(18)的底部連通，蒸汽輸出管路包括設(shè)有熱電偶(9)、壓力表(10)、蒸汽流量計(jì)(31)、第四閥門(30)的過熱蒸汽管(33)，其特征在于增設(shè)PLC(1)、過熱器回路、循環(huán)水泵(13)、流量計(jì)(12)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥(5)、溫控電動(dòng)調(diào)節(jié)閥(8)和設(shè)有加熱管(6)的預(yù)熱器(7)，其中循環(huán)水泵(13)和流量計(jì)(12)設(shè)置在進(jìn)水管(14)上，預(yù)熱器(7)和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥(5)串接在補(bǔ)水泵(4)的出口端與汽包(18)之間的補(bǔ)水管(11)上，加熱管(6)的出口端經(jīng)冷凝水管(3)接水箱(2)，入口端經(jīng)設(shè)有溫控電動(dòng)調(diào)節(jié)閥(8)的預(yù)熱蒸汽管(20)接過熱蒸汽管(33)，過熱器回路串接在汽包(18)頂部與過熱蒸汽管(33)之間，包括設(shè)有第一閥門(22)的飽和蒸汽管(24)和設(shè)置在氧化床(15)內(nèi)的過熱器(27)，在第一閥門(22)靠近過熱器(27)側(cè)的飽和蒸汽管(24)與進(jìn)水管(14)之間設(shè)有帶第二閥門(23)的第一連接管(21)，在過熱蒸汽管(33)的始端與回水管(25)之間設(shè)有帶第三閥門(29)的第二連接管(28)；液位計(jì)(17)、流量計(jì)(12)、蒸汽流量計(jì)(31)、熱電偶(9)通過數(shù)據(jù)線與PLC(1)相連，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥(5)和溫控電動(dòng)調(diào)節(jié)閥(8)通過信號(hào)線與PLC(1)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦乏風(fēng)瓦斯氧化裝置汽水循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于蒸發(fā)器 (26)和過熱器(27)均為兩組，兩組過熱器(27)對(duì)稱的設(shè)置在氧化床(15)高溫區(qū)的上下 側(cè)，兩組蒸發(fā)器(26)對(duì)稱布置在兩組過熱器(27)的外側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種煤礦乏風(fēng)瓦斯氧化裝置汽水循環(huán)系統(tǒng)，屬于超低濃度甲烷逆流氧化和低密度能量回收技術(shù)領(lǐng)域。汽包的水在循環(huán)水泵驅(qū)動(dòng)下進(jìn)入兩個(gè)蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)，經(jīng)過回水管回到汽包；汽包內(nèi)的蒸汽進(jìn)入兩個(gè)過熱器被加熱成過熱蒸汽送給外界；水箱內(nèi)的水在補(bǔ)水泵驅(qū)動(dòng)下依次進(jìn)入電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和預(yù)熱器，在預(yù)熱器內(nèi)被過熱蒸汽加熱后進(jìn)入汽包；利用溫控電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制補(bǔ)水的溫度；PLC根據(jù)液位計(jì)和蒸汽流量計(jì)的信號(hào)，控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度，實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的補(bǔ)水；在加熱啟動(dòng)時(shí)，可以通過閥門切換使循環(huán)水流經(jīng)過熱器，保護(hù)過熱器。本發(fā)明具有蒸汽參數(shù)波動(dòng)小、運(yùn)行穩(wěn)定、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F22D5/30GK101915411SQ20101022619
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月1日
發(fā)明者劉永啟, 劉瑞祥, 孟建, 尤彥彥, 毛明明, 王延遐, 鄭斌, 高振強(qiáng) 申請(qǐng)人:山東理工大學(xué)