專利名稱：用于處理煤礦通風(fēng)乏氣的燃燒反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于處理煤礦通風(fēng)乏氣的燃燒反應(yīng)裝置，其適用于出風(fēng)口通風(fēng)乏氣中甲烷濃度在0.15-1.0％之間的煤礦銷毀排氣中甲烷，達到保護環(huán)境及能源利用的目的。
二背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，有關(guān)煤礦通風(fēng)乏氣的利用裝置有加拿大CANMET能源技術(shù)中心研制的CFRR催化燃燒器及美國Sequa公司在MEGTEC系統(tǒng)中公布的可用于處理煤礦通風(fēng)乏氣的熱力TFRR燃燒器。CFRR參見圖5，其工作原理是采用可再生的熱交換器實現(xiàn)氣固之間的能量傳輸和轉(zhuǎn)移，催化劑用于降低反應(yīng)的活化能。實際工作時，礦井通風(fēng)乏氣由左邊進入，從右邊排出。一個循環(huán)過程由兩個反向流動組成，每個反向流動組成半個循環(huán)；假設(shè)第一個半循環(huán)是當(dāng)閥門10關(guān)閉，閥門9打開，這時氣流從底到頂穿過反應(yīng)器，在規(guī)定時間以后(通常很短，1分鐘左右)，閥門9關(guān)閉，閥門10打開，氣流從項到底發(fā)生反向流動，組成一個循環(huán)。開始啟動時，由電加熱元件預(yù)熱床層，使中央溫度達到點火溫度(1000℃)，在第一個半循環(huán)中，當(dāng)混合物超過甲烷點燃溫度時，此時就會發(fā)生甲烷的氧化反應(yīng)。如果床層維持此溫度，甲烷就會完全地轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水。然后熱的燃燒氣體穿過上邊的催化劑層12和熱交換介質(zhì)11，并將熱量傳遞給上邊的催化劑層12和熱交換介質(zhì)11。當(dāng)反應(yīng)器風(fēng)流反向時，新的通風(fēng)乏氣以環(huán)境溫度從上邊進入，通過熱交換介質(zhì)11和催化劑層12吸收熱量，到達反應(yīng)器中心時接近甲烷燃燒溫度，燃燒就會發(fā)生。隨后熱的燃燒氣體穿過下邊的催化劑層12和熱交換介質(zhì)11，并將熱量傳遞給下邊的催化劑層12和熱交換介質(zhì)11，用于預(yù)熱下一個循環(huán)前半部分流動的進氣流的預(yù)熱。試驗表明，如果進氣流中甲烷濃度保持在至少0.15％以上，這個過程就會自動進行下去。TFRR參見圖6，和CFRR相比，只是缺少了催化劑層，工作原理同CFRR。這種用于處理煤礦通風(fēng)乏氣的反應(yīng)裝置，目前還處于研究開發(fā)階段，并未在實際中大量應(yīng)用，中國還沒有類似技術(shù)。而且，現(xiàn)有的技術(shù)存在以下缺點一是反向流動，系統(tǒng)復(fù)雜，難于控制。二是對部件質(zhì)量要求較高，例如閥門。三是閥門的頻繁開啟，穩(wěn)定性及安全性不好。
三、實用新型內(nèi)容本實用新型為了解決上述背景技術(shù)中的不足之處，提供一種用于處理煤礦通風(fēng)乏氣的燃燒反應(yīng)裝置，其結(jié)構(gòu)簡單、易于操作，采用熱的燃燒煙氣預(yù)熱新進的通風(fēng)乏氣及用催化劑降低燃燒反應(yīng)的活化能，變反向間歇流動為單向連續(xù)穩(wěn)定流動，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和可操作性。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案為一種用于處理煤礦通風(fēng)乏氣的燃燒反應(yīng)裝置，其特殊之處在于包括進氣區(qū)，進氣區(qū)與預(yù)熱區(qū)內(nèi)熱交換器的進氣口連通，熱交換器的出氣口與燃燒區(qū)連通，燃燒區(qū)并與預(yù)熱區(qū)連通，預(yù)熱區(qū)與排氣區(qū)連通。
上述預(yù)熱區(qū)與燃燒區(qū)之間設(shè)有活化區(qū)。
上述活化區(qū)內(nèi)設(shè)有燃燒催化劑。
上述燃燒催化劑可以是Pb/Al2O3或Pt/Al2O3或Pb-Pt/Al2O3。
上述熱交換器的散熱管內(nèi)填充有多孔惰性貯熱材料。
上述熱交換器的出氣口與活化區(qū)通過風(fēng)道連通。
上述燃燒區(qū)與預(yù)熱區(qū)通過風(fēng)道連通。
