一种防冻瓦斯的掺混方法技术

本发明专利技术涉及一种防冻瓦斯的掺混方法，本方法采用两级掺混技术，在第一级掺混时，控制进入一级掺混器的冷空气流量，使瓦斯气中的水蒸汽在混合降温后尽可能多的冷凝析出，液态水被脱水器分离后排出，在第二级掺混时，冷空气被热水加热，与脱水后的瓦斯气进行再次掺混，该方法可有效脱除瓦斯气中的液态水，降低瓦斯气露点温度，有利于提高后端瓦斯利用设备的效率。

Mixing method of antifreezing gas

The present invention relates to an antifreezing gas mixing method, the method adopts two grade mixing technology, in the first stage of mixing, cold air flow control into a mixing device, the water vapor in the gas condensation as much as possible in the mixture after cooling, liquid water by separating dehydrator after discharge, in the second stage mixing, cold air heated by hot water, re mixing and gas after dehydration, the method can effectively remove the gas in liquid water, reducing gas dew point temperature, improve equipment utilization efficiency of end gas.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于流体混合领域，涉及一种防冻瓦斯的掺混方法。
技术介绍
甲烷是一种温室气体，以100年计，单位质量的甲烷温室效应约为相同质量二氧化碳的21倍。而所有因人类活动导致的温室效应中，甲烷的影响居第二位(17％)，仅次于二氧化碳(55％)。大量低浓度瓦斯因浓度低、流量不稳定，无法得到有效利用而被直接排入大气。2015年全国煤矿有85亿m3的井下抽采煤矿瓦斯未得到利用。我国北方地区冬季气温低，新疆地区最低气温可达-30℃以下。根据《煤炭工业矿井设计规范》要求，采暖室外计算温度等于或低于-4℃地区的进风立井、等于或低于-5℃地区的进风斜井和等于或低于-6℃地区的进风平硐，当有淋帮水、排水沟或排水管时，应设置空气加热设备。因此，北方地区煤矿为满足井筒防冻需求，配置了数量较多的燃煤热风炉。自2016年7月1日起，10t/h及以下在用蒸汽锅炉和7MW及以下在用热水锅炉执行《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2014)。新标准实施后，燃煤热风炉均需进行脱硫除尘或清洁能源改造。瓦斯蓄热氧化装置可将未利用的抽采瓦斯作为原料，利用热逆流氧化技术将甲烷氧化，并利用甲烷氧化放热来加热空气，实现井筒防冻目的。瓦斯蓄热氧化装置替代燃煤热风炉，能够有效解决当前燃煤热风炉的大气污染物超标问题，同时充分利用了排空的低浓度瓦斯，节省了燃煤消耗，减小了大气污染物排放，避免了废水和固废物的排放，具有良好的节能环保效益。瓦斯蓄热氧化装置要求原料气中甲烷浓度低于1.2％，但抽采瓦斯浓度一般在5％以上，因此需要对抽采瓦斯进行掺混以降低甲烷浓度。由于抽采瓦斯是由水环真空泵从井下抽采出来的，瓦斯气中含有大量液态水，瓦斯气被水加热后温度一般在20℃左右，气体湿度达到100％。若抽采瓦斯与冬季寒冷的空气直接掺混，抽采瓦斯因温度降低会析出大量冷凝水。