專利名稱：低濃度瓦斯熱逆流催化氧化裝置尾氣熱利用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于礦山節(jié)能減排技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低濃度瓦斯熱逆流催化氧化裝置尾氣熱的利用方法。
背景技術(shù)：
瓦斯是僅次于二氧化碳的主要溫室氣體，單位質(zhì)量瓦斯所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)相當(dāng)于同質(zhì)量二氧化碳的21倍。煤礦乏風(fēng)是主要的瓦斯工業(yè)排放源之一，減排煤礦乏風(fēng)瓦斯，可以減少溫室氣體排放。同時(shí)，煤礦瓦斯的主要成分為甲烷，是優(yōu)質(zhì)潔凈的氣體能源。煤礦乏風(fēng)中的甲烷濃度非常低(一般小于1%)，濃度波動(dòng)范圍大，這些特點(diǎn)決定了煤礦乏風(fēng)瓦斯很難利用傳統(tǒng)燃燒器在沒有輔助燃料的情況下直接進(jìn)行燃燒。目前，幾乎所有的煤礦都沒有嘗試回收和處理礦井乏風(fēng)中的甲烷，而直接將其排放到大氣之中，這不僅造成資源的巨大浪費(fèi)，而且對大氣環(huán)境造成嚴(yán)重的污染?，F(xiàn)有技術(shù)中，有關(guān)煤礦乏風(fēng)的利用裝置有加拿大CANMET能源技術(shù)研制的CFRR催化燃燒器及美國kqua公司在MEGTEC系統(tǒng)中公布的可用于處理煤礦乏風(fēng)的熱力TFRR燃燒器。其工作原理是采用可再生熱交換器實(shí)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，從而降低乏風(fēng)瓦斯氧化反應(yīng)溫度，使反應(yīng)更易進(jìn)行。裝置啟動(dòng)時(shí)，由電加熱元件預(yù)熱反應(yīng)器的蓄熱體，使反應(yīng)器中央溫度達(dá)到點(diǎn)火溫度(100(TC)，礦井乏風(fēng)以一個(gè)方向流入和通過反應(yīng)器，氣體被蓄熱體加熱，溫度不斷提高，直至甲烷氧化。然后，氧化的熱氣體繼續(xù)向反應(yīng)器的另一邊移動(dòng)，把熱量傳遞給催化劑層和蓄熱介質(zhì)而逐漸降溫。隨著氣體的不斷進(jìn)入，反應(yīng)器入口一側(cè)溫度逐漸降低，出口側(cè)溫度逐漸升高。在入口側(cè)沒有足夠的熱量將氣體加熱到氧化溫度以前，開始換向，氣體流動(dòng)方向發(fā)生反轉(zhuǎn)，從另一端進(jìn)氣，重復(fù)上述的反應(yīng)過程。該反應(yīng)器的關(guān)鍵是將送入反應(yīng)器中的氣體不斷變換流動(dòng)方向，使氣體在蓄熱體中吸熱升溫，以保證氧化過程的自維持。TFRR反應(yīng)器與CFRR反應(yīng)器在工作原理和構(gòu)造上大體相同，主要區(qū)別在于，CFRR反應(yīng)器使用了氧化催化劑，降低了瓦斯氧化所需要的溫度。綜上所述，現(xiàn)有的技術(shù)存在以下缺點(diǎn)(1)從反應(yīng)器出口排出的反應(yīng)尾氣仍具有較高溫度，直接排至大氣中而不進(jìn)行熱量回收，造成能量的浪費(fèi)。(2)含有低濃度瓦斯的進(jìn)氣以常溫進(jìn)入反應(yīng)器使得入口段溫度下降較快，為使反應(yīng)器能夠維持自運(yùn)行，需要?dú)饬鲹Q向周期短，電動(dòng)閥動(dòng)作頻繁，這不僅會(huì)影響其使用壽命，而且會(huì)影響反應(yīng)器內(nèi)氣流穩(wěn)定性。 (3)含有低濃度瓦斯的進(jìn)氣以常溫進(jìn)入反應(yīng)器，加熱到氧化溫度所需時(shí)間較長，影響瓦斯的氧化效率。(4)頻繁換向還會(huì)導(dǎo)致更多的瓦斯在換向時(shí)未經(jīng)氧化而直接排出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種對低濃度瓦斯進(jìn)行氧化反應(yīng)后充分回收其反應(yīng)熱量的低濃度瓦斯熱逆流催化氧化裝置尾氣熱利用方法。本發(fā)明的方法包括如下步驟采用瓦斯催化氧化反應(yīng)器對低濃度瓦斯煙氣進(jìn)行處理，將瓦斯催化氧化反應(yīng)器排出的高溫?zé)煔庖来瓮ㄟ^串聯(lián)的高溫?zé)煔鈸Q熱器和低溫?zé)煔鈸Q熱器，使煙氣熱量傳遞給流過換熱器內(nèi)的水流并使之溫度升高，分別為用戶提供高溫?zé)崴偷蜏責(zé)崴?；降溫之后的煙氣再通過連接在瓦斯催化氧化反應(yīng)器進(jìn)氣管上的回?zé)崞?，將煙氣的余熱傳遞給低濃度瓦斯煙氣，使低濃度瓦斯煙氣進(jìn)入瓦斯催化氧化反應(yīng)器之前進(jìn)行預(yù)熱，進(jìn)一步降溫之后的煙氣最后經(jīng)連接在回?zé)崞髋艢夤苌系慕恿︼L(fēng)機(jī)排放到大氣中。更進(jìn)一步，在所述低溫?zé)煔鈸Q熱器的進(jìn)水管上安裝調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)水量，在低溫?zé)煔鈸Q熱器的出水管上安裝三通調(diào)節(jié)閥，三通調(diào)節(jié)閥的另外兩個(gè)接口中的一個(gè)接口用于供應(yīng)低溫?zé)崴?，一個(gè)接口與高溫?zé)煔鈸Q熱器的進(jìn)水管聯(lián)通，低溫?zé)崴ㄟ^高溫?zé)煔鈸Q熱器進(jìn)一步加熱后，再通過高溫?zé)煔鈸Q熱器的出水管供應(yīng)高溫?zé)崴?。本發(fā)明通過采用高溫?zé)煔鈸Q熱器和低溫?zé)煔鈸Q熱器串聯(lián)，充分回收利用瓦斯氧化的反應(yīng)熱，為用戶提供不同用途的高溫?zé)崴偷蜏責(zé)崴?，同時(shí)通過回?zé)崞鳎M(jìn)一步回收排氣中的熱量對進(jìn)氣進(jìn)行加熱，提高反應(yīng)的進(jìn)氣溫度，避免了反應(yīng)器內(nèi)因氣流方向的頻繁切換而致使運(yùn)行工況不穩(wěn)定的問題。由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在如下幾點(diǎn)
(1)對反應(yīng)器排氣中的熱量進(jìn)行了充分利用，為用戶提供不同要求的熱水，節(jié)約了能源資源，減少了能量的浪費(fèi)。(2)采用回?zé)崞鳎门艢庵械膹U熱來預(yù)熱裝置的進(jìn)氣，提高了反應(yīng)器的進(jìn)氣溫度，縮短了進(jìn)氣瓦斯預(yù)熱到氧化溫度所需的時(shí)間，可提高瓦斯的氧化效率，同時(shí)提高裝置的排氣溫度，從而提高排氣熱能的品位。(3)進(jìn)氣先經(jīng)回?zé)崞黝A(yù)熱后再送入反應(yīng)器，可減緩反應(yīng)器入口段溫度衰減，從而延長反應(yīng)器的氣流換向周期，減少電動(dòng)閥動(dòng)作次數(shù)，這樣不僅可以提高電磁閥的使用壽命，而且使得反應(yīng)器內(nèi)氣流更穩(wěn)定。(4)裝置可降低由于頻繁換而向?qū)е碌脑趽Q向時(shí)未經(jīng)氧化而直接排出的乏風(fēng)瓦斯量。


