專利名稱：低濃度瓦斯熱對流浮升收集裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及瓦斯氣體的收集，特別是涉及一種低濃度瓦斯熱對流浮升收集裝置。
技術背景我國是煤炭生產大國，據統計礦井煤層氣資源總量達35億萬m3，與陸地上天然氣的 儲量相當，僅次于俄羅斯、加拿大的第三大煤層氣儲藏國。我國每年有100 150億m3 的純甲烷混入礦井風流中以低濃度的形式通過乏風排空。一方面損失了巨大的不可再生能 源資源，造成了嚴重浪費；另一方面甲垸對環境是強污染氣體，其臭氧層破壞效果是C02 的7倍，溫室效應是C02的21倍；此外，煤礦通風瓦斯的排放還會給煤礦生產帶來嚴重 的安全隱患。因此如何收集濃度低于1. 5%的風排瓦斯混合氣體就成為一個急需解決的問題。 發明內容針對上述缺陷，本發明提供的低濃度瓦斯熱對流浮升收集裝置，用于分離收集濃度低 于1. 5%的風排瓦斯混合氣體，可在保證瓦斯氣體安全濃度的范圍內對礦井風排瓦斯氣體 實現減量收集，為后續工藝對瓦斯混合氣體進行濃縮創造條件。本發明提供的低濃度瓦斯熱對流浮升收集裝置，包括殼體(8)，該殼體(8)內設置 有導入段(1)、與該導入段(1)連通的浮升收集段(2)和與該浮升收集段(2)連通的 分離段(3)，所述導入段(1)內豎直方向設置有至少一塊導入隔板(4)，該導入隔板(4) 將導入段(1)分隔成至少兩個導入流道，所述浮升收集段(2)內豎直方向設置有至少一 塊收集隔板(5)，該收集隔板(5)將浮升收集段(2)分隔成至少兩個收集流道，兩側兩 個收集流道中的至少一個流道設置有加熱裝置(7)，所述分離段(3)內橫向設置有分離 隔板(6),,該分離隔板(6)將分離段(3)分隔成兩個分離流道。優選地，上述導入隔板(4)有三塊，并且將導入段(1)分隔成四個導入流道，上述 收集隔板(5)有三塊，將浮升收集段(2)分隔成四個收集流道，并且所述三塊收集隔板 (5)中中間一塊收集隔板(5)的上下兩端都長于其他兩塊，兩側兩個收集流道中分別設 置有加熱裝置(7)。優選地，上述三塊收集隔板(5)中中間一塊收集隔板(5)的上下兩端都接觸殼體(8)， 將收集流道隔斷。優選地，上述導入隔板(4)有五塊，并且將導入段(1)分隔成六個導入流道，上述 收集隔板(5)有五塊，將浮升收集段(2)分隔成六個收集流道，并且所述五塊收集隔板 (5)中中間一塊收集隔板(5)的上下兩端都長于其他四塊，兩側兩個收集流道中分別設 置有加熱裝置(7)。
優選地，上述五塊收集隔板(5)中中間一塊收集隔板(5)的上下兩端都接觸殼體(8)， 將收集流道隔斷。
優選地，上述導入隔板(4)有七塊，并且將導入段(1)分隔成八個導入流道，上述 收集隔板(5)有七塊，將浮升收集段(2)分隔成八個收集流道，并且所述七塊收集隔板 (5)中中間一塊收集隔板(5)的上下兩端都長于其他六塊，兩側兩個收集流道中分別設 置有加熱裝置(7)。
優選地，上述七塊收集隔板(5)中中間一塊收集隔板(5)的上下兩端都接觸殼體(8)， 將收集流道隔斷。
優選地，上述浮升收集段(2)為傾斜設置
發明提供的低濃度瓦斯熱對流浮升收集裝置，根據低濃度瓦斯氣體的平面層流流動和 擴散規律，采用狹長矩形截面收集流道并用加熱裝置加熱，使收集流道中至少一個收集流 道中的瓦斯混合氣體產生向上的熱對流,而其他流道中相對溫度較低的瓦斯混合氣體則產 生向下的對流，并通過收集段底部通道對加熱的收集流道進行補充，使用狹長矩形截面流 道的目的是使低濃度瓦斯氣體的流動保持為層流。
