專(zhuān)利名稱(chēng)：礦井乏風(fēng)瓦斯熱氧化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種礦井乏風(fēng)瓦斯熱氧化裝置，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(lái)排放煤礦瓦斯(稱(chēng)為礦井乏風(fēng))。我國(guó)是煤炭生產(chǎn)大國(guó)，每年通過(guò)煤礦乏風(fēng)排放近200 億標(biāo)準(zhǔn)立方米的瓦斯，這不僅造成了不可再生能源資源的巨大浪費(fèi)，也嚴(yán)重污染了大氣環(huán)境。 若將煤礦乏風(fēng)瓦斯高效利用起來(lái)，每年將節(jié)約3000萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減少3億噸當(dāng)量的二氧化碳 排放，并能夠改變煤礦通風(fēng)只有支出沒(méi)有效益的局面，可以極大地提高煤礦改善煤礦通風(fēng)的 積極性，使安全生產(chǎn)走上良性循環(huán)軌道，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益巨大。目前，常采用熱逆流氧 化技術(shù)治理和利用礦井乏風(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。熱逆流氧化技術(shù)的工作原理為首先用電將氧化床中心部分加熱到1000'C左右，形 成中心溫度高，兩端溫度逐漸降低的、接近正態(tài)分布的溫度場(chǎng)。然后礦井乏風(fēng)以一個(gè)方向流 入和通過(guò)由蜂窩陶瓷組成的氧化床，氣體被氧化床加熱，溫度不斷提高，直至甲烷在氧化床 中部的高溫區(qū)被迅速氧化。然后，氧化的熱氣體繼續(xù)向床的另一邊移動(dòng)，把熱量傳遞給氧化 床而逐漸降熱。隨著氣體的不斷進(jìn)入，反應(yīng)床入口一側(cè)溫度逐漸降低，出口側(cè)溫度逐漸升高。 在入口側(cè)沒(méi)有足夠的熱量將氣體加熱到氧化溫度以前，開(kāi)始換向，氣體流動(dòng)發(fā)生反轉(zhuǎn)。氣體 與氧化床的熱交換效率很高，在一個(gè)平衡系統(tǒng)中，入口處和出口處氣體的溫差一般小于40'C。 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，它對(duì)氧 化裝置工作穩(wěn)定性有重要影響。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(lái) 提取氧化床多于熱量，這種取熱方法的最大優(yōu)點(diǎn)是熱量利用率高。但對(duì)換熱器的要求也非常 高，既能夠?qū)⒍嘤嗟臒崃磕軌蛉〕鰜?lái)，又要保證溫度場(chǎng)的分布合理，避免換熱器外側(cè)的氧化 床溫度過(guò)低而失去對(duì)乏風(fēng)的加熱功能。經(jīng)檢索表明，目前用于氧化裝置的內(nèi)置換熱器有翅板 式換熱器和插管式換熱器兩種。"煤礦乏風(fēng)甲垸氧化裝置"(200620081956.X)采用的內(nèi)置式換熱器為2個(gè)常規(guī)的翅板式換熱器，換熱器制成整體板塊狀，分別置于氧化床中心高溫區(qū)兩 側(cè)。在氧化裝置工作時(shí)，由于氧化床內(nèi)的所有氣體都通過(guò)換熱器與換熱器內(nèi)的介質(zhì)發(fā)生熱交 換，換熱能力太強(qiáng)，導(dǎo)致?lián)Q熱器兩側(cè)氧化床的溫差太大。特別是氧化后的熱氣體在通過(guò)換熱 器時(shí)將絕大部分的熱量傳遞給了換熱器，導(dǎo)致?lián)Q熱器后面的氧化床溫度較低，在換向后這部 分氧化床對(duì)乏風(fēng)的加熱效果不好，造成氧化裝置在甲烷濃度低時(shí)運(yùn)行不穩(wěn)定。MEGTEC公司 熱逆流反應(yīng)器(VOCSIDIZER)將換熱管均勻地插入氧化床中心高溫區(qū)兩側(cè)，用以回收礦井 乏風(fēng)中甲烷的能量。