二氧化碳突出矿井抽采气体提升二氧化碳浓度的系统技术方案

二氧化碳突出矿井抽采气体提升二氧化碳浓度的系统，包括燃烧炉、抽采气体供气管路和发电系统，燃烧炉的燃烧室底部设有粉煤灰收集器，燃烧炉的下侧部设有煤炭输入口和抽采气体进口，燃烧炉的上侧部开设有尾气排出口，尾气排出口连接有气体回收筒，气体回收筒内设置有气气热交换器，抽采气体供气管路的出口与气气热交换器的进口连接，气气热交换器的出口通过进气管与抽采气体进口连接，气体回收筒的出口连接有气体分离器。本发明专利技术在保证发热量前提下，使混合气体中氧气和甲烷能够充分氧化，最终产物为热量、氮气和二氧化碳，能量利用率高，操作方便，节能环保，效果好。

【技术实现步骤摘要】
二氧化碳突出矿井抽采气体提升二氧化碳浓度的系统
本专利技术属于二氧化碳突出矿井防突
，具体涉及一种二氧化碳突出矿井抽采气体提升二氧化碳浓度的系统。
技术介绍
二氧化碳突出矿井中二氧化碳的来源主要与火成物相关，即深部岩浆侵入产生大量二氧化碳并运移到煤层中，对煤中甲烷形成驱替、置换作用，导致二氧化碳突出煤层中二氧化碳与甲烷共存现象。同时，煤对二氧化碳的吸附能力是大于甲烷的，这就导致二氧化碳突出矿井中抽采工作更加困难，但是煤与二氧化碳的突出强度是大于煤与甲烷突出。上述种种原因，导致二氧化碳突出矿井的防突工作形式更加严峻，保护层开采及卸压增透与常规钻孔结合的技术在二氧化碳突出矿井中往往结合使用，同时，具备条件的矿井也开展了地面煤层气开采技术治理井下二氧化碳与甲烷。相关技术的进步及资金的投入导致抽采量急剧上升，由于抽采气体中含有二氧化碳、甲烷、氮气和氧气等混合气体，特别是其中大量二氧化碳等惰性气体的存在，导致抽采瓦斯的利用十分困难。惰性气体的加入导致甲烷的燃烧区间下限的提升和上限的降低，同时井下抽采过程中混入大量空气，直接燃烧或者直接排放大气均不现实。低浓度甲烷氧化需要保持温度在750℃以上，同样为低浓度含二氧化碳、甲烷的利用造成很大的困扰。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中的不足之处，提供一种二氧化碳突出矿井抽采气体提升二氧化碳浓度的系统，该系统原理科学、结构简单，能充分利用二氧化碳突出矿井抽采气体中的甲烷，将其燃烧后进行发电，提高混合气体中的二氧化碳浓度，同时能够利用燃烧废气和余热，操作方便、节能环保、效果明显。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：二氧化碳突出矿井抽采气体提升二氧化碳浓度的系统，包括燃烧炉、抽采气体供气管路和发电系统，燃烧炉的燃烧室底部设有粉煤灰收集器，燃烧炉的下侧部设有煤炭输入口和抽采气体进口，燃烧炉的上侧部开设有尾气排出口，尾气排出口连接有气体回收筒，气体回收筒内设置有气气热交换器，抽采气体供气管路的出口与气气热交换器的进口连接，气气热交换器的出口通过进气管与抽采气体进口连接，气体回收筒的出口连接有气体分离器，发电系统包括发电机和气水热交换器，气水热交换器设置在燃烧室的上部，气水热交换器通过发电水管与发电机连接。抽采气体供气管路包括气体混合器、井下钻孔抽采瓦斯供气管和井下上隅角开口抽采瓦斯供气管，井下钻孔抽采瓦斯供气管的出口和井下上隅角开口抽采瓦斯供气管的出口均与气体混合器的进口连接，气体混合器的出口与气气热交换器的进口连接。还包括控制系统，控制系统包括电脑、第一智能流量控制阀、第一气体成分检测传感器、第二智能流量控制阀、第二气体成分检测传感器、第三气体成分检测传感器、智能热水水量控制阀、智能输煤量控制阀和温度传感器；第一智能流量控制阀和第一气体成分检测传感器安装在井下钻孔抽采瓦斯供气管上，第二智能流量控制阀、第二气体成分检测传感器安装在井下上隅角开口抽采瓦斯供气管上，第三气体成分检测传感器安装在气体回收筒内并临近尾气排出口，智能热水水量控制阀设置在发电水管上，智能输煤量控制阀设置在煤炭输入口上，温度传感器设置在燃烧室内部；电脑通过数据线分别与第一智能流量控制阀、第一气体成分检测传感器、第二智能流量控制阀、第二气体成分检测传感器、第三气体成分检测传感器、智能热水水量控制阀、智能输煤量控制阀和温度传感器连接。燃烧炉的外部和气体回收筒的外部均设有保温棉隔热层。采用上述技术方案，本专利技术中的主要气体来源为煤矿井下或者地面煤层气井抽采气体，其中井下瓦斯抽采气体主要分两部分，其一为底板抽采巷或者顺层钻孔抽采的瓦斯，通入井下钻孔抽采瓦斯供气管，该抽采钻孔普遍采用“两堵一注”的方式进行封孔，故瓦斯抽采浓度相对较高，一般为30%~50%，气体中二氧化碳与甲烷的浓度比例与煤层中二氧化碳与甲烷浓度比例类似，通常情况下为5:1~3:1。其二为上隅角开口抽采瓦斯，通入井下上隅角开口抽采瓦斯供气管，该抽采方式主要为防治上隅角瓦斯超限，故而抽采量大，瓦斯浓度相对较低，一般在1%以内，其余部分为空气。地面煤层气井抽采瓦斯作为一种新的瓦斯治理及资源利用的方法，近年来在各个煤业集团逐步推广，其抽采瓦斯浓度较高一般在95%以上，在二氧化碳突出矿井其成分为二氧化碳和甲烷，比例与煤层中赋存比例相似。井下钻孔抽采瓦斯和井下上隅角开口抽采瓦斯，经过气体成分检测传感器精准测试浓度及成分对比后，通过中央电脑精准控制其分别输入的流量后，在气体混合器中进行混合，保证气体成分的均匀性，混合后的气体通入气气热交换器，在气体回收筒内经过燃烧炉中燃烧后尾气的预热，进入燃烧室与煤一同进行燃烧反应，对气水热交换器进行加热，气水热交换器内的高温水产生的蒸汽为发电机提供热能，发电机发电，燃烧炉的燃烧室中煤炭和瓦斯然燃烧后产生的粉煤灰通过粉煤灰收集器进行收集。在气体回收筒内并临近尾气排出口设置的第三气体成分检测传感器精准测量尾气中的气体成分，确保燃烧发热量的基础上，使甲烷与氧气在燃烧室内完全反应。使最终产生尾气为二氧化碳和氮气，通过气体分离器简单的分离得到高浓度的二氧化碳气体，即可再次利用，减少温室气体的排放，高效环保。电脑在保证发电机正常运转的前提下，可通过智能输煤量控制阀调控进煤口的进煤量，通过第一气体成分检测传感器和第二气体成分检测传感器检测不同来源气体的成分，并通过第一智能流量控制阀和第二智能流量控制阀配比不同浓度的气体，煤与混合气体的配比结果通过第三气体成分检测传感器来验证。气体成分检测传感器能够在耐高温的条件下，检测甲烷、二氧化碳、氮气和氧气的浓度，同时为了保证检测结果的准确性，可布置3~6组相关传感器，通过电脑计算，精准确定井下钻孔抽采瓦斯供气管和井下上隅角开口抽采瓦斯供气管入口气体的流量。混合气体的来源为两部分，其中一部分为井下瓦斯抽采气体，该气体二氧化碳和甲烷的含量较高，氧气浓度相对较低，为保证燃烧室中煤充分燃烧，以便提供充足的能量，需要补充一部分含氧量较高的气体，该部分气体通过第二智能流量控制阀控制，该部分气体可以来自井下上隅角开口抽采瓦斯（瓦斯与二氧化碳总浓度一般在4%以内），也可以直接来自空气。在燃烧炉的外部增加保温棉隔热层，并通过温度传感器来监测燃烧室内部的温度大于900℃，以便混合气体中瓦斯能够充分氧化。对混合气体进行预热，通过螺旋状的气气热交换器经过燃烧废气，在对热值充分利用的基础上，提升混合气体温度，确保在燃烧室内的甲烷能够充分氧化。综上所述，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过将二氧化碳突出矿井抽采气体与燃烧室燃煤相结合，在保证发热量前提下，使混合气体中氧气和甲烷能够充分氧化，最终产物为热量、氮气和二氧化碳，能量利用率高，操作方便，节能环保，效果好。主要有以下优点：1、采用井下抽采气体与燃烧室结合的装置，能够保证煤完全燃烧的前提下，实现抽采气体中甲烷的氧化，减少了污染物的排放量，燃烧后的废气还可以简单分离利用。2、采用电脑结合智能流量控制阀、智能输煤量控制阀及气体成分检测传感器，能够根据需求，精准本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.二氧化碳突出矿井抽采气体提升二氧化碳浓度的系统，其特征在于：包括燃烧炉、抽采气体供气管路和发电系统，燃烧炉的燃烧室底部设有粉煤灰收集器，燃烧炉的下侧部设有煤炭输入口和抽采气体进口，燃烧炉的上侧部开设有尾气排出口，尾气排出口连接有气体回收筒，气体回收筒内设置有气气热交换器，抽采气体供气管路的出口与气气热交换器的进口连接，气气热交换器的出口通过进气管与抽采气体进口连接，气体回收筒的出口连接有气体分离器，发电系统包括发电机和气水热交换器，气水热交换器设置在燃烧室的上部，气水热交换器通过发电水管与发电机连接。/n