圖1是本發(fā)明的專用裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。參見圖1，在接力風(fēng)機(jī)14的抽引下，含有低濃度瓦斯的進(jìn)氣通過低濃度瓦斯煙氣排放管道經(jīng)過濾器1濾除粉塵及雜物之后，由進(jìn)氣管2進(jìn)入回?zé)崞?，在回?zé)崞?內(nèi)，被經(jīng)過高溫?zé)煔鈸Q熱器11、低溫?zé)煔鈸Q熱器12降溫之后的凈化煙氣的余熱所加熱，預(yù)熱之后的進(jìn)氣經(jīng)進(jìn)氣管4進(jìn)入瓦斯催化氧化反應(yīng)器7。進(jìn)氣管4分為兩支路管，分別與瓦斯催化氧化反應(yīng)器7的兩端相連接，在兩支路管上分別裝有電動(dòng)閥5和電動(dòng)閥6，電動(dòng)閥5和電動(dòng)閥 6由控制裝置控制開啟，每次只開啟其中的一個(gè)，使進(jìn)氣只能從瓦斯催化氧化反應(yīng)器7的一端進(jìn)入。反應(yīng)器7的兩端同時(shí)連接有排氣管10，排氣管10也分為兩支路管，各裝有電動(dòng)閥 8和電動(dòng)閥9，電動(dòng)閥8和電動(dòng)閥9也由控制裝置控制開啟，每次只開啟其中的一個(gè)，且與電動(dòng)閥5和電動(dòng)閥6交錯(cuò)開啟，即開啟電動(dòng)閥5同時(shí)開啟電動(dòng)閥9，而開啟電動(dòng)閥6同時(shí)開啟電動(dòng)閥8，當(dāng)一組電動(dòng)閥開啟時(shí)，另一組電動(dòng)閥關(guān)閉，保證氣流從反應(yīng)器7的一端進(jìn)入，而從另一端排出。從反應(yīng)器7排出的高溫?zé)煔饨?jīng)排氣管10依次進(jìn)入高溫?zé)煔鈸Q熱器11和低溫?zé)煔鈸Q熱器12，將熱量傳給換熱器內(nèi)的水流，使水流溫度升高，為用戶提供不同溫度的熱水。經(jīng)過高溫?zé)煔鈸Q熱器11和低溫?zé)煔鈸Q熱器12的排氣仍然具有較高的溫度，之后進(jìn)入回?zé)崞?3，對進(jìn)氣進(jìn)行加熱，溫度進(jìn)一步降低，降溫之后的凈化煙氣進(jìn)入排氣管13，經(jīng)接力風(fēng)機(jī)14 之后，經(jīng)凈化煙氣排放管排入大氣。低溫?zé)煔鈸Q熱器12上裝有進(jìn)水管15，在進(jìn)水管15上裝有調(diào)節(jié)閥16，以調(diào)節(jié)進(jìn)入低溫?zé)煔鈸Q熱器12的水流量。經(jīng)過低溫?zé)煔鈸Q熱器12加熱后的水流從出水管17流出，在低溫?zé)煔鈸Q熱器12的出水管17上裝有三通調(diào)節(jié)閥18，通過三通調(diào)節(jié)閥18可以調(diào)節(jié)低溫?zé)嵊脩舻墓┧亢瓦M(jìn)入高溫?zé)煔鈸Q熱器11的供水量，三通調(diào)節(jié)閥18的一個(gè)端口與高溫?zé)煔鈸Q熱器11的進(jìn)水管19相連，經(jīng)高溫?zé)煔鈸Q熱器11進(jìn)一步加熱的熱水從高溫?zé)煔鈸Q熱器11 的出水管20流出，送給高溫?zé)嵊脩簟８邷責(zé)煔鈸Q熱器11和低溫?zé)煔鈸Q熱器12分別為不同熱需求的用戶提供高溫?zé)崴偷蜏責(zé)崴?，通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥16和三通調(diào)節(jié)閥18，可以調(diào)節(jié)出水溫度和出水流量，以滿足用戶的需求。本發(fā)明通過高溫?zé)煔鈸Q熱器11、低溫?zé)煔鈸Q熱器12和回?zé)崞?，梯級利用瓦斯的反應(yīng)熱，既減少了能量浪費(fèi)，又提高了進(jìn)氣溫度，從而提高低濃度瓦斯的氧化效率，延長反應(yīng)器的氣流換向周期，并提高回收熱能的品位。