一種極低濃度煤礦瓦斯鍋爐及其運行方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鍋爐及其運行方法，特別是關于一種極低濃度煤礦瓦斯鍋爐及其運行方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國煤礦每年向大氣排放的甲烷量達190億m3，居世界第一，約占中國工業(yè)生產(chǎn)中甲烷排放量的三分之一，而其中通過煤礦抽采泵站排入大氣的甲烷約為60?75億m3，為西氣東輸工程設計年輸氣量的50%?63%。當前煤礦瓦斯抽采泵站抽采出的瓦斯氣體，其甲烷濃度一般在2%?30% ;除少量甲烷濃度高于9%的抽排瓦斯可以用于內(nèi)燃機發(fā)電以外，甲烷濃度低于9%的抽排瓦斯目前全部排放大氣。甲烷、空氣預混氣體的爆炸極限范圍為5%?15% ;對于甲烷濃度為2%?3%的極低濃度煤礦瓦斯來說，由于存在大量過?？諝庖蚨^熱燃燒溫度降低，在自然條件下不會燃燒、爆炸，應用、處理難度極大，目前沒有成熟的處理、利用技術(shù)，也沒有能以甲烷濃度為2%?3%的極低濃度煤礦瓦斯作為燃料的燃燒系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種可有效提高甲烷濃度為2%?3%的極低濃度煤礦瓦斯的氧化率，充分利用瓦斯氧化產(chǎn)生的熱量，減少鍋爐內(nèi)熱量損失的一種極低濃度煤礦瓦斯鍋爐及其運行方法。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種極低濃度煤礦瓦斯鍋爐，其特征在于:它包括摻混鼓風機、抽排瓦斯安全閥、瓦斯摻混裝置、換向閥組、鍋爐本體、鍋爐引風機、引風機和煙囪；抽排瓦斯管道通過所述抽排瓦斯安全閥連接所述瓦斯摻混裝置的瓦斯進口，所述摻混鼓風機連接所述瓦斯摻混裝置的空氣進口，所述瓦斯摻混裝置的出口通過所述換向閥組連接所述鍋爐本體；所述鍋爐本體的煙氣出口連接所述鍋爐引風機的進風口，所述鍋爐本體還通過所述換向閥組連接所述引風機的進風口，所述鍋爐引風機和所述引風機的出風口都連接至所述煙囪；
[0005]所述鍋爐本體內(nèi)橫向設置有一鍋筒，所述鍋爐本體的爐壁與所述鍋筒的管壁之間形成一液體腔室；在所述鍋筒的內(nèi)腔一側(cè)設置有燃燒裝置，另一側(cè)設置有對流換熱面，所述燃燒裝置位于所述對流換熱面底部；所述燃燒裝置包括帶有通孔的陶瓷蓄熱材料層和第一耐火材料層，所述第一耐火材料層位于所述陶瓷蓄熱材料層的中部，將所述陶瓷蓄熱材料層分為對稱的第一陶瓷蓄熱材料層和第二陶瓷蓄熱材料層；在位于所述鍋筒一端口的所述鍋爐本體的端面上靠近燃燒裝置的部位設置有第一進出口和第二進出口，所述第一進出口與所述第一陶瓷蓄熱材料層連通，所述第二進出口與所述第二陶瓷蓄熱材料層連通；所述鍋爐本體的煙氣出口設置在位于所述鍋筒另一端口的所述鍋爐本體的端面上靠近所述對流換熱面的部位。
[0006]所述換向閥組包括第一換向閥、第二換向閥、第三換向閥和第四換向閥；所述第一換向閥的一端和所述第二換向閥的一端并聯(lián)至所述瓦斯摻混裝置的出口 ；所述第一換向閥的另一端連接所述第三換向閥的一端；所述第二換向閥的另一端連接所述第四換向閥的一端；所述第三換向閥的另一端和所述第四換向閥的另一端并聯(lián)至所述引風機的進風口 ；所述鍋爐本體的所述第一進出口與所述第一換向閥和所述第三換向閥之間的管道連通；所述鍋爐本體的所述第二進出口與所述第二換向閥和所述第四換向閥之間的管道連通。
[0007]在所述鍋爐本體底部靠近所述鍋爐本體的所述第一進出口和所述第二進出口處設置有冷水進口，在所述鍋爐本體上部靠近所述鍋爐本體的煙氣出口處設置有熱水蒸汽出
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[0008]所述對流換熱面由換熱管構(gòu)成，所述對流換熱面的煙氣出口與所述鍋爐本體的煙氣出口連通。
[0009]在所述陶瓷蓄熱材料層外部設置有第二耐火材料層。
[0010]所述鍋爐本體的外壁設置有保溫材料層。
[0011]一種極低濃度煤礦瓦斯鍋爐的運行方法，其包括以下步驟:
[0012]I)開啟抽排瓦斯安全閥，煤礦抽排瓦斯經(jīng)過抽排瓦斯管道進入瓦斯摻混裝置，與由摻混鼓風機提供的新鮮空氣混合，形成甲烷濃度為2%?3%的極低濃度煤礦瓦斯；
[0013]2)對鍋爐本體進行預熱，開啟第一換向閥和第四換向閥，甲烷濃度為2%?3%的極低濃度煤礦瓦斯經(jīng)過第一換向閥從鍋爐本體的第一進出口進入第一陶瓷蓄熱材料層，在第一陶瓷蓄熱材料層中進行氧化放熱；從第一陶瓷蓄熱材料層流出的高溫煙氣，一部分進入第二陶瓷蓄熱材料層，對第二陶瓷蓄熱材料層進行預熱后由鍋爐本體的第二進出口經(jīng)第四換向閥、引風機和煙囪排出大氣；另一部分進入對流換熱面的換熱管中，與液體腔室內(nèi)的水進行熱量交換后由鍋爐本體的煙氣出口經(jīng)鍋爐引風機和煙囪排出大氣；