根据甲烷浓度控制需要，混合后的气体温度可能会降低至0℃以下，此时液态水会凝结成冰，堵塞管道，影响系统运行安全。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种防冻瓦斯的掺混方法，该方法采用两级掺混技术，在第一级掺混时，控制进入一级掺混器的冷空气流量，以保证混合后气体温度以上，使瓦斯气中的水蒸汽在混合降温后尽可能多的冷凝析出，液态水被脱水器分离后排出，在第二级掺混时，冷空气被热水加热，与脱水后的瓦斯气进行再次掺混，该方法可有效脱除瓦斯气中的液态水，降低瓦斯气露点温度，有利于提高后端瓦斯利用设备的效率。为了达到上述目的，本专利技术一种防冻瓦斯的掺混方法，其工艺流程步骤如下：1)空气Ⅰ进入输送管道，经检测温度T4和空气流量F2，分成两个支路，一路通过调节阀Ⅲ后与一级掺混器空气入口连接，另一路与换热器空气入口连接，换热器空气出口与二级掺混器空气入口连接，空气在换热器内被热水加热后再进入二级掺混器，检测热水流量F3；2)瓦斯气Ⅰ分成两个支路，一路通过调节阀Ⅰ与大气连通，作为瓦斯排空管道，另一路通过调节阀Ⅱ后，经检测甲烷浓度C1、瓦斯气Ⅰ温度T1和瓦斯气Ⅰ流量F1后与一级掺混器瓦斯入口连接，在一级掺混器内瓦斯气与空气掺混后，形成的瓦斯气Ⅱ甲烷浓度降低且自身温度降低，并析出冷凝水；3)一级掺混器出口与脱水器入口连接，检测瓦斯气Ⅱ的甲烷浓度C2和温度T2，在流经脱水器时，瓦斯气Ⅱ中含有的液态水被脱离出来，排入液态水收集管道中，瓦斯气Ⅱ中液态水含量降低；4)脱水器出口与二级掺混器瓦斯气入口连接，在二级掺混器内瓦斯气Ⅲ与被加热的空气再次掺混，使混合瓦斯气Ⅳ甲烷浓度达到目标值，经二级掺混器出口输送至后续设备，检测瓦斯气Ⅳ的温度T3和甲烷浓度C3。进一步，在步骤1)中，空气流量F2根据甲烷浓度C3进行反馈调节，热水流量F3根据温度T3进行反馈调节，调节阀Ⅲ开度根据温度T2进行反馈调节。进一步，在步骤2)中，调节阀Ⅰ和调节阀Ⅱ开度根据瓦斯气Ⅰ流量F1进行反馈调节，所述瓦斯气Ⅱ温度设置为2℃。进一步，在步骤4)中，所述瓦斯气Ⅳ温度设置为2～5℃。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术一种防冻瓦斯的掺混方法，利用二级掺混技术，在第一级掺混时，利用温度较低的空气将瓦斯气降温至2℃左右，使瓦斯气中的水蒸汽尽可能多的冷凝析出，在此温度下冷凝水不会结冰，通过脱水器分离后液态水可顺利排出；在第二级掺混时，冷空气被热水加热至2℃以上，空气与瓦斯混合时不会析出冷凝水，该方法可有效脱除瓦斯气中的液态水，解决了传统掺混过程中析出冷凝水结冰难题，有利于提高后端瓦斯利用设备的效率。2、瓦斯气与空气分别在一级掺混器、二级掺混器内进行混合，瓦斯与空气混合更加均匀，掺混过程更安全。3、与只有一级掺混、并将所有冷空气进行加热的方法相比，本专利技术一种具有防冻功能的瓦斯掺混方法可以使瓦斯气析出更多的冷凝水并有效脱除，瓦斯气露点温度降低，换热器及脱水器的尺寸均更小、更经济。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为本专利技术一种防冻瓦斯掺混方法的工艺流程图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。如图1所示为本专利技术一种防冻瓦斯掺混方法的工艺流程图，其工艺流程步骤如下：1)空气Ⅰ经鼓风机输送至两个支路，一路通过调节阀Ⅲ后与一级掺混器空气入口连接，另一路与换热器空气入口连接，换热器空气出口与二级掺混器空气入口连接，空气在换热器内被热水加热后再进入二级掺混器；2)瓦斯气Ⅰ被水环真空泵抽出后分成两个支路，一路通过调节阀Ⅰ与大气连通，作为瓦斯排空管道，另一路通过调节阀Ⅱ后与一级掺混器瓦斯入口连接，在一级掺混器内瓦斯气与空气掺混后，形成的瓦斯气Ⅱ甲烷浓度降低且自身温度降低，并析出冷凝水；3)一级掺混器出口与脱水器入口连接，在流经脱水器时，瓦斯气Ⅱ中含有的液态水被脱离出来，排入液态水收集管道中，瓦斯气Ⅱ中液态水含量降低；4)脱水器出口与二级掺混器瓦斯气入口连接，在二级掺混器内瓦斯气Ⅲ与被加热的空气再次掺混，使混合瓦斯气Ⅳ甲烷浓度达到目标值，经二级掺混器出口输送至后续设备。