專利名稱：煤礦乏風甲烷氧化裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及到利用放熱化學反應產生熱能的設備或裝置，也涉及到礦井的通風、煤礦瓦斯排放方法或裝置，具體而言是一種煤礦乏風甲烷氧化裝置。
背景技術：
煤礦瓦斯是一種潔凈而潛力巨大的能源，同時也是礦難的禍源之一。通常采用“抽排”或“風排”兩種方法，將煤礦井下的瓦斯氣體排放出來。甲烷含量高于95％的優(yōu)質瓦斯可注入天然氣管道；甲烷含量高于30％的煤礦瓦斯可用于燃氣輪機、內燃機發(fā)電，或做民用燃料；甲烷含量在6～30％的煤礦瓦斯，則采用特殊的安全輸送技術和發(fā)電技術也用來發(fā)電。上述甲烷含量屬于高、中濃度范圍，約為煤礦瓦斯甲烷總量的30％，通常采用“抽排”方法，將其直接抽排到地上并加以利用。當甲烷含量較低或很低(一般低于1％)時，則采用“風排”方法，向煤礦井下鼓風，不斷地注入空氣，低濃度的瓦斯即混入空氣中，隨風排放到地上。這種排放出來的煤層氣即稱為“乏風”。由于“乏風”中甲烷含量極低，并且不燃燒、不爆炸，至今都直接排放到大氣中未加以利用。乏風中的甲烷濃度雖然很低，但其甲烷的總量卻是煤礦瓦斯甲烷總量的70％，這不但是能源的巨大浪費，而且對大氣造成嚴重污染。目前只有歐美極少數(shù)國家在研究乏風甲烷氧化技術。經檢索專利文獻，有兩篇弱相關對比文件“煤礦井凈化器”(93112551.0)、“具多層觸煤的瓦斯氧化器具”(200320101219.8)。前者是將煤礦井下空氣的瓦斯和煤塵同時進行凈化處理，只是減輕對采煤工人的危害，瓦斯未被利用。后者雖然能把煤層瓦斯氧化轉化成熱能，但其功率太小，屬于手持式小器具。二者都不能用于煤礦乏風甲烷氧化處理，其技術特征也都與本實用新型顯著的不同。

發(fā)明內容本實用新型的目的就在于創(chuàng)新研制和提供一種煤礦乏風甲烷氧化裝置，將煤礦低濃度瓦斯中的甲烷進行氧化反應，生成二氧化碳并產生熱能加以利用，在我國煤礦低濃度瓦斯綜合利用技術領域能擁有我們的自主知識產權。
上述目的是由下述技術方案實現(xiàn)的煤礦乏風甲烷氧化裝置，包括氧化床和控制系統(tǒng)兩大部分。其特征是氧化床由外殼體、蜂窩儲熱陶瓷、電加熱器、內置換熱器、進氣管、排氣管、進水管、出水管和陶瓷保溫棉組成。蜂窩儲熱陶瓷置于外殼體的中心部位，電加熱器置于蜂窩儲熱陶瓷的中心部位，內置換熱器置于電加熱器的周圍。兩根進氣管和兩根排氣管分別安裝在蜂窩儲熱陶瓷的左、右兩側。進水管和出水管安裝在蜂窩儲熱陶瓷的上部。外殼體內腔充滿陶瓷保溫棉。控制系統(tǒng)由控制單元、氧化床內溫度傳感器、進氣溫度傳感器、排氣甲烷濃度傳感器、進氣電動閥門、排氣電動閥門、進水電動閥門、出水電動閥門組成。氧化床內溫度傳感器為多個。其余傳感器和電動閥門各兩個，分別安裝在左、右進氣管、左、右排氣管、進水管和出水管的外端部。上述所有傳感器和電動閥門都有信號導線與控制單元連接。
上述煤礦乏風甲烷氧化裝置中的蜂窩儲熱陶瓷為長方體形，或多棱體形，或圓柱體形，其上、下兩面各有一塊金屬板將其夾持住，并通過該金屬板固定到外殼體上。
上述煤礦乏風甲烷氧化裝置中的多個氧化床內溫度傳感器，是在蜂窩儲熱陶瓷內沿左右方向均布。