上述熱交換器可以是鰭片熱交換器。
上述燃燒區(qū)內(nèi)設(shè)有加熱元件，加熱元件為電加熱元件。
上述燃燒反應(yīng)裝置外表面覆有保溫層。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有的優(yōu)點和效果如下1、本實用新型提供一種全新的燃燒反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)簡單、易于操作，采用熱的燃燒煙氣預(yù)熱新進的通風(fēng)乏氣及用催化劑降低燃燒反應(yīng)的活化能，能夠連續(xù)、穩(wěn)定地實現(xiàn)通風(fēng)乏氣中甲烷的轉(zhuǎn)化；2、本實用新型從根本上改變了反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，變雙層催化劑布置為單層布置，節(jié)約了設(shè)備投資費用；3、本實用新型采用熱的燃燒煙氣通過熱交換器預(yù)熱新進通風(fēng)乏氣，取代了用熱交換介質(zhì)預(yù)熱通風(fēng)乏氣的方法，并采用鰭片熱交換器加強了換熱效果；4、本實用新型變反向間歇流動為單向連續(xù)穩(wěn)定流動，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和可操作性。實驗表明，在常壓及通風(fēng)乏氣中甲烷濃度在0.15-1.0％之間，本實用新型對甲烷的轉(zhuǎn)化效率達到95％以上。
四

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型結(jié)構(gòu)的另一種變形；圖3為本實用新型的簡化結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實用新型的簡化結(jié)構(gòu)的另一種變形；
圖5為背景技術(shù)中CFRR燃燒器的工作原理圖；圖6為背景技術(shù)中TFRR燃燒器的工作原理圖。
五具體實施方式
本實用新型的工作原理是采用回流熱的燃燒煙氣到進氣口，實現(xiàn)對新進通風(fēng)氣的預(yù)熱，并用鰭片熱交換器加強了換熱效果，催化劑用于降低反應(yīng)的活化能，使其在350℃～800℃的低溫條件下，實現(xiàn)甲烷的燃燒轉(zhuǎn)化，形成了依次由預(yù)熱、活化、燃燒順序組成的單向連續(xù)流動催化燃燒反應(yīng)器。參見圖1，包括進氣區(qū)1，進氣區(qū)1與預(yù)熱區(qū)2內(nèi)鰭片熱交換器的進氣口連通，熱交換器的出氣口與活化區(qū)3通過風(fēng)道5連通，活化區(qū)3內(nèi)設(shè)有燃燒催化劑，燃燒催化劑可以是Pb/Al2O3或Pt/Al2O3或Pb-Pt/Al2O3。活化區(qū)3與燃燒區(qū)4連通，燃燒區(qū)4內(nèi)設(shè)有電加熱元件，燃燒區(qū)4并與預(yù)熱區(qū)2連通，預(yù)熱區(qū)2與排氣區(qū)6連通。另外，熱交換器的散熱管內(nèi)填充有多孔惰性貯熱材料8，催化燃燒反應(yīng)器外表面覆有保溫層7。
參見圖2，圖2為本實用新型結(jié)構(gòu)的另一種變形，熱交換器的出氣口與活化區(qū)3直接連通，燃燒區(qū)4并與預(yù)熱區(qū)2通過風(fēng)道5連通，也在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
參見圖3、圖4，圖3、圖4為本實用新型的簡化結(jié)構(gòu)形式，與上述兩圖相比，沒有活化區(qū)及催化劑。其它結(jié)構(gòu)，圖3同圖1，圖4同圖2，均在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
圖1所示結(jié)構(gòu)實際工作過程為當(dāng)開始啟動時，先用電加熱元件預(yù)熱反應(yīng)器燃燒區(qū)4，使其中心溫度達到甲烷的自動點火溫度(1000℃)，然后，礦井通風(fēng)乏氣以環(huán)境溫度從進氣區(qū)1處進入反應(yīng)器，首先通過鰭片熱交換器的芯管內(nèi)部流動，到達預(yù)熱區(qū)2，再通過風(fēng)道5向下回流，經(jīng)過安裝有燃燒催化劑的活化區(qū)3，到達燃燒區(qū)4發(fā)生燃燒反應(yīng)。然后，熱的燃燒氣體通過鰭片熱交換器的芯管外部穿過熱交換區(qū)2，與新進的通風(fēng)乏氣發(fā)生熱交換后，最終以無害的熱氣體排出反應(yīng)器外。反應(yīng)正常進行后，加熱元件熄滅，從進氣區(qū)1處進入的通風(fēng)乏氣先通過鰭片熱交換器的芯管內(nèi)部在預(yù)熱區(qū)2中預(yù)熱，吸收熱量，使溫度升高，再通過風(fēng)道5向下回流，經(jīng)過活化區(qū)3，溫度繼續(xù)升高，最后在燃燒區(qū)4處燃燒，熱的燃燒氣體同樣從熱交換器的芯管外部流動，完成與新進通風(fēng)乏氣的熱量交換后，再排出反應(yīng)器外加以利用。只要通風(fēng)乏氣中甲烷濃度至少大于0.15％，這個過程就會自動進行下去。
