具有組合式氧化床的煤礦乏風(fēng)旋轉(zhuǎn)蓄熱催化氧化裝置的制作方法

本發(fā)明具體涉及一種具有組合式氧化床的煤礦乏風(fēng)旋轉(zhuǎn)蓄熱催化氧化裝置，屬于低品位氣體能源利用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

煤礦生產(chǎn)過程中通常采用大量通風(fēng)來稀釋和排放煤礦瓦斯，產(chǎn)生煤礦乏風(fēng)瓦斯(ventilationairmethane，簡稱vam)。由于乏風(fēng)瓦斯體積濃度非常低(一般在0.1％～0.75％)、風(fēng)量和體積濃度波動(dòng)范圍大的特點(diǎn)決定了很難利用傳統(tǒng)燃燒器直接進(jìn)行燃燒，因此乏風(fēng)瓦斯往往直接排入大氣。煤礦乏風(fēng)瓦斯的主要成分甲烷，是僅次于二氧化碳的第二大溫室氣體，我國每年通過煤礦乏風(fēng)排放的純甲烷在200億立方米以上，嚴(yán)重污染了大氣環(huán)境，同時(shí)也造成了優(yōu)質(zhì)潔凈氣體能源的巨大浪費(fèi)。

目前國內(nèi)外將煤礦乏風(fēng)瓦斯作為主燃料利用的技術(shù)主要有熱逆流氧化和催化逆流氧化技術(shù)，都利用多孔介質(zhì)氧化床的蓄熱特性和換向流動(dòng)反應(yīng)技術(shù)維持氧化裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)甲烷氧化放熱進(jìn)行利用。主要區(qū)別是催化逆流氧化使用了氧化催化劑，降低了甲烷氧化所需要的溫度。但逆流氧化技術(shù)必不可少的流動(dòng)換向操作導(dǎo)致諸多弊端，例如換向流動(dòng)造成溫度場的周期性波動(dòng)，增加了取熱利用的難度，還增大了陶瓷蓄熱體的熱應(yīng)力；換向時(shí)部分乏風(fēng)氣體逃逸，降低了實(shí)際甲烷轉(zhuǎn)化率；換向操作對(duì)換向機(jī)構(gòu)的工作可靠性要求高，并使裝置整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝配和維護(hù)困難。這些問題使運(yùn)行成本增加，限制了逆流氧化技術(shù)的普及。

在工業(yè)有機(jī)廢氣的氧化處理中廣泛應(yīng)用的旋轉(zhuǎn)蓄熱氧化技術(shù)，用連續(xù)旋轉(zhuǎn)的蓄熱體對(duì)進(jìn)氣進(jìn)行預(yù)熱，同時(shí)回收氧化后的廢氣熱能，能夠保證蓄熱體內(nèi)溫度場的穩(wěn)定性和流動(dòng)的連續(xù)性，避免了未反應(yīng)進(jìn)氣的逃逸和頻繁的換向操作，具備諸多優(yōu)勢替代逆流氧化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煤礦乏風(fēng)瓦斯的有效氧化利用。然而目前的旋轉(zhuǎn)蓄熱裝置(例如授權(quán)公告號(hào)cn205424948u)多采用惰性多孔介質(zhì)蓄熱體對(duì)進(jìn)氣進(jìn)行預(yù)熱和熱回收，另有單獨(dú)的燃燒室依靠點(diǎn)火器對(duì)預(yù)熱至高溫(約800℃)的進(jìn)氣進(jìn)行點(diǎn)燃，燃燒過程難以實(shí)現(xiàn)自熱維持，需要消耗外部熱源。并且在蓄熱體內(nèi)單純進(jìn)行氣固換熱過程，傳熱強(qiáng)度較低，蓄熱體體積龐大?，F(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)蓄熱式燃燒裝置(例如授權(quán)公告號(hào)cn205535865u)大都采用旋轉(zhuǎn)換向閥實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣、排氣和掃氣的轉(zhuǎn)換功能。然而，現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)換向閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，閥體和閥芯間劃分多個(gè)流動(dòng)區(qū)域，流動(dòng)損失較大，且多采用平面密封分離進(jìn)氣、排氣和掃氣區(qū)域，摩擦力較大，增大了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的耗能，常采用補(bǔ)償機(jī)構(gòu)補(bǔ)償摩擦面的磨損，增加了運(yùn)行的不穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是彌補(bǔ)現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)蓄熱催化氧化裝置的不足，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行高效且耗能降低的具有組合式氧化床的煤礦乏風(fēng)旋轉(zhuǎn)蓄熱催化氧化裝置。其技術(shù)方案為：