本實用新型的主要優(yōu)點和有益效果是煤礦乏風通過收集裝置，在不另外加壓的情況下進入該氧化床，只需少量電能加熱即可啟動工作。乏風中的甲烷在氧化床內連續(xù)進行氧化反應，生成二氧化碳并產生熱量。只需小部熱量來維持其氧化反應，其余大部分熱量可取出利用。能使煤礦乏風中的低濃度甲烷由廢變寶，由害變利。據有關統(tǒng)計，我國地下2000米以內的淺瓦斯資源總約30～35萬億立方米，與全國天然氣資源總量相當。我國天然氣資源僅夠開采30～50年，所以瓦斯作為天然氣的接續(xù)能源已成為當務之急。然而，目前每年全國煤礦乏風排空的瓦斯折合純甲烷約150～200億立方米，可用來發(fā)電450～600億度。由此可見，該項自主創(chuàng)新技術成果若大力推廣應用，將會在開發(fā)新能源、改變能源結構、節(jié)能和環(huán)保等領域取得巨大的經濟效益和社會效益。
(四)


附圖1是本實用新型的整體結構剖視示意圖。
附圖2是圖1的A-A剖面示意圖。
具體實施方式
結合附圖說明一個實施例附圖1、2中，1是左進氣電動閥門，2是左進氣管，3是左進氣溫度傳感器，4是左進氣甲烷濃度傳感器，5是氧化床金屬外殼體，6是進水電動閥門，7是進水管，8是陶瓷保溫棉，9是出水(或蒸汽)管，10是出水(或蒸汽)電動閥門，11是蜂窩儲熱陶瓷，12是右進氣管，13是右進氣甲烷濃度傳感器，14是右進氣溫度傳感器，15是右進氣電動閥門，16是右排氣電動閥門，17是右排氣溫度傳感器，18是右排氣甲烷濃度傳感器，19是右排氣管，20是電加熱管，21是控制單元，22是內置換熱器，23是氧化床內置溫度傳感器，24是左排氣甲烷濃度傳感器，25是左排氣溫度傳感器，26是左排氣管，27是左排氣電動閥門。
由圖1所示，煤礦乏風甲烷氧化裝置，包括氧化床和控制系統(tǒng)兩大部分。其特征是氧化床由外殼體5、蜂窩儲熱陶瓷11、電加熱器20、內置換熱器22、進氣管2和12、排氣管19和26、進水管7、出水管9和陶瓷保溫棉8組成。蜂窩儲熱陶瓷11置于外殼體5的中心部位，電加熱器20置于蜂窩儲熱陶瓷11的中心部位，內置換熱器22置于電加熱器20的周圍。兩根進氣管2、12和兩根排氣管19、26，分別安裝在蜂窩儲熱陶瓷11的左、右兩側。進水管7和出水管9安裝在蜂窩儲熱陶瓷11的上部。外殼體5內腔充滿陶瓷保溫棉8?？刂葡到y(tǒng)由控制單元21、氧化床內溫度傳感器23、進氣溫度傳感器3和14、排氣溫度傳感器17和25、進氣甲烷濃度傳感器4和13、排氣甲烷濃度傳感器18和24、進氣電動閥門1和15、排氣電動閥門16和27、進水電動閥門6和出水電動閥門10組成。氧化床內溫度傳感器23有多個。其余傳感器和電動閥門各有兩個，分別安裝在左、右進氣管2、12、左、右排氣管26、19、進水管7和出水管9的外端部。上述所有傳感器和電動閥門都有信號導線與控制單元21連接。
由圖1、2所示，該實施例的蜂窩儲熱陶瓷11為長方體形狀，上、下面有金屬板將其夾住，并通過該金屬板固定到金屬外殼體5上。
由圖1所示，多個氧化床內傳感器23，是在蜂窩儲熱陶瓷11內沿左右方向均布。
該裝置的工作過程是煤礦乏風通過收集裝置，在不另外加壓的情況下進入圖1所示該氧化床的左進氣管2(或右進氣管12)，然后經右排氣管19(或左排氣管26)排出。啟動時先給氧化床內的電加熱器20通電加熱，并根據乏風進口溫度和排氣溫度差，調整乏風氣體在氧化床內的流動方向，使其交替逆流換向(左進右出、右進左出，交替變換)。在此過程中，由蜂窩儲熱陶瓷11將電能轉換成熱能儲存起來，使氧化床內的溫度逐漸升高，當達到一定溫度(一般高于800℃)時，乏風中的甲烷開始氧化產生熱量。當氧化反應產生的熱量能維持氧化床自反應時，通電啟動結束，氧化床進入正常工作狀態(tài)。隨著甲烷氧化反應的持續(xù)進行，氧化床內溫度繼續(xù)升高，此時打開進、出水電動閥門6、10，使換熱介質(一般是水)進入氧化床，將多余的熱量取出利用，即進去的是常溫水，出來的是熱水或水蒸汽?？晒┟旱V生產、生活用熱，也可利用這些熱能發(fā)電。氧化反應生成的二氧化碳也可收集利用，若排放出去，對大氣的污染要比乏風的污染程度小很多。
