一种低浓度瓦斯微分燃烧装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提出了一种低浓度瓦斯微分燃烧装置，从燃烧的角度分为纵向和横向两个方向同时进行微分单元连续燃烧，消除了爆炸极限内的瓦斯点燃时的压力急剧升高和瓦斯积聚爆燃和爆炸的问题。包括低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置、瓦斯气前置处理装置、燃烧器、长明火装置、高能量自热分散快速点火装置、燃烧室和余热利用装置。本实用新型专利技术解决了现有的乏风氧化技术中换向过程造成瓦斯逃逸、被迫直接排放、取热效率低、浓度超限爆炸、设备体积增大投资增大的问题以及低浓度瓦斯燃气内燃机发电技术中的瓦斯适应浓度范围窄、适应浓度和压力变化幅度小、燃烧温度可调性差、NOx含量高、停机率高、瓦斯利用率低的问题。

A differential combustion device for low concentration gas

【技术实现步骤摘要】
一种低浓度瓦斯微分燃烧装置
本技术涉及一种低浓度瓦斯微分燃烧装置，属于低浓度瓦斯回收利用

技术介绍
在现代的煤矿工业生产过程中，浓度在30％以上的浓度称为高浓度瓦斯，大部分都被直接利用，浓度为3-30％的称为低浓度瓦斯，直接利用困难，国内低浓度瓦斯发电技术成熟后，对于浓度为9-30％大都采用内燃机瓦斯发电技术进行发电。6-9％的低浓度瓦斯可以采用柴油引燃的方式进行发电(有待于经济性论证，基本没有应用案例)。对于0.75％以下的矿井风排瓦斯(通常煤矿的乏风瓦斯浓度控制在0.2％以下)，目前采用的是逆流蓄热式乏风氧化技术。但是，仅仅对乏风进行逆流氧化，难以维持自身高温环境和连续运行，甚至需要消耗大量的燃料才能维持运行。工业上通常将上3-8％的低浓度瓦斯稀释到矿井风排瓦斯中和直接通过抽排泵站排放到大气中，只有极其少了的部分掺混到更高浓度的瓦斯中进行低浓度瓦斯发电和掺混在乏风中提高进入氧化装置的入口浓度，并控制在混合浓度小于1.2％以下进行利用。尚有大量的低浓度瓦斯排放，造成了能源的大量浪费和相当于同等质量CO2的21倍的温室气体效应。目前风排瓦斯称为乏风，由于进口瓦斯浓度被限制在1.2％以下，其参与氧化和蓄热的气体体积流量和装置的体积都很大，且取热效率只有60％左右，取热产生的经济效益很少，如果没有CDM交易市场，以及国家的财政补贴，单纯依靠乏风氧化的取热效益远不能回收项目的投资。具体地，排放的乏风中除了含有浓度极低的甲烷气体，由于是空气稀释后的气体，且流量较大，不仅会造成环境污染，还会浪费大量能源。很多企业为了响应国家关于节能降耗，减少环境污染的号召，现有技术中，只能通过使用传统的乏风逆流蓄热式氧化装置等设备来把乏风中的少量瓦斯氧化并加回收利用，以利于现在所提倡的环保和节能减排要求。然而，当逆流转换换向的过程中会造成大量的乏风瓦斯逃逸，同时，国内产品由于取热的单一结构，又造成最后的排烟温度升高形成大量的排烟热损失，最终造成整个过程的热效率低下，导致经济性差。限制了乏风氧化项目的投资建设。从另一方面，低浓度瓦斯发电机组及系统技术成熟后，9-30％的低浓度瓦斯被广泛应用于燃气内燃机发电。单独从低浓度瓦斯进入内燃机发电的效率而言，其发电效率是最高的，国内的低浓度瓦斯发电机组，在浓度、气量和压力稳定的情况下，其效发电效率可以达到36％以上。但是煤矿生产中抽采的低浓度瓦斯气由于受到井下的抽采区域变化、管道的更换(拆除和连接)、排水等操作的影响，造成所抽采的低浓度瓦斯浓度、流量及压力波动都很大，且频繁。而低浓度瓦斯发电机组对瓦斯变化的适应性有着严格的要求，其要求瓦斯浓度变化速率不超过1％/min，低浓度瓦斯发电系统的气源压力的变化速率不超过1KPa/min，瓦斯气的浓度或压力变化速率一旦超过所要求的速率，就容易造成低浓度瓦斯发电机组出现逆功率、缸温过高保护停机和解列。特别是当浓度低于8％的情况下，机组基本不能连续发电，系统经常因瓦斯气波动而造成大量的低浓度瓦斯直接排放。特别是对于发电上网的低浓度瓦斯发电企业，又往往因为每台机组的停机后需要向电业局调度申请并网不能及时得到批准，又会造成大量的低浓度瓦斯气长期排放而不能被利用。低浓度瓦斯的直接排放又会造成大量的能源浪费和大气的环境污染。另外，从瓦斯气在内燃机中燃烧做功的工况分析，其燃烧温度不可调节，且燃烧温度通常远远高于1200℃，致使瓦斯发电机组的排烟NOx含量严重超标，国产的低浓度瓦斯发电机组的排烟NOx含量通常大于1800PPm。如果不采取脱销措施，将会严重污染环境。从整个低浓度瓦斯的综合利用率角度分析，低浓度瓦斯发电机组尽管其发电效率较高，往往由于气源波动(煤矿安全规定低浓度瓦斯不能以任何形式进行储存和缓冲)、机组燃烧不完全、缸温保护停机、多次并网申请困难、机组本身的个别火花塞不做功等原因，使低浓度瓦斯发电机组系统的综合效率下降。对于浓度为3-8％的低浓度瓦斯而言，低浓度瓦斯发电机组无法直接利用，有的企业开发了柴油引燃技术，燃烧6-8％的低浓度瓦斯气，向机组中添加柴油燃料使机组做工发电，但是如果对于一个煤矿的单纯的6-8％的气源浓度，其瓦斯气的波动也会经常出现，柴油引燃技术也很难适应瓦斯气源的变化，以至于至今此项技术没有很好的应用和推广。