一種具有組合式氧化床的煤礦乏風(fēng)旋轉(zhuǎn)蓄熱催化氧化裝置，包括兩端封閉的筒體、設(shè)置在筒體內(nèi)中心的氧化床、安裝在氧化床底部的旋轉(zhuǎn)換向閥、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和節(jié)流閥，氧化床與筒體的頂板間留有距離，構(gòu)成集氣腔；旋轉(zhuǎn)換向閥的乏風(fēng)進(jìn)氣口經(jīng)設(shè)有節(jié)流閥的進(jìn)氣管接鼓風(fēng)機(jī)；旋轉(zhuǎn)換向閥的排氣口連接排氣管，并經(jīng)設(shè)有引風(fēng)機(jī)和節(jié)流閥的掃氣管接通旋轉(zhuǎn)換向閥的掃氣口；其特征在于：

氧化床由催化床體和貼合在催化床體上、下側(cè)的蓄熱體構(gòu)成；在集氣腔內(nèi)設(shè)有多個(gè)垂直布置的加熱器，加熱器的頂端固定在筒體的頂板上；旋轉(zhuǎn)換向閥包括進(jìn)氣布風(fēng)板、排氣回風(fēng)板、掃氣布風(fēng)板、旋轉(zhuǎn)軸和電機(jī)，其中旋轉(zhuǎn)軸與筒體共軸線，旋轉(zhuǎn)軸經(jīng)推力軸承安裝在筒體的底板上，旋轉(zhuǎn)軸的下端穿出筒體與電機(jī)的輸出端固定連接，旋轉(zhuǎn)軸的上端與蓄熱體留有間隙；進(jìn)氣布風(fēng)板、排氣回風(fēng)板和掃氣布風(fēng)板分別水平固定安裝在旋轉(zhuǎn)軸的頂部、中部和下部，并與筒體側(cè)壁留有間隙；進(jìn)氣布風(fēng)板、排氣回風(fēng)板和筒體構(gòu)成與進(jìn)氣管連通的進(jìn)氣腔；排氣回風(fēng)板、掃氣布風(fēng)板和筒體構(gòu)成與排氣管連通的排氣腔；掃氣布風(fēng)板與筒體側(cè)壁及筒體底板構(gòu)成與掃氣管連通的掃氣腔；進(jìn)氣布風(fēng)板上開有扇形的進(jìn)氣出口、排氣入口和掃氣出口，排氣回風(fēng)板上開有扇形的排氣出口和掃氣通道口，掃氣布風(fēng)板上開有扇形的掃氣入口，其中排氣入口位于排氣出口的正上方，且兩者大小相等，掃氣出口與掃氣通道口均位于掃氣入口的正上方，且三者大小相等；排氣通道由連接于排氣入口與排氣出口之間的兩垂直平面和外圓弧面以及旋轉(zhuǎn)軸的側(cè)壁封閉圍成，掃氣通道由連接于掃氣入口、掃氣通道口和掃氣出口之間的兩垂直平面和外圓弧面以及旋轉(zhuǎn)軸的側(cè)壁封閉圍成，排氣通道和掃氣通道均與筒體側(cè)壁留有距離，使旋轉(zhuǎn)中的進(jìn)氣腔和排氣腔對(duì)應(yīng)與進(jìn)氣管和排氣管連通。

所述的具有組合式氧化床的煤礦乏風(fēng)旋轉(zhuǎn)蓄熱催化氧化裝置，催化床體的基體和蓄熱體均采用堇青石蜂窩陶瓷，蜂窩陶瓷內(nèi)的孔道豎直布置，催化床體負(fù)載的催化劑采用pt貴金屬催化劑或pd貴金屬催化劑。

所述的具有組合式氧化床的煤礦乏風(fēng)旋轉(zhuǎn)蓄熱催化氧化裝置，進(jìn)氣腔與排氣腔的容積相等，掃氣腔的容積為進(jìn)氣腔或排氣腔容積的1/20～1/10。

所述的具有組合式氧化床的煤礦乏風(fēng)旋轉(zhuǎn)蓄熱催化氧化裝置，進(jìn)氣出口的兩直線邊上豎直安裝有進(jìn)氣密封隔板，環(huán)繞掃氣出口豎直安裝有掃氣密封隔板，且進(jìn)氣出口、掃氣出口和排氣入口之間都留有周向距離。