由控制系統(tǒng)對氧化床工作狀態(tài)綜合控制。將上述傳感器測得的溫度、濃度數(shù)據輸入控制單元21進行數(shù)據處理，根據預先設定的程序，及時控制左進氣電動閥門1和右排氣電動閥門16同步打開(或關閉)；控制右進氣電動閥門15和左排氣電動閥門27同步關閉(或打開)。保證氧化床逆流氧化反應的正常運行。當熱用戶或電用戶負荷大小變動時，控制系統(tǒng)能自動調節(jié)進水電動閥門6和出水(或蒸汽)電動閥門9的開度，來適應這種設計指標內的負荷變化。
權利要求1.一種煤礦乏風甲烷氧化裝置，包括氧化床和控制系統(tǒng)兩大部分，其特征是氧化床由外殼體(5)、蜂窩儲熱陶瓷(11)、電加熱器(20)、內置換熱器(22)、進氣管(2)和(12)、排氣管(19)和(26)、進水管(7)、出水管(9)和陶瓷保溫棉(8)組成，蜂窩儲熱陶瓷(11)置于外殼體(5)的中心部位，電加熱器(20)置于蜂窩儲熱陶瓷(11)的中心部位，內置換熱器(22)置于電加熱器(20)的周圍，兩根進氣管(2)、(12)和兩根排氣管(19)、(26)，分別安裝左蜂窩儲熱陶瓷(11)的左、右兩側，進水管(7)和出水管(9)安裝在蜂窩儲熱陶瓷(11)的上部，外殼體(5)內腔充滿陶瓷保溫棉(8)，控制系統(tǒng)由控制單元(21)、氧化床內溫度傳感器(23)、進氣溫度傳感器(3)和(14)、排氣溫度傳感器(17)和(25)、進氣甲烷濃度傳感器(4)和(13)、排氣甲烷濃度傳感器(18)和(24)、進氣電動閥門(1)和(15)、排氣電動閥門(16)和(27)、進水電動閥門(6)和出水電動閥門(10)組成，氧化床內溫度傳感器(23)有多個，其余傳感器和電動閥門各有兩個，分別安裝在左、右進氣管(2)、(12)、左、右排氣管(26)、(19)、進水管(7)和出水管(9)的外端部，上述所有傳感器和電動閥門都有信號導線與控制單元(21)連接。
2.根據權利要求1所述的煤礦乏風甲烷氧化裝置，其特征是蜂窩儲熱陶瓷(11)為長方體形狀，或多棱體形狀，或圓柱體形狀，其上、下兩面各有一塊金屬板將其夾持住，并通過該金屬板固定到外殼體(5)上。
3.根據權利要求1所述的煤礦乏風甲烷氧化裝置，其特征是氧化床內溫度傳感器(23)，是在蜂窩儲熱陶瓷(11)內沿左右方向均布。
專利摘要本實用新型是一種煤礦乏風甲烷氧化裝置，屬于利用放熱化學反應產生熱能的礦用設備。其氧化床部分由外殼體、蜂窩儲熱陶瓷、電加熱器、內置換熱器，以及進、排氣管、進、出水管和陶瓷保溫棉組成。蜂窩儲熱陶瓷、電加熱器和內置換熱器置于外殼體的中心部位。進、排氣管安裝在蜂窩儲熱陶瓷左、右兩端。進、出水管安裝在蜂窩儲熱陶瓷上部。其控制系統(tǒng)由控制單元、溫度傳感器、甲烷濃度傳感器和電動閥門等組成。所有傳感器和電動閥門都有信號導線與控制單元連接。煤礦乏風進入該裝置的氧化床，先用少量電能加熱啟動，達到甲烷氧化反應溫度后停止電加熱，乏風中的甲烷繼續(xù)氧化反應，生成二氧化碳并產生熱能被取出利用，由廢變寶，減少大氣污染。
文檔編號F23Q2/00GK2905204SQ20062008195
公開日2007年5月30日 申請日期2006年3月14日 優(yōu)先權日2006年3月14日
發(fā)明者陳宜亮, 馬曉鐘, 牟善祥, 孫佳俊, 秦廷勇, 齊志軍 申請人:勝利油田勝利動力機械有限公司