一种超低浓度瓦斯单向直流蓄热燃烧装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超低浓度瓦斯单向直流蓄热燃烧装置及方法，设置补燃燃烧器对3％～8％的低浓度瓦斯燃烧产生补燃烟气，并利用该补燃烟气的温度提高各个蓄热燃烧室的温度，且产生的高温烟气与通风瓦斯在蓄热燃烧室进行逐级混合燃烧，实现了通风瓦斯的分级燃烧及在蓄热燃烧器内的逐级燃烧，避免了传统燃烧装置反应前需要首先进行低浓度瓦斯与通风瓦斯掺混而易引发的一系列燃爆安全问题，实现了井下通风瓦斯的单向直流式梯级燃烧，这种方式避免了传统热逆流氧化周期换向模式下氧化装置内温度场的波动，避免了蓄热体在周期性稳定变化下的热应力破坏，提高了装置运行的稳定性和安全性

【技术实现步骤摘要】
一种超低浓度瓦斯单向直流蓄热燃烧装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种瓦斯蓄热燃烧装置及方法，具体为一种超低浓度瓦斯单向直流蓄热燃烧装置及方法，属于煤矿低碳处理及节能减排

。

技术介绍

[0002]我国具有丰富的煤矿瓦斯
(
煤层气
)
资源，地下
2000m
以内赋存的瓦斯
(
煤层气
)
资源量约
36.8
万亿
m3。
瓦斯的主要可燃组分是甲烷，其既是一种清洁能源，也是煤矿的主要致灾源和强温室气体
。
然而，煤炭开采导致我国年直接排空瓦斯量高达
200
亿
m3，造成了大量的资源浪费和严重的环境污染
。
因此，高效开发利用煤矿瓦斯资源不仅可以获得瓦斯利用的直接经济收益，又可在节能减排
、
低碳排放等方面获得丰厚回报，其对于煤矿安全生产
、
节能减排及低碳建设，具有极其重要的实际意义
。
[0003]煤矿低浓度瓦斯包括煤矿抽采的浓度低于3％的瓦斯，还包括瓦斯浓度低于3％的煤矿通风瓦斯
(
即超低浓度瓦斯
)
，对于煤矿通风瓦斯由于其浓度超低
、
波动大
、
流量大，目前可选用的工业化技术包括热逆流氧化技术
、
催化逆流氧化技术等能对煤矿通风瓦斯进行利用，但由于上述技术需采用周期换向机制，导致床温波动大，运行安全稳定性差
。
煤矿抽采的浓度在3％至8％的低浓度瓦斯，目前缺乏有效的可直接利用的方法，其多采用与抽采高浓度瓦斯进行掺混来作为内燃式发动机的进气，或与煤矿通风瓦斯进行掺混作为热逆流氧化装置的原料气
。
然而，不同浓度瓦斯的掺混存在一定程度的燃爆风险
。
因此，如何实现超低浓度瓦斯的安全
、
稳定的直接燃烧利用，是煤矿瓦斯低碳利用
、
节能减排亟待解决的关键和重大课题
。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种超低浓度瓦斯单向直流蓄热燃烧装置及方法，通过补燃烟气蓄热及井下通风瓦斯梯级燃烧的方式，实现超低浓度瓦斯的安全
、
稳定的直接燃烧利用，从而避免了现有不同浓度瓦斯的掺混存在燃爆风险的情况发生
。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种超低浓度瓦斯单向直流蓄热燃烧装置，包括补燃燃烧器
、
多个蓄热燃烧室和取热室，
[0006]所述多个蓄热燃烧室以串联方式连接，所述补燃燃烧器与处于最外端的其中一个蓄热燃烧室连接，用于将补燃燃料在补燃燃烧器燃烧产生补燃烟气依次经过各个蓄热燃烧室，提高各个蓄热燃烧室的温度；
[0007]所述多个蓄热燃烧室侧部均开设超低浓度瓦斯气体分级入口，井下通风瓦斯分别通过各个超低浓度瓦斯气体分级入口分流进入各个蓄热燃烧室与补燃烟气混合后进行梯级燃烧反应，提高内部烟气的温度；
[0008]所述取热室与处于最外端的另一个蓄热燃烧室连接
、
且其内部设有换热器，取热室将经过各个蓄热燃烧室升温后的烟气在其内部通过换热器进行热交换降温，完成后将降温后的烟气排出
。
[0009]进一步，所述各个蓄热燃烧室均为截面渐变式蓄热燃烧室，且其截面从补燃燃烧器向取热室逐渐变大
。
由于各个蓄热燃烧室距离补燃燃烧器远近不同，使得各个蓄热燃烧室内的温度不同，通过设置渐变结构的燃烧室，使得通过各截面的气体流速不同，这样可以根据稳定燃烧火焰面的位置与进气流速
、
瓦斯浓度的关系，在进气流速或进气瓦斯浓度发生变化可以自适应调整稳定燃烧火焰面的位置，扩大燃烧器负荷的调节范围
。
[0010]进一步，所述补燃燃烧器内设有蓄热体，用于提高补燃烟气的温度
。
[0011]进一步，所述蓄热体为惰性蓄热材料，可以选择蜂窝陶瓷