作为本实施例的进一步改进，在二级掺混器出口设置浓度探测器，空气流量F2可以根据甲烷浓度C3进行反馈调节，在二级掺混器出口设置温度探测器，热水流量F3可以根据温度T3进行反馈调节，在一级掺混器出口设置温度探测器，调节阀Ⅲ开度可以根据温度T2进行反馈调节。作为本实施例的进一步改进，在调节阀Ⅱ后设置压力传感器，调节阀Ⅰ和调节阀Ⅱ开度可以根据瓦斯气Ⅰ流量F1进行反馈调节，所述瓦斯气Ⅱ温度设置为2℃。作为本实施例的进一步改进，所述瓦斯气Ⅳ温度设置为2～5℃。以下为某地区煤矿案例。该地区冬季历年极端最低温度平均值为-15.3℃，某煤矿需要使用处理量为6万Nm3/h的瓦斯蓄热氧化装置加热空气，达到井筒防冻目的。该煤矿抽采瓦斯浓度为5％，温度为20℃。以掺混后气体甲烷浓度为1.2％计算，需要使用抽采瓦斯量为1.44万Nm3/h，掺混空气量为4.56万Nm3/h。若将抽采瓦斯与冷空气直接掺混，混合后气体温度约为-3℃，析出水量103kg/h，冷凝水将结冰而无法顺利排出。此时为防止结冰，需要保证混合后气体温度在2℃左右，故需要对所有的掺混空气进行加热，换热器的处理量为4.56万Nm3/h。瓦斯与空气掺混后，还需要对混合气进行脱水，脱水器的处理量为6万Nm3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防冻瓦斯的掺混方法，其特征在于：包括以下步骤：1)空气Ⅰ进入输送管道，经检测温度T4和空气流量F2，分成两个支路，一路通过调节阀Ⅲ后与一级掺混器空气入口连接，另一路与换热器空气入口连接，换热器空气出口与二级掺混器空气入口连接，空气在换热器内被热水加热后再进入二级掺混器，检测热水流量F3；2)瓦斯气Ⅰ分成两个支路，一路通过调节阀Ⅰ与大气连通，作为瓦斯排空管道，另一路通过调节阀Ⅱ后，经检测甲烷浓度C1、瓦斯气Ⅰ温度T1和瓦斯气Ⅰ流量F1后与一级掺混器瓦斯入口连接，在一级掺混器内瓦斯气与空气掺混后，形成的瓦斯气Ⅱ甲烷浓度降低且自身温度降低，并析出冷凝水；3)一级掺混器出口与脱水器入口连接，检测瓦斯气Ⅱ的甲烷浓度C2和温度T2，在流经脱水器时，瓦斯气Ⅱ中含有的液态水被脱离出来，排入液态水收集管道中，瓦斯气Ⅱ中液态水含量降低；4)脱水器出口与二级掺混器瓦斯气入口连接，在二级掺混器内瓦斯气Ⅲ与被加热的空气再次掺混，使混合瓦斯气Ⅳ甲烷浓度达到目标值，经二级掺混器出口输送至后续设备，检测瓦斯气Ⅳ的温度T3和甲烷浓度C3。

【技术特征摘要】
1.一种防冻瓦斯的掺混方法，其特征在于：包括以下步骤：1)空气Ⅰ进入输送管道，经检测温度T4和空气流量F2，分成两个支路，一路通过调节阀Ⅲ后与一级掺混器空气入口连接，另一路与换热器空气入口连接，换热器空气出口与二级掺混器空气入口连接，空气在换热器内被热水加热后再进入二级掺混器，检测热水流量F3；2)瓦斯气Ⅰ分成两个支路，一路通过调节阀Ⅰ与大气连通，作为瓦斯排空管道，另一路通过调节阀Ⅱ后，经检测甲烷浓度C1、瓦斯气Ⅰ温度T1和瓦斯气Ⅰ流量F1后与一级掺混器瓦斯入口连接，在一级掺混器内瓦斯气与空气掺混后，形成的瓦斯气Ⅱ甲烷浓度降低且自身温度降低，并析出冷凝水；3)一级掺混器出口与脱水器入口连接，检测瓦斯气Ⅱ的甲烷浓度C2和温度T2，在流经脱水器时，瓦斯气Ⅱ中含有的液态水被脱离出来，排入液态水收...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰波，李友荣，吴春梅，张利，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50