本发明专利技术涉及一种多反应室煤矿乏风预热催化氧化器，属于超低浓度甲烷氧化技术领域，包括乏风送风系统、预热器、偶数个反应室、进排气系统、抽气取热系统和测量与控制系统，其中每个反应室的反应室内布置着电加热器、均温均流床层、催化氧化床层。在加热启动后，煤矿乏风通过乏风送风系统进入预热器被加热升温，然后经过进气系统供给各个反应室，在反应室的催化氧化床层内氧化成二氧化碳和水，反应后的热气体经过排气系统汇流后，一部分被取走进行热利用，剩余的气体进入预热器将热量传递给新鲜乏风，降温后排入大气之中。本发明专利技术具有结构紧凑、功耗低、运行简单、可靠性高等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种多反应室煤矿乏风预热催化氧化器，属于超低浓度甲烷氧化
技术介绍
煤矿瓦斯的主要成分为甲烷，是一种温室气体，其温室效应是二氧化碳的21倍。 近年来，我国每年通过煤矿乏风排放甲烷为150多亿Nm3。如果将此乏风瓦斯利用起来，约折合2300万吨标准煤，可以减排2亿吨当量二氧化碳。煤矿乏风瓦斯浓度非常低，难于利用传统燃烧器直接进行燃烧，目前有效的利用方法是采用热逆流氧化技术(Thermal Flow Reversal Reactor，简称 TFRI )和催化逆流氧化技术(Catalytic Flow Reversal，简称 CFRR)。这两种逆流氧化技术的基本工作原理和构造大体相同，主要区别是CFRR使用了氧化催化剂，降低了瓦斯氧化所需要的温度。瑞典的MEGTEC公司采用TFRR技术处理煤矿乏风中的甲烷，并回收其能量。MEGTEC公司于2004年在澳大利亚比和比拓公司West Cliff煤矿安装了 4套TFRR，于2007年初开始运行，可以将West Cl iff煤矿大约20%煤矿乏风转化为有用的能源，发电能力为5MW ；于2007年在我国河南登封市一家煤矿安装了 1套TFRR，专门用于销毁乏风甲烷。我国的山东理工大学、胜利油田胜利动力机械集团有限公司、淄博淄柴新能源有限公司等单位也先后自主开发了煤矿乏风瓦斯热逆流氧化装置，并在煤矿现场进行了应用试验研究，现在已开始示范运行。1995年加拿大矿物与能源技术中心(CANMET) 开始研发煤矿乏风瓦斯催化逆流反应(CFRR)技术，现在已经开发出了实验室规模的催化甲烷逆流反应室，并在该装置上进行了煤矿乏风瓦斯催化氧化模拟试验。总体来说，热逆流反应室和催化逆流反应室都可以有效地治理和利用煤矿乏风中的瓦斯。但是从实际应用角度来看，目前只有热逆流反应技术成功地在煤矿现场进行了商业应用。但是采用TFRR技术处理煤矿乏风瓦斯还存在着以下问题⑴TFRR占地相对较大，例如用MEGTEC公司的TFRR 单元要处理150m3/S的气体，其装置占地面积约为(63 X 14. 62X4. 49)m ； (2) TFRR的氧化床由大量的蜂窝陶瓷构成，蜂窝陶瓷在长期使用后会发生开裂、破碎和堵塞等问题，一般来说每年要更换一次蜂窝陶瓷，维护成本太高；(3) TFRR的阻力损失很大，一般在SOOOKPa以上， 风机的能耗很高；(4)TFRR的氧化床内的气流需要不断变换方向，以保证高温区域维持在氧化床的中部，自动控制程度要求较高，操作技术要求很高。这些主要问题加大了 TFRR技术推广应用的难度。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要克服上述技术存在的缺陷、创新研制一种体积小、结构紧凑的具有多反应室的煤矿乏风预热催化氧化器。