本發(fā)明可用于處理煤礦乏風(fēng)中的低濃度瓦斯或者煤礦抽放系統(tǒng)排出的低濃度瓦斯，也可用于垃圾填埋場、污水處理廠或其他場合所產(chǎn)生的低濃度瓦斯的減排與利用。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明結(jié)構(gòu)的前提下，還可以作出若干變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)該視為本發(fā)明的保護(hù)范圍， 這些都不會(huì)影響本發(fā)明實(shí)施的效果和專利的實(shí)用性。
權(quán)利要求
1.一種低濃度瓦斯熱逆流催化氧化裝置尾氣熱利用方法，其特征在于包括如下步驟 采用瓦斯催化氧化反應(yīng)器對低濃度瓦斯煙氣進(jìn)行處理，將瓦斯催化氧化反應(yīng)器排出的高溫?zé)煔庖来瓮ㄟ^串聯(lián)的高溫?zé)煔鈸Q熱器和低溫?zé)煔鈸Q熱器，使煙氣熱量傳遞給流過換熱器內(nèi)的水流并使之溫度升高，分別為用戶提供高溫?zé)崴偷蜏責(zé)崴?；降溫之后的煙氣再通過連接在瓦斯催化氧化反應(yīng)器進(jìn)氣管上的回?zé)崞?，將煙氣的余熱傳遞給低濃度瓦斯煙氣，使低濃度瓦斯煙氣進(jìn)入瓦斯催化氧化反應(yīng)器之前進(jìn)行預(yù)熱，進(jìn)一步降溫之后的煙氣最后經(jīng)連接在回?zé)崞髋艢夤苌系慕恿︼L(fēng)機(jī)排放到大氣中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低濃度瓦斯熱逆流催化氧化裝置尾氣熱利用方法，其特征在于在所述低溫?zé)煔鈸Q熱器的進(jìn)水管上安裝調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)水量，在低溫?zé)煔鈸Q熱器的出水管上安裝三通調(diào)節(jié)閥，三通調(diào)節(jié)閥的另外兩個(gè)接口中的一個(gè)接口用于供應(yīng)低溫?zé)崴?，一個(gè)接口與高溫?zé)煔鈸Q熱器的進(jìn)水管聯(lián)通，低溫?zé)崴ㄟ^高溫?zé)煔鈸Q熱器進(jìn)一步加熱后，再通過高溫?zé)煔鈸Q熱器的出水管供應(yīng)高溫?zé)崴?br> 全文摘要
本發(fā)明公開了一種低濃度瓦斯熱逆流催化氧化裝置尾氣熱利用方法。本發(fā)明采用瓦斯催化氧化反應(yīng)器對低濃度瓦斯煙氣進(jìn)行處理，將瓦斯催化氧化反應(yīng)器排出的高溫?zé)煔庖来瓮ㄟ^串聯(lián)的高溫?zé)煔鈸Q熱器和低溫?zé)煔鈸Q熱器，使煙氣熱量傳遞給流過換熱器內(nèi)的水流并使之溫度升高，分別為用戶提供高溫?zé)崴偷蜏責(zé)崴?；降溫之后的煙氣再通過連接在瓦斯催化氧化反應(yīng)器進(jìn)氣管上的回?zé)崞鳎瑢煔獾挠酂醾鬟f給低濃度瓦斯煙氣，使低濃度瓦斯煙氣進(jìn)入瓦斯催化氧化反應(yīng)器之前進(jìn)行預(yù)熱，進(jìn)一步降溫之后的煙氣最后經(jīng)連接在回?zé)崞髋艢夤苌系慕恿︼L(fēng)機(jī)排放到大氣中。本發(fā)明節(jié)約了能源資源，減少了能量的浪費(fèi)，提高了排氣熱能的品位，延長了裝置的使用壽命。
文檔編號F24J1/00GK102322692SQ20111014096
公開日2012年1月18日 申請日期2011年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月30日
發(fā)明者馮濤, 呂譯, 李石林, 王鵬飛, 謝東海, 郝小禮, 陳麗娟 申請人:湖南科技大學(xué)