權(quán)利要求1.一種用于處理煤礦通風(fēng)乏氣的燃燒反應(yīng)裝置，其特征在于包括進氣區(qū)(1)，進氣區(qū)(1)與預(yù)熱區(qū)(2)內(nèi)熱交換器的進氣口連通，熱交換器的出氣口與燃燒區(qū)(4)連通，燃燒區(qū)(4)并與預(yù)熱區(qū)(2)連通，預(yù)熱區(qū)(2)與排氣區(qū)(6)連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于處理煤礦通風(fēng)乏氣的燃燒反應(yīng)裝置，其特征在于所述預(yù)熱區(qū)(2)與燃燒區(qū)(4)之間設(shè)有活化區(qū)(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于處理煤礦通風(fēng)乏氣的燃燒反應(yīng)裝置，其特征在于所述活化區(qū)(3)內(nèi)設(shè)有燃燒催化劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于處理煤礦通風(fēng)乏氣的燃燒反應(yīng)裝置，其特征在于所述燃燒催化劑為Pb/Al2O3或Pt/Al2O3或Pb-Pt/Al2O3。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于處理煤礦通風(fēng)乏氣的燃燒反應(yīng)裝置，其特征在于所述熱交換器的散熱管內(nèi)填充有多孔惰性貯熱材料(8)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于處理煤礦通風(fēng)乏氣的燃燒反應(yīng)裝置，其特征在于所述熱交換器的出氣口與活化區(qū)(3)通過風(fēng)道(5)連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于處理煤礦通風(fēng)乏氣的燃燒反應(yīng)裝置，其特征在于所述燃燒區(qū)(4)與預(yù)熱區(qū)(2)通過風(fēng)道(5)連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的用于處理煤礦通風(fēng)乏氣的燃燒反應(yīng)裝置，其特征在于所述熱交換器為鰭片熱交換器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于處理煤礦通風(fēng)乏氣的燃燒反應(yīng)裝置，其特征在于所述燃燒區(qū)(4)內(nèi)設(shè)有加熱元件，加熱元件為電加熱元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于處理煤礦通風(fēng)乏氣的燃燒反應(yīng)裝置，其特征在于所述燃燒反應(yīng)裝置外表面覆有保溫層(7)。
專利摘要本實用新型涉及一種用于處理煤礦通風(fēng)乏氣的燃燒反應(yīng)裝置，其結(jié)構(gòu)簡單、易于操作，采用熱的燃燒煙氣預(yù)熱新進的通風(fēng)乏氣及用催化劑降低燃燒反應(yīng)的活化能，變反向間歇流動為單向連續(xù)穩(wěn)定流動，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和可操作性。本實用新型包括進氣區(qū)，進氣區(qū)與預(yù)熱區(qū)內(nèi)熱交換器的進氣口連通，熱交換器的出氣口與燃燒區(qū)連通，燃燒區(qū)并與預(yù)熱區(qū)連通，預(yù)熱區(qū)與排氣區(qū)連通。
文檔編號F23G7/06GK2731283SQ0326264
公開日2005年10月5日 申請日期2003年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月21日
發(fā)明者張強 申請人:張強