由上述分析，对于3-8％的低浓度瓦斯目前的利用方式为间接利用方式，第一种是掺混到乏风中被稀释后进入逆流蓄热式乏风氧化装置，并严格控制乏风氧化装置的进口掺混后的乏风瓦斯浓度≤1.2％。第二种方式是在煤矿的低浓度瓦斯相对较高的部分的浓度明显高于9％的情况下，将部分浓度为3-8％的低浓度瓦斯掺混到其中，并控制掺混后的浓度达到9％以上，以使低浓度瓦斯发电机组能够正常做功发电。第一种掺混到乏风中被稀释的间接利用方式，涉及到上述的瓦斯逃逸和取热效率低下的问题，第二种向更高浓度瓦斯中部分掺混(提高混合后浓度)，涉及到掺混后的浓度要求和更高浓度的低浓度瓦斯气量的限制，往往是不能完全掺混和造成掺混后的低浓度瓦斯气源更加不稳定，而是机组的运行效率和瓦斯的综合利用率大大下降。
技术实现思路
本技术为解决上述现有技术的不足，提出了一种低浓度瓦斯微分燃烧装置，解决了现有的低浓度瓦斯间接利用技术中瓦斯逃逸、被迫直接排放、燃烧不完全以及取热效率低、浓度超限爆炸、设备体积增大投资增大的问题。同时，解决了现有的燃气设施燃用瓦斯气的点火困难、燃烧不稳定，易于回火、熄火以及发生爆炸的问题。为达到上述目的，具体技术方案如下：一种低浓度瓦斯微分燃烧装置，包括低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置、瓦斯气前置处理装置、燃烧器、长明火装置、高能量自热分散快速点火装置、燃烧室和余热利用装置，所述低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置安装在低浓度瓦斯安全输送系统的末级水封阻火泄爆装置之后，所述低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置与熄火及回火保护控制装置和低浓度瓦斯浓度调节装置连接，所述低浓度瓦斯浓度调节装置与瓦斯气前置处理装置连接，所述瓦斯气前置处理装置与燃烧器连接，所述燃烧器与燃烧室连接，所述燃烧室与余热利用装置连接，所述长明火装置和高能量自热分散快速点火装置均与燃烧室连接。优选的，所述低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置包括除雾及冷量回收装置和过冷降温及重力脱水装置，除雾及冷量回收装置内的换热管为第一毛细螺旋换热管，脱水后瓦斯气在第一毛细螺旋换热管内流动，未脱水的瓦斯气在第一毛细螺旋换热管外流动；第一毛细螺旋换热管外的瓦斯气从设备顶部进入底部流出完成冷量回收和部分气水分离，除雾及冷量回收装置内还设置了气水分离室和丝网除沫装置，对过冷的瓦斯气进一步脱水；过冷降温及重力脱水装置内的换热管为双金属翅片管组成的蛇形管，中间介质在蛇形翅片管内流动，瓦斯气在蛇形翅片管外流动；过冷降温及重力脱水装置内还设置了导流板和重力脱水室。优选的，所述瓦斯气前置处理装置包括瓦斯气进口、第二毛细螺旋换热管、活动气门、螺旋导管、中间介质进口和中间介质出口，瓦斯气进口与低浓度瓦斯浓度调节装置连接，安装在低浓度瓦斯浓度调节装置之后；瓦斯气在前置处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低浓度瓦斯微分燃烧装置，其特征在于：包括低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置、瓦斯气前置处理装置、燃烧器、长明火装置、高能量自热分散快速点火装置、燃烧室和余热利用装置，所述低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置安装在低浓度瓦斯安全输送系统的末级水封阻火泄爆装置之后，所述低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置与熄火及回火保护控制装置和低浓度瓦斯浓度调节装置连接，所述低浓度瓦斯浓度调节装置与瓦斯气前置处理装置连接，所述瓦斯气前置处理装置与燃烧器连接，所述燃烧器与燃烧室连接，所述燃烧室与余热利用装置连接，所述长明火装置和高能量自热分散快速点火装置均与燃烧室连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种低浓度瓦斯微分燃烧装置，其特征在于：包括低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置、瓦斯气前置处理装置、燃烧器、长明火装置、高能量自热分散快速点火装置、燃烧室和余热利用装置，所述低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置安装在低浓度瓦斯安全输送系统的末级水封阻火泄爆装置之后，所述低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置与熄火及回火保护控制装置和低浓度瓦斯浓度调节装置连接，所述低浓度瓦斯浓度调节装置与瓦斯气前置处理装置连接，所述瓦斯气前置处理装置与燃烧器连接，所述燃烧器与燃烧室连接，所述燃烧室与余热利用装置连接，所述长明火装置和高能量自热分散快速点火装置均与燃烧室连接。