、
泡沫陶瓷
、
多孔砖
、
颗粒填充体等其中一种
。
[0012]上述补燃燃料可以采用煤矿抽采浓度为3％～8％的低浓度瓦斯，也可以采用煤矿抽采的高浓度瓦斯
、
煤层气或天然气
、
液化气等作为补燃燃料，优选低浓度瓦斯，这样可以直接对抽采出的气体进行利用，无需再使用其他补燃燃料
。
[0013]进一步，所述井下通风瓦斯为瓦斯浓度低于3％的超低浓度瓦斯混合气体
。
[0014]上述超低浓度瓦斯单向直流蓄热燃烧装置的工作方法，具体为：
[0015]A、
蓄热燃烧：将补燃燃料放入补燃燃烧器内进行蓄热燃烧，产生的补燃烟气依次流经各个蓄热燃烧室，并提高各个蓄热燃烧室的温度，由于随着补燃烟气与各个蓄热燃烧室进行热交换，使得最靠近补燃燃烧器的蓄热燃烧室温度最高，其余各个蓄热燃烧室越远离补燃燃烧器其温度依次递减；
[0016]B、
井下通风瓦斯梯级燃烧：设定温度阈值为
760℃
～
820℃
，当第一个蓄热燃烧室温度达到温度阈值时，停止补燃燃烧器的补燃工作，同时将井下通风瓦斯通过第一个蓄热燃烧室的超低浓度瓦斯气体分级入口注入其内部，此时井下通风瓦斯与补燃烟气在第一个蓄热燃烧室内混合后进行燃烧反应，从而提高第一个蓄热燃烧室内烟气的温度，升温后的烟气继续向后续蓄热燃烧室流动并提高各个蓄热燃烧室的温度，直至当第二个蓄热燃烧室温度达到温度阈值时，将井下通风瓦斯通过第二个蓄热燃烧室的超低浓度瓦斯气体分级入口注入其内部，并重复第一个蓄热燃烧室的燃烧反应过程，如此持续重复，从而实现井下通风瓦斯在各个蓄热燃烧室的梯级燃烧；
[0017]C、
取热利用：在各个蓄热燃烧室内升温后的烟气进入取热室，其内部的换热器与烟气进行热交换，将烟气温度转移至换热器进行后续利用，并且将热交换降温后的烟气排出
。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
[0019]1)
本专利技术设置补燃燃烧器对3％～8％的低浓度瓦斯燃烧产生补燃烟气，并利用该补燃烟气的温度提高各个蓄热燃烧室的温度，用于后续蓄热燃烧室对井下通风瓦斯
(
即瓦斯浓度低于3％的超低浓度瓦斯混合气体
)
的燃烧利用，实现了井下通风瓦斯的单向直流式梯级燃烧，形成了超低浓度瓦斯蓄热燃烧的新方式；这种方式避免了传统热逆流氧化周期换向模式下氧化装置内温度场的波动，避免了蓄热体在周期性稳定变化下的热应力破坏，提高了装置运行的稳定性和安全性
。
[0020]2)
本专利技术采用低浓度瓦斯在补燃燃烧器内进行燃烧，产生的高温烟气与通风瓦斯在蓄热燃烧室进行逐级混合燃烧，实现了通风瓦斯的分级燃烧及在蓄热燃烧器内的逐级燃烧，并且通过这种逐级燃烧的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种超低浓度瓦斯单向直流蓄热燃烧装置，其特征在于，包括补燃燃烧器
、
多个蓄热燃烧室和取热室，所述多个蓄热燃烧室以串联方式连接，所述补燃燃烧器与处于最外端的其中一个蓄热燃烧室连接，用于将补燃燃料在补燃燃烧器燃烧产生补燃烟气依次经过各个蓄热燃烧室，提高各个蓄热燃烧室的温度；所述多个蓄热燃烧室侧部均开设超低浓度瓦斯气体分级入口，井下通风瓦斯分别通过各个超低浓度瓦斯气体分级入口分流进入各个蓄热燃烧室与补燃烟气混合后进行梯级燃烧反应，提高内部烟气的温度；所述取热室与处于最外端的另一个蓄热燃烧室连接
、
且其内部设有换热器，取热室将经过各个蓄热燃烧室升温后的烟气在其内部通过换热器进行热交换降温，完成后将降温后的烟气排出
。2.
根据权利要求1所述超低浓度瓦斯单向直流蓄热燃烧装置，其特征在于，所述各个蓄热燃烧室均为截面渐变式蓄热燃烧室，且其截面从补燃燃烧器向取热室逐渐变大
。3.
根据权利要求1所述超低浓度瓦斯单向直流蓄热燃烧装置，其特征在于，所述补燃燃烧器内设有蓄热体，用于提高补燃烟气的温度
。4.
根据权利要求3所述超低浓度瓦斯单向直流蓄热燃烧装置，其特征在于，所述蓄热体为惰性蓄热材料
。5.
根据权利要求1所述超低浓度瓦斯单向直流蓄热燃烧装置，其特征在于，所述补燃燃料采用煤矿抽采浓度为3％～8％的低浓度瓦斯
。6.
根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：李庆钊，林柏泉，朱建云，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：