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是由于換熱管均勻分布在陶瓷中，換熱管對(duì)熱量的截 流作用比"煤礦乏風(fēng)甲垸氧化裝置"(200620081956.X)采用的整體翅板式換熱器小得多，一 部分熱量可以通過(guò)換熱管之間的陶瓷向后傳遞，從而使換熱器前后陶瓷床的溫度差較小，溫 度場(chǎng)形狀較為合理。但是這種插管式取熱的方式需要對(duì)蜂窩陶瓷進(jìn)行鉆孔。由于插管式換熱 器數(shù)量較多，加工量較大，增加了成本。在安裝插管式換熱器時(shí)，需要將換熱器插入蜂窩陶 瓷的孔內(nèi)，然后再將各個(gè)換熱管連接在一起，安裝不方便，也不利于以后的蜂窩陶瓷更換和 設(shè)備維修。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能克服上述缺陷、避免換熱器將氣體熱量截流過(guò)多而引起換熱
器兩側(cè)溫差過(guò)大、安裝方便的礦井乏風(fēng)瓦斯熱氧化裝置。其技術(shù)方案為
包括設(shè)有保溫層的氧化床和設(shè)置在氧化床內(nèi)的多個(gè)換熱器，其特征在于多個(gè)換熱器分 成兩組對(duì)稱(chēng)布置在氧化床中心區(qū)域的兩側(cè)，每個(gè)換熱器由制成蛇形的換熱管和均布在換熱管 直線(xiàn)段上的方形翅片構(gòu)成，同一換熱器中相鄰直線(xiàn)段換熱管上的翅片之間的間隙大于兩直線(xiàn) 段換熱管的l/2中心距，在換熱管之間、以及換熱器與保溫層之間填充以蜂窩陶瓷。
所述的礦井乏風(fēng)瓦斯熱氧化裝置，每組換熱器包括兩個(gè)平行放置的換熱器，兩換熱器的 直線(xiàn)段換熱管相互錯(cuò)開(kāi)。
所述的礦井乏風(fēng)瓦斯熱氧化裝置，其特征在于每個(gè)換熱器的端部分別設(shè)有加強(qiáng)板，用 以加強(qiáng)換熱器的強(qiáng)度。
其工作原理為在氧化裝置工作時(shí)，礦井乏風(fēng)從上方流入氧化床，氣體被蓄熱陶瓷加熱， 溫度不斷提高。在乏風(fēng)經(jīng)過(guò)上側(cè)的兩個(gè)換熱器時(shí)，乏風(fēng)的溫度與換熱器的溫度相差不大。在 經(jīng)過(guò)換熱器后，乏風(fēng)進(jìn)入氧化床中部高溫區(qū)，甲烷被高溫氧化。然后，氧化后的熱氣體繼續(xù) 向下移動(dòng)。熱氣體在經(jīng)過(guò)下方的換熱器時(shí)，部分熱氣體經(jīng)過(guò)換熱器，與換熱器進(jìn)行熱交換， 將部分熱量傳遞給換熱器內(nèi)的介質(zhì)；另一部分氣體經(jīng)過(guò)換熱管之間的蜂窩陶瓷通過(guò)，并不與 換熱器直接接觸，將熱量傳遞給下方的氧化床而逐漸降溫。這樣避免了換熱器兩側(cè)溫差過(guò)大
4的問(wèn)題，從而保證氧化裝置的工作穩(wěn)定性。隨著乏風(fēng)氣體的不斷進(jìn)入，氧化床上部的溫度逐 漸降低，下部的溫度逐漸升高。在氧化床上部沒(méi)有足夠的熱量將氣體加熱到氧化溫度以前， 開(kāi)始換向，氣體從下部進(jìn)入氧化床。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其主要優(yōu)點(diǎn)和有益效果是
(1) 每個(gè)換熱器的換熱管之間填充以蜂窩陶瓷，蜂窩陶瓷的寬度大于翅片的寬度，并且 兩個(gè)換熱器的換熱管相互錯(cuò)開(kāi)，這就形成了在所有換熱管周?chē)加刑沾纱嬖诘慕Y(jié)構(gòu)，即所有 換熱管都被陶瓷包圍。既能夠保證換熱管均勻的吸收氣體的熱量，又能保證一部分氣流經(jīng)過(guò) 換熱管之間的陶瓷通過(guò)，而不與換熱器進(jìn)行熱交換，從而避免換熱器將氣體熱量截流過(guò)多而 弓i起換熱器兩側(cè)溫差過(guò)大的問(wèn)題。
(2) 在安裝換熱器時(shí)，直接將換熱器放在氧化床上，然后再在換熱器的換熱管之間的空 隙內(nèi)排布蜂窩陶瓷。不需要對(duì)陶瓷進(jìn)行加工，換熱器也不需要在安裝現(xiàn)場(chǎng)焊接。因此，安裝 方便、省時(shí)、費(fèi)用低，也容易維護(hù)和更換。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖2是圖1所示實(shí)施例的A-A剖面圖3是圖1所示實(shí)施例的B-B剖面圖4是圖1所示實(shí)施例中換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、支撐網(wǎng) 2、保溫層 3、換熱器4、氧化床 5、蜂窩陶瓷6、換熱管 7、翅片 8、加強(qiáng)板