【技术特征摘要】
1.二氧化碳突出矿井抽采气体提升二氧化碳浓度的系统，其特征在于：包括燃烧炉、抽采气体供气管路和发电系统，燃烧炉的燃烧室底部设有粉煤灰收集器，燃烧炉的下侧部设有煤炭输入口和抽采气体进口，燃烧炉的上侧部开设有尾气排出口，尾气排出口连接有气体回收筒，气体回收筒内设置有气气热交换器，抽采气体供气管路的出口与气气热交换器的进口连接，气气热交换器的出口通过进气管与抽采气体进口连接，气体回收筒的出口连接有气体分离器，发电系统包括发电机和气水热交换器，气水热交换器设置在燃烧室的上部，气水热交换器通过发电水管与发电机连接。


2.根据权利要求1所述的二氧化碳突出矿井抽采气体提升二氧化碳浓度的系统，其特征在于：抽采气体供气管路包括气体混合器、井下钻孔抽采瓦斯供气管和井下上隅角开口抽采瓦斯供气管，井下钻孔抽采瓦斯供气管的出口和井下上隅角开口抽采瓦斯供气管的出口均与气体混合器的进口连接，气体混合器的出口与气气热交换器的进口连接。


3.根据权利要求2所述的二氧化碳突出矿井抽采气体提...

【专利技术属性】
技术研发人员：李贤忠，衡帅，刘晓，袁崇亮，王勃，张小东，韩颖，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41