2.根据权利要求1所述的一种低浓度瓦斯微分燃烧装置，其特征在于：所述低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置包括除雾及冷量回收装置和过冷降温及重力脱水装置，除雾及冷量回收装置内的换热管为第一毛细螺旋换热管，脱水后瓦斯气在第一毛细螺旋换热管内流动，未脱水的瓦斯气在第一毛细螺旋换热管外流动；第一毛细螺旋换热管外的瓦斯气从设备顶部进入底部流出完成冷量回收和部分气水分离，除雾及冷量回收装置内还设置了气水分离室和丝网除沫装置，对过冷的瓦斯气进一步脱水；过冷降温及重力脱水装置内的换热管为双金属翅片管组成的蛇形管，中间介质在蛇形翅片管内流动，瓦斯气在蛇形翅片管外流动；过冷降温及重力脱水装置内还设置了导流板和重力脱水室。


3.根据权利要求1所述的一种低浓度瓦斯微分燃烧装置，其特征在于：所述瓦斯气前置处理装置包括瓦斯气进口、第二毛细螺旋换热管、活动气门、螺旋导管、中间介质进口和中间介质出口，瓦斯气进口与低浓度瓦斯浓度调节装置连接，安装在低浓度瓦斯浓度调节装置之后；瓦斯气在前置处理装置的第二毛细螺旋换热管内流动，从第二毛细螺旋换热管另一端出口进入活动气门，瓦斯气依靠自身的压力开启活动气门，活动气门出口连接螺旋导管，从螺旋导管出口进入燃烧器；所述中间介质进口和中间介质出口分别与所述余热利用装置的低温烟气取热装置连接，中间介质在低温烟气取热装置和瓦斯气前置处理装置之间循环；
所述的螺旋导管与活动气门一对一布置，两者之间为无缝对接，每一个活动气门的出口连接一个螺旋导管，整个瓦斯气前置处理装置的出口呈管束结构，所述螺旋导管的外侧可添加乏风和再循环烟气；所述第二毛细螺旋换热管出口连接内部的活动气门，活动气门依靠瓦斯气的压力自动打开，压力低时的自动闭锁，防止气量过少或气压过低时的回火现象的发生。


4.根据权利要求3所述的一种低浓度瓦斯微分燃烧装置，其特征在于：所述燃烧器与所述前置处理装置直接连通，所述燃烧器上设有通入助燃介质和强制降温介质的输入管道，本体安装在所述燃烧室的筒体上，其出口与所述燃烧室内直接连通；所述燃烧器包括主燃烧器和辅助燃烧器，所述主燃烧器包括耐高温外壳、乏风及再循环烟气进口，多层大孔径拉毛丝网和旋流器，所述螺旋导管伸入燃烧器内，所述多层大孔径拉毛丝网与所述旋流器紧靠，瓦斯气从多层大孔径拉毛丝网的丝网层出来进入旋流器，瓦斯气以旋转的形式进入燃烧室；所述燃烧器的内部瓦斯气流速低于所述螺旋导管内的流速，燃烧器的内部允许回火，由于燃烧器较短，其内部产生回火时，不会产生燃烧压力的急速升高和瞬间爆破，更不会因瞬间爆破产生巨响；所述多层大孔径拉毛丝网，用以对喷出的瓦斯气进行二次分配和快速点燃；
所述辅助燃烧器不控制浓度，直接利用低浓度瓦斯进行埋伏式燃烧，其出口是埋伏在长明火装置之下的，主燃烧器在辅助燃烧器的上方，瓦斯气从辅助燃烧器喷出后，进入埋伏层，火焰从埋伏层的缝隙中穿出，所述埋伏层利用孔隙率的不同主导火焰方向，将辅助燃烧器的火焰导向主燃烧器出口，所述辅助燃烧器在低浓度瓦斯气特别低的情况下，允许掺混液化气保持点火；利用辅...

【专利技术属性】
技术研发人员：王孝敏，杨君廷，
申请(专利权)人：北京君发可燃气体技术开发有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11