其技术方案为一种多反应室煤矿乏风预热催化氧化器，包括乏风送风系统、预热器、偶数个反应室、进排气系统、抽气取热系统、测量与控制系统，其特征在于乏风送风系统包括风机、第一乏风输送管路和第二乏风输送管路，第一乏风输送管路的一端与矿井乏风出口连通，另一端经风机连通第二乏风输送管路；预热器包括预热器芯、预热器乏风入口、预热器乏风出口、预热器废气入口、预热器废气出口、预热器壳体和第四保温隔热层，其中预热器芯采用气-气间壁式换热器，预热器芯内部的乏风通道两端分别与预热器乏风入口和预热器乏风出口连通，预热器芯内部的废气通道两端分别与预热器废气入口和预热器废气出口连通，预热器乏风入口穿过第四保温隔热层，伸出到预热器壳体外部与第二乏风输送管路连通，预热器乏风出口穿过第四保温隔热层，伸出到预热器壳体外部，连通进排气系统的进气端，预热器废气出口经废气出口管与外界大气连通；偶数个反应室并排排列，每个反应室内沿着气体流动方向依次布置着电加热启动装置、均温均流床层和催化氧化床层，其中均温均流床层由大孔隙率的蜂窝陶瓷蓄热体堆积构成，蜂窝陶瓷蓄热体上有若干圆形、方形或多边形的孔隙，催化氧化床层内充填催化剂，催化剂是以小孔隙率的堇青石蜂窝陶瓷为载体，三氧化二铝为第二载体，Pt、Pd为主要活性成分，用高分散率均勻分布的方法制备而成，且均温均流床层和催化氧化床层两侧均设有固定网，相邻的两个反应室内的气体流动方向相反；进排气系统包括热风连接管、进气管、多个进气支管、多个进气扩口管、多个进气布风箱、多个废气集气箱、多个收缩管、多个废气支管、废气管和废气扩口管，其中位于最外端的两个反应室的外侧与进气布风箱连通，废气集气箱和进气布风箱依次间隔设置在相邻的两反应室之间、并分别与反应室连通，即每个反应室均与一个进气布风箱和一个废气集气箱连通，每个进气布风箱均依次经过一个进气扩口管、进气支管与进气管连通，每个废气集气箱均依次经过一个收缩管、一个废气支管与废气管连通，进气管经热风连接管接预热器乏风出口，废气管经废气扩口管接预热器废气入口 ；抽气取热系统包括设有调节阀的抽气管，其中抽气管的进气端与废气管连通；测量与控制系统包括测控单元；设置在第二乏风输送管路上的第一压力传感器、浓度传感器和流量计，分别用于测量第二乏风输送管路中乏风的压力、浓度和流量；设置在热风连接管上的第二压力传感器和第一温度传感器，用于测量热风连接管内乏风的压力和温度；设置在测量催化氧化床层的蜂窝陶瓷蓄热体内部的第二温度传感器用于测量催化氧化床层的温度；设置在废气出口管上的第三温度传感器，用于测量废气出口的温度； 设置在抽气管上的第四温度传感器，用于测量抽气热风的温度；第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、浓度传感器和流量计的输出端通过信号线与测控单元相连，调节阀的控制端通过信号线与测控单元相连。所述的多反应室煤矿乏风预热催化氧化器，反应室由内壳体围成，内壳体的外部被第三保温隔热层包围，第三保温隔热层外面设有外壳体。所述的多反应室煤矿乏风预热催化氧化器，固定网用于固定均温均流床层内充填的蜂窝陶瓷蓄热体和催化氧化床层内充填的催化剂载体，固定网的四周与内壳体的内壁固定连接。所述的多反应室煤矿乏风预热催化氧化器，电加热启动装置包括多个缠绕有电加热丝且互相平行的支撑管，每个支撑管的两端都穿过内壳体、插在第三保温隔热层上。所述的多反应室煤矿乏风预热催化氧化器，内壳体与进气布风箱、废气集气箱的连接处均设有密封垫。所述的多反应室煤矿乏风预热催化氧化器，热风连接管、进气管、进气扩口管、收缩管、废气管和抽气管的外部均设有第一保温隔热层，进气布风箱、废气集气箱的外部均设有第二保温隔热层。其工作原理为在装置加热启动后正常工作时，来自矿井乏风出口的乏风依次流经第一乏风输送管路、风机、第二乏风输送管路和预热器乏风入口进入预热器，在预热器被加热升温达到甲烷能够催化氧化得温度，再经过预热器乏风出口、热风连接管进入进气管， 经过进气管的多个进气支管分流后再依次经过进气扩口管、进气布风箱进入各个反应室的反应室，在反应室的催化氧化床层内氧化成二氧化碳和水，反应后的热气体经过废气集气箱、收缩管在废气管内汇流，一部分经抽气管被取走进行热利用，剩余的气体经过废气扩口管、预热器废气入口进入预热器，将热量传递给新鲜乏风，降温后通过预热器废气出口、废气出口管排入大气之中。