具體實(shí)施例方式
在圖1-4所示的實(shí)施例中氧化床4外設(shè)有保溫層，四個(gè)換熱器3分成兩組對(duì)稱(chēng)布置在 氧化床4內(nèi)中心區(qū)域的上、下兩側(cè)，每個(gè)換熱器3由制成蛇形的換熱管6和均布在換熱管6 直線(xiàn)段上的方形翅片7構(gòu)成，在每個(gè)換熱器3的端部分別設(shè)有加強(qiáng)板8，用以加強(qiáng)換熱器3 的強(qiáng)度，同一換熱器3中相鄰直線(xiàn)段換熱管6上的翅片7之間的間隙大于兩直線(xiàn)段換熱管6 的1/2中心距。每一組中的兩個(gè)換熱器3水平放置，兩個(gè)換熱器3的直線(xiàn)段換熱管6相互錯(cuò) 開(kāi)，即一個(gè)換熱器3的直線(xiàn)段換熱管6中心與另一個(gè)換熱器3的兩相鄰直線(xiàn)段換熱管6的1/2 中心處對(duì)齊。在所有換熱管6之間、以及換熱器3與保溫層2之間填充以蜂窩陶瓷5，這樣 這就形成了所有換熱管6都被蜂窩陶瓷5包圍的結(jié)構(gòu)，且蜂窩陶瓷5與翅片7的高度相同， 使得安裝極為方便。
權(quán)利要求
1. 一種礦井乏風(fēng)瓦斯熱氧化裝置，包括設(shè)有保溫層(2)的氧化床(4)和設(shè)置在氧化床(4)內(nèi)的多個(gè)換熱器(3)，其特征在于多個(gè)換熱器(3)分成兩組對(duì)稱(chēng)布置在氧化床(4)中心區(qū)域的兩側(cè)，每個(gè)換熱器(3)由制成蛇形的換熱管(6)和均布在換熱管(6)直線(xiàn)段上的方形翅片(7)構(gòu)成，同一換熱器(3)中相鄰直線(xiàn)段換熱管(6)上的翅片(7)之間的間隙大于兩直線(xiàn)段換熱管(6)的1/2中心距，在換熱管(6)之間、以及換熱器(3)與保溫層(2)之間填充以蜂窩陶瓷(5)。
2、 如權(quán)利要求1所述的礦井乏風(fēng)瓦斯熱氧化裝置，其特征在于每組換熱器(3)包括 兩個(gè)平行放置的換熱器(3)，兩換熱器(3)的直線(xiàn)段換熱管(6)相互錯(cuò)開(kāi)。
3、 如權(quán)利要求1所述的礦井乏風(fēng)瓦斯熱氧化裝置，其特征在于每個(gè)換熱器(3)的端 部分別設(shè)有加強(qiáng)板(8)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種礦井乏風(fēng)瓦斯熱氧化裝置，包括設(shè)有保溫層的氧化床和設(shè)置在氧化床內(nèi)的多個(gè)換熱器，其特征在于多個(gè)換熱器分成兩組對(duì)稱(chēng)布置在氧化床中心區(qū)域的兩側(cè)，每個(gè)換熱器由制成蛇形的換熱管和均布在換熱管直線(xiàn)段上的方形翅片構(gòu)成，同一換熱器中相鄰直線(xiàn)段換熱管上的翅片之間的間隙大于兩直線(xiàn)段換熱管的1/2中心距，在換熱管之間、以及換熱器與保溫層之間填充以蜂窩陶瓷。在氧化裝置工作時(shí)，一部分熱氣體通過(guò)換熱器將熱量傳遞給換熱器內(nèi)的介質(zhì)，另一部分熱氣體將熱量傳遞給換熱器后面的氧化床。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(guò)大的問(wèn)題，提高了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)F24J1/00GK101464062SQ200810249860
公開(kāi)日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2008年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月27日
發(fā)明者劉永啟, 劉瑞祥, 高振強(qiáng) 申請(qǐng)人:山東理工大學(xué)