根據N-S方程，當某氣體微團與周圍氣體存在溫度差而產生體積膨脹導致其密度降 低，從而產生"浮力"A化。當該氣體微團的浮力大于阻礙其運動的阻力時產生浮升。 在至少一個收集流道中安裝適當形式的加熱器，當低濃度瓦斯混合氣體流過此通道時，氣體受熱膨脹，密度降低，因而產生了導致其上升對流的"浮力"，而其他收集流道,于氣 體未被加熱，溫度較低，因此形成循環對流。為確保產生穩定的層流對流，浮升收集段的 上部保持氣體流通，以方便熱瓦斯氣體的擴散和流動，熱瓦斯混合氣體浮升到流道上部后 由于與氣體混合使其溫度降低。在后續熱瓦斯混合氣體的推動下，根據重力浮升原理，其 中的空氣由于其密度較大而繼續下降。而密度相對較低的瓦斯氣體基本停留在浮升收集段 的上部空間內，并隨主流動一起向前流動。為確保瓦斯氣體能在浮升后富集在流道的上部 空間內，因此控制浮升過程中的氣體對流速度和沿流道軸向運動速度就成為整個問題的關 鍵。控制浮升速度的關鍵是控制浮升氣體與周圍其他氣體的溫度差及流道的幾何尺寸。為更有效地進行瓦斯氣體的浮升分離，將流道設計成傾斜上升或下降的形式，使主流動配合 重力浮升。
流道的形狀可以是矩形或其它形狀，如頂部為弧形等。當瓦斯混合氣體進入有流道分 隔板和加熱裝置等組成的傾斜的浮升收集段。傾斜的形式可以是向上傾斜，也可以是向下 傾斜。從浮升收集段流出的瓦斯混合氣體中，絕大部分都富集在上部，因此在分離段根據 出口處瓦斯氣體的濃度監測情況調節分離隔板的高度， 一方面確保流道下部的空氣被分離 出去，另一方面保證所收集的瓦斯混合氣體的濃度低于5%的安全線。
本發明提供的低濃度瓦斯熱對流浮升收集裝置可在保證瓦斯氣體安全濃度的范圍內 對礦井風排瓦斯氣體實現減量收集，為后續工藝對瓦斯混合氣體進行濃縮創造條件。
圖1是本發明實施例1的整體結構示意圖2是本發明實施例1的導入段結構示意圖3是本發明實施例1的收集段結構示意圖4是本發明實施例1的分離段結構示意圖5是本發明實施例1的氣體流向示意圖6是本發明實施例組合結構的導入段結構示意圖7是本發明實施例組合結構的收集段結構示意圖8是本發明實施例組合結構的分離段結構示意圖。
具體實施例方式
實施例h
如圖l、圖2、圖3和圖4所示，本發明實施例l提供的低濃度瓦斯熱對流浮升收集 裝置，包括殼體(8)，該殼體(8)內設置有導入段(1)、與該導入段(1)連通的.浮升收 集段(2)和與該浮升收集段(2)連通的分離段(3)，所述導入段(1)內豎直方向設置 有五塊導入隔板(4)，該五塊導入隔板(4)將導入段(1)分隔成六個導入流道，所述浮 升收集段(2)內豎直方向設置有五塊收集隔板(5)，該五塊收集隔板(5)將浮升收集段 (2)分隔成六個收集流道，兩側的收集流道中分別設置有加熱裝置(7)，所述分離段(3) 內橫向設置有分離隔板(6)，該分離隔板(6)將分離段(3)分隔成上下兩個分離流道， 各個流道的頂部為弧形，收集段(2)向下傾斜設置。上述五塊收集隔板(5)中中間一塊 收集隔板(5)的上下兩端都接觸殼體(8)，將收集流道隔斷。當然，流道的形狀也可以是矩形或其它形狀，傾斜的形式也可以是向上傾斜，五塊收 集隔板(5)中中間一塊收集隔板(5)也可以上下兩端都接觸殼體(8)，而是上下兩端都 長于其他四塊。