其工作原理為：

在裝置起動(dòng)初期，氧化床頂部集氣箱內(nèi)的加熱器起動(dòng)加熱。煤礦乏風(fēng)經(jīng)過鼓風(fēng)機(jī)和節(jié)流閥從旋轉(zhuǎn)換向閥的進(jìn)氣管進(jìn)入進(jìn)氣腔，然后從進(jìn)氣腔頂部的進(jìn)氣布風(fēng)板的進(jìn)氣出口流出，穿過氧化床豎直向上進(jìn)入集氣箱，在集氣箱內(nèi)被加熱器加熱后向下流回蓄熱體內(nèi)，將熱量傳給蓄熱體后，從蓄熱體下端面流出，從排氣入口回到旋轉(zhuǎn)換向閥內(nèi)，沿排氣通道流進(jìn)排氣腔，而后從排氣管排出到大氣。電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸、進(jìn)氣布風(fēng)板、排氣回風(fēng)板和掃氣布風(fēng)板旋轉(zhuǎn)，從旋轉(zhuǎn)換向閥進(jìn)入氧化床的進(jìn)氣和從氧化床回至旋轉(zhuǎn)換向閥的排氣也同步旋轉(zhuǎn)，氧化床的整周被排氣慢慢加熱至乏風(fēng)瓦斯的催化氧化溫度(約400℃～500℃)，乏風(fēng)瓦斯在氧化床內(nèi)開始氧化放熱，此時(shí)關(guān)閉加熱器，裝置依靠乏風(fēng)瓦斯的氧化放熱開始自熱維持運(yùn)行。引風(fēng)機(jī)從排氣中引出部分排氣經(jīng)過節(jié)流閥從掃氣管進(jìn)入旋轉(zhuǎn)換向閥的掃氣腔，沿豎直向上的掃氣通道進(jìn)入蓄熱體中，掃除蓄熱體孔道中的殘余未氧化的乏風(fēng)，而后進(jìn)入集氣箱和氧化后的排氣匯合，一同向下穿過氧化床，經(jīng)旋轉(zhuǎn)換向閥的排氣通道、排氣腔從排氣管排至大氣。掃氣氣體隨著掃氣布風(fēng)板的旋轉(zhuǎn)也同步旋轉(zhuǎn)，對(duì)氧化床的整周進(jìn)行掃氣。由此，在旋轉(zhuǎn)換向閥旋轉(zhuǎn)部件的分配下，在氧化床內(nèi)的進(jìn)氣氧化、掃氣清除和排氣放熱過程有序進(jìn)行，氧化床整體分為氧化區(qū)、清掃區(qū)和蓄熱區(qū)，并且三個(gè)區(qū)域沿整周旋轉(zhuǎn)，有效完成對(duì)煤礦乏風(fēng)的高效氧化和自熱維持穩(wěn)定運(yùn)行。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要優(yōu)點(diǎn)和有益效果是：

1、組合式氧化床內(nèi)同步發(fā)生進(jìn)氣氧化反應(yīng)和排氣放熱蓄熱，比傳統(tǒng)的單純換熱的蓄熱體傳熱強(qiáng)度和傳熱效率更高，更加節(jié)省換熱面積和蓄熱體積，整體尺寸減小，結(jié)構(gòu)更緊湊。

2、依靠催化氧化床對(duì)煤礦乏風(fēng)的低溫催化氧化能力和蜂窩陶瓷氧化床的高蓄熱、強(qiáng)熱反饋能力，氧化裝置能夠依靠煤礦乏風(fēng)的氧化放熱實(shí)現(xiàn)自熱維持運(yùn)行，不許提供外部輔助熱源，節(jié)省能源。

3、換向閥的結(jié)構(gòu)簡單高效，靠進(jìn)氣布風(fēng)板、排氣回風(fēng)板和掃氣布風(fēng)板的分配實(shí)現(xiàn)流暢的旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣、排氣和掃氣過程，流動(dòng)損失很小，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的耗能很低，且運(yùn)行穩(wěn)定。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1所示實(shí)施例結(jié)構(gòu)的a-a剖面圖。