本专利技术与现有技术相比，其优点和有益效果是1、采用将多个反应本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种多反应室煤矿乏风预热催化氧化器，包括乏风送风系统、预热器（８）、偶数个反应室（１６）、进排气系统、抽气取热系统和测量与控制系统，其特征在于：乏风送风系统包括风机（１）、第一乏风输送管路（２）和第二乏风输送管路（７），第一乏风输送管路（２）的一端与矿井乏风出口连通，另一端经风机（１）连通第二乏风输送管路（７）；预热器（８）包括预热器芯（３９）、预热器乏风入口（４４）、预热器乏风出口（４３）、预热器废气入口（４２）、预热器废气出口（３８）、预热器壳体（４１）和第四保温隔热层（４０），其中预热器芯（３９）采用气－气间壁式换热器，预热器芯（３９）内部的乏风通道两端分别与预热器乏风入口（４４）和预热器乏风出口（４３）连通，预热器芯（３９）内部的废气通道两端分别与预热器废气入口（４２）和预热器废气出口（３８）连通，预热器乏风入口（４４）穿过第四保温隔热层（４０），伸出到预热器壳体（４１）外部与第二乏风输送管路（７）连通，预热器乏风出口（４３）穿过第四保温隔热层（４０），伸出到预热器壳体（４１）外部，连通进排气系统的进气端，预热器废气出口（３８）经废气出口管（６）与外界大气连通；偶数个反应室（１６）并排排列，每个反应室（１６）内沿着气体流动方向依次布置着电加热启动装置、均温均流床层（１７）和催化氧化床层（１８），其中均温均流床层（１７）由大孔隙率的蜂窝陶瓷蓄热体堆积构成，蜂窝陶瓷蓄热体上有若干圆形、方形或多边形的孔隙，催化氧化床层（１８）内充填催化剂，催化剂是以小孔隙率的堇青石蜂窝陶瓷为载体，三氧化二铝为第二载体，Ｐｔ、Ｐｄ为主要活性成分，用高分散率均匀分布的方法制备而成，且均温均流床层（１７）和催化氧化床层（１８）两侧均设有固定网（１９），相邻的两个反应室（１６）内的气体流动方向相反；进排气系统包括热风连接管（９）、进气管（２６）、多个进气支管（２２）、多个进气扩口管（２０）、多个进气布风箱（２５）、多个废气集气箱（２８）、多个收缩管（３４）、多个废气支管（３５）、废气管（３６）和废气扩口管（１２），其中位于最外端的两个反应室（１６）的外侧与进气布风箱（２５）连通，废气集气箱（２８）和进气布风箱（２５）依次间隔设置在相邻的两反应室（１６）之间、并分别与反应室（１６）连通，即每个反应室（１６）均与一个进气布风箱（２５）和一个废气集气箱（２８）连通，每个进气布风箱（２５）均依次经过一个进气扩口管（２０）、进气支管（２２）与进气管（２６）连通，每个废气集气箱（２８）均依次经过一个收缩管（３４）、一个废气支管（３５）与废气管（３６）连通，进气管（２６）经热风连接管（９）接预热器乏风出口（４３），废气管（３６）经废气扩口管（１２）接预热器废气入口（４２）；抽气取热系统包括设有调节阀（１３）的抽气管（１４），其中抽气管（１４）的进气端与废气管（３６）连通；测量与控制系统包括：测控单元（３７）；设置在第二乏风输送管路（７）上的第一压力传感器（５）、浓度传感器（４）和流量计（３），分别用于测量第二乏风输送管路（７）中乏风的压力、浓度和流量；设置在热风连接管（９）上的第二压力传感器（１０）和第一温度传感器（１１），用于测量热风连接管（９）内乏风的压力和温度；设置在测量催化氧化床层（１８）的蜂窝陶瓷蓄热体内部的第二温度传感器（２１）用于测量催化氧化床层（１８）的温度；设置在废气出口管（６）上的第三温度传感器（４５），用于测量废气出口的温度；设置在抽气管（１４）上的第四温度传感器（１５），用于测量抽气热风的温度；第一温度传感器（１１）、第二温度传感器（２１）、第三温度传感器（４５）、第四温度传感器（１５）、第一压力传感器（５）、第二压力传感器（１０）、浓度传感器（４）和流量计（３）的输出端通过信号线与测控单元（３７）相连，调节阀（１３）的控制端通过信号线与测控单元（３７）相连。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘永启，刘瑞祥，王延遐，郑斌，高振强，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：37
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。