[0014]3)經(jīng)過5分鐘?120分鐘后，換向閥組執(zhí)行切換動作，關閉第一換向閥和第四換向閥，開啟第二換向閥和第三換向閥，甲烷濃度為2%?3%的極低濃度煤礦瓦斯經(jīng)過第二換向閥從鍋爐本體的第二進出口進入第二陶瓷蓄熱材料層，在第二陶瓷蓄熱材料層中進行氧化放熱；從第二陶瓷蓄熱材料層流出的高溫煙氣，一部分進入第一陶瓷蓄熱材料層，對第一陶瓷蓄熱材料層進行預熱后由鍋爐本體的第一進出口經(jīng)第三換向閥、引風機和煙囪排出大氣；另一部分進入對流換熱面的換熱管中，與液體腔室內(nèi)的水進行熱量交換后由鍋爐本體的煙氣出口經(jīng)鍋爐引風機和煙囪排出大氣；
[0015]4)經(jīng)過5分鐘?120分鐘后，換向閥組執(zhí)行切換動作，關閉第二換向閥和第三換向閥，開啟第一換向閥和第四換向閥，重新進入步驟2)。
[0016]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點:1、本發(fā)明由于采用將陶瓷蓄熱材料層分為兩部分，瓦斯在其中一部分進行氧化放出的部分熱量對另一部分進行加熱，作為瓦斯在另一部分進行氧化所需要的熱量，實現(xiàn)了熱量的循環(huán)利用，減少了能量的損耗。2、本發(fā)明由于采用換熱閥組使得本發(fā)明中的極低濃度煤礦瓦斯鍋爐可以實現(xiàn)周期性往復切換運行，可有效保持陶瓷蓄熱材料層的溫度，滿足甲烷濃度為2%?3%的極低濃度煤礦瓦斯在陶瓷蓄熱材料層中進行氧化所需的熱量。3、本發(fā)明由于采用將燃燒裝置與對流換熱面均設置在鍋爐本體內(nèi)的鍋筒內(nèi)腔中，使得鍋爐本體的爐壁與鍋筒的管壁之間形成液體腔室，液體腔室內(nèi)的液體通過對流換熱面充分吸收甲烷濃度為2%?3%的極低濃度煤礦瓦斯氧化產(chǎn)生的部分高溫煙氣的熱量，有效提高了熱量的回收利用率。4、本發(fā)明由于在陶瓷蓄熱材料層外部設置有耐火材料層，且在鍋爐本體的外壁設置有保溫材料層，大大地減少了熱量的損失。綜上所述，本發(fā)明可以廣泛應用于煤礦瓦斯的燃燒系統(tǒng)中。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明換向運行示意圖之一；
[0019]圖3是本發(fā)明換向運行示意圖之二。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明提供一種極低濃度煤礦瓦斯鍋爐，其包括摻混鼓風機1、抽排瓦斯安全閥2、瓦斯摻混裝置3、換向閥組、鍋爐本體4、鍋爐引風機5、引風機6和煙囪7。抽排瓦斯管道通過抽排瓦斯安全閥2連接瓦斯摻混裝置3的瓦斯進口，摻混鼓風機I連接瓦斯摻混裝置3的空氣進口，瓦斯摻混裝置3的出口通過換向閥組連接鍋爐本體4，鍋爐本體4的煙氣出口連接鍋爐引風機5的進風口，鍋爐本體4還通過換向閥組連接引風機6的進風口。鍋爐引風機5和引風機6的出風口都連接至煙囪7。
[0022]鍋爐本體4內(nèi)橫向設置有一鍋筒，鍋爐本體4的爐壁與鍋筒的管壁之間形成一液體腔室8 ;在鍋筒的內(nèi)腔一側(cè)設置有燃燒裝置，另一側(cè)設置有對流換熱面9，燃燒裝置位于對流換熱面9底部。燃燒裝置包括帶有通孔的陶瓷蓄熱材料層和第一耐火材料層10，第一耐火材料層10位于陶瓷蓄熱材料層的中部，將陶瓷蓄熱材料層分為完全對稱的第一陶瓷蓄熱材料層11和第二陶瓷蓄熱材料層12。在位于鍋筒一端口的鍋爐本體4的端面上靠近燃燒裝置的部位設置有第一進出口 13和第二進出口 14，第一進出口 13與第一陶瓷蓄熱材料層11連通，第二進出口 14與第二陶瓷蓄熱材料層12連通。鍋爐本體4的煙氣出口設置在位于鍋筒另一端口的鍋爐本體4的端面上靠近對流換熱面9的部位。
[0023]換向閥組包括第一換向閥15、第二換向閥16、第三換向閥17和第四換向閥18。第一換向閥15的一端和第二換向閥16的一端并聯(lián)至瓦斯摻混裝置3的出口 ；第一換向閥15的另一端連接第三換向閥17的一端；第二換向閥16的另一端連接第四換向閥18的一端；第三換向閥17的另一端和第四換向閥18的另一端并聯(lián)至引風機6的進風口。鍋爐本體4的第一進出口 13與第一換向閥15和第三換向閥17之間的管道連通；鍋爐本體4的第二進出口 14與第二換向閥16和第四換向閥18之間的管道連通。
[0024]上述實施例中，在鍋爐本體4底部靠近鍋爐本體4的第一進出口 13和第二進出口14處設置有冷水進口 19，在鍋爐本體4上部靠近鍋爐本體4的煙氣出口處設置有熱水蒸汽出口 20，液體通過冷水進口 19進入液體腔室8內(nèi)，與