圖3是圖1所示實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)換向閥的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是圖1所示實(shí)施例中進(jìn)氣布風(fēng)板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是圖1所示實(shí)施例中排氣回風(fēng)板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是圖1所示實(shí)施例結(jié)構(gòu)中掃氣布風(fēng)板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、加熱器2、蓄熱體3、催化床體4、筒體5、進(jìn)氣布風(fēng)板6、排氣通道7、排氣回風(fēng)板8、掃氣布風(fēng)板9、鼓風(fēng)機(jī)10、節(jié)流閥11、進(jìn)氣管12、電機(jī)13、旋轉(zhuǎn)軸14、推力軸承15、引風(fēng)機(jī)16、掃氣管17、排氣管18、掃氣通道19、掃氣密封隔板20、進(jìn)氣密封隔板21、進(jìn)氣出口22、排氣入口23、掃氣出口24、排氣出口25、掃氣通道口26、掃氣入口

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。在圖1～6所示的實(shí)施例中：

筒體4的兩端封閉，氧化床設(shè)置在筒體4內(nèi)的中心，由催化床體3和貼合在催化床體3上、下側(cè)的蓄熱體2構(gòu)成，其中催化床體3的基體和蓄熱體2均采用堇青石蜂窩陶瓷，蜂窩陶瓷內(nèi)的孔道豎直布置，催化床體3負(fù)載的催化劑采用pt貴金屬催化劑或pd貴金屬催化劑。氧化床與筒體4的頂板間留有距離，構(gòu)成集氣腔，集氣腔內(nèi)設(shè)有多個(gè)垂直布置的加熱器1，加熱器1的頂端固定在筒體4的頂板上。

旋轉(zhuǎn)換向閥安裝在氧化床的底部，包括進(jìn)氣布風(fēng)板5、排氣回風(fēng)板7、掃氣布風(fēng)板8、旋轉(zhuǎn)軸13和電機(jī)12，其中旋轉(zhuǎn)軸13與筒體4共軸線，旋轉(zhuǎn)軸13經(jīng)推力軸承14安裝在筒體4的底板上，旋轉(zhuǎn)軸13的下端穿出筒體4與電機(jī)12的輸出端固定連接，旋轉(zhuǎn)軸13的上端與蓄熱體2留有間隙；進(jìn)氣布風(fēng)板5、排氣回風(fēng)板7和掃氣布風(fēng)板8分別水平固定安裝在旋轉(zhuǎn)軸13的頂部、中部和下部，并與筒體4內(nèi)壁留有間隙；進(jìn)氣布風(fēng)板5、排氣回風(fēng)板7和筒體4構(gòu)成與進(jìn)氣管11連通的進(jìn)氣腔；排氣回風(fēng)板7、掃氣布風(fēng)板8和筒體4構(gòu)成與排氣管17連通的排氣腔；掃氣布風(fēng)板8與筒體4側(cè)壁及筒體4底板構(gòu)成與掃氣管16連通的掃氣腔，其中進(jìn)氣腔與排氣腔的容積相等，掃氣腔的容積為進(jìn)氣腔或排氣腔容積的1/15。進(jìn)氣布風(fēng)板5上開有扇形的進(jìn)氣出口21、排氣入口22和掃氣出口23，排氣回風(fēng)板7上開有扇形的排氣出口24和掃氣通道口25，掃氣布風(fēng)板8上開有扇形的掃氣入口26，其中進(jìn)氣出口21的兩直線邊上豎直安裝有進(jìn)氣密封隔板20，環(huán)繞掃氣出口23豎直安裝有掃氣密封隔板19，且進(jìn)氣出口21、掃氣出口23和排氣入口22之間都留有周向距離；排氣入口22位于排氣出口24的正上方，且兩者大小相等，掃氣出口23與掃氣通道口25均位于掃氣入口26的正上方，且三者大小相等；排氣通道6由連接于排氣入口22與排氣出口24之間的兩垂直平面和外圓弧面以及旋轉(zhuǎn)軸13的側(cè)壁封閉圍成，掃氣通道18由連接于掃氣入口26、掃氣通道口25和掃氣出口23之間的兩垂直平面和外圓弧面以及旋轉(zhuǎn)軸13的側(cè)壁封閉圍成，排氣通道6和掃氣通道18均與筒體4側(cè)壁留有筒體4半徑的1/4距離，使旋轉(zhuǎn)中的進(jìn)氣腔和排氣腔對(duì)應(yīng)與進(jìn)氣管11和排氣管17連通。

旋轉(zhuǎn)換向閥的乏風(fēng)進(jìn)氣口經(jīng)設(shè)有節(jié)流閥10的進(jìn)氣管11接鼓風(fēng)機(jī)9；旋轉(zhuǎn)換向閥的排氣口連接排氣管17，并經(jīng)設(shè)有引風(fēng)機(jī)15和節(jié)流閥10的掃氣管16接通旋轉(zhuǎn)換向閥的掃氣口。