如圖5所示，本發明實施例1提供的低濃度瓦斯熱對流浮升收集裝置，根據低濃度瓦 斯氣體的平面層流流動和擴散規律，采用狹長矩形截面收集流道并用加熱裝置加熱，使收 集流道中兩側的收集流道中的瓦斯混合氣體產生向上的熱對流，而其他流道中相對溫度較 低的瓦斯混合氣體則產生向下的對流，并通過收集段底部通道對加熱的收集流道進行補 充，使用狹長矩形截面流道的目的是使低濃度瓦斯氣體的流動保持為層流。根據N-S方程，當某氣體微團與周圍氣體存在溫度差而產生體積膨脹導致其密度降 低，從而產生"浮力"A浮。當該氣體微團的浮力大于阻礙其運動的阻力時產生浮升。 在至少一個收集流道中安裝適當形式的加熱器，當低濃度瓦斯混合氣體流過此通道時，氣體受熱膨脹，密度降低，因而產生了導致其上升對流的"浮力"，而其他收集流道由于氣 體未被加熱，溫度較低，因此形成循環對流。為確保產生穩定的層流對流，浮升收集段的 上部保持氣體流通，以方便熱瓦斯氣體的擴散和流動，熱瓦斯混合氣體浮升到流道上部后 由于與氣體混合使其溫度降低。在后續熱瓦斯混合氣體的推動下，根據重力浮升原理，其中的空氣由于其密度較大而繼續下降。而密度相對較低的瓦斯氣體基本停留在浮升收集段 的上部空間內，并隨主流動一起向前流動。為確保瓦斯氣體能在浮升后富集在流道的上部 空間內，因此控制浮升過程中的氣體對流速度和沿流道軸向運動速度就成為整個問題的關 鍵。控制浮升速度的關鍵是控制浮升氣體與周圍其他氣體的溫度差及流道的幾何尺寸。為 更有效地進行瓦斯氣體的浮升分離，將流道設計成傾斜上升或下降的形式，使主流動配合 重力浮升。從收集段流出的瓦斯混合氣體中，絕大部分都富集在上部，因此在分離段根據出口處 瓦斯氣體的濃度監測情況調節分離隔板的高度， 一方面確保流道下部的空氣被分離出去， 另一方面保證所收集的瓦斯混合氣體的濃度低于5%的安全線。實施例2:本發明實施例2提供的低濃度瓦斯熱對流浮升收集裝置，包括殼體(8)，該殼體(8) 內設置有導入段(1)、與該導入段(1)連通的浮升收集段(2)和與該浮升收集段(2) 連通的分離段(3)，所述導入段(1)內豎直方向設置有一塊導入隔板(4)，該一塊導入 隔板(4)將導入段(1)分隔成兩個導入流道，所述浮升收集段(2)內豎直方向設置有一塊收集隔板(5)，該一塊收集隔板(5)將浮升收集段(2)分隔成兩個收集流道，兩側 的收集流道中的一個設置有加熱裝置(7)，所述分離段(3)內橫向設置有分離隔板(6)， 該分離隔板(6)將分離段(3)分隔成上下兩個分離流道，各個流道的頂部為弧形，收集 段(2)向下傾斜設置。當然，流道的形狀也可以是矩形或其它形狀，傾斜的形式也可以 是向上傾斜。
本發明實施例2與實施例1的原理一樣，主要區別在于收集段中瓦斯混合氣體只在兩 個流道中循環。 實施例3:
本發明實施例3提供的低濃度瓦斯熱對流浮升收集裝置，包括殼體(8)，該殼體(8) 內設置有導入段(1)、與該導入段(1)連通的浮升收集段(2)和與該浮升收集段(2) 連通的分離段(3)，所述導入段(1)內豎直方向設置有三塊導入隔板(4)，該三塊導入 隔板(4)將導入段(1)分隔成四個導入流道，所述浮升收集段(2)內豎直方向設置有 三塊收集隔板(5)，該三塊收集隔板(5)將浮升收集段(2)分隔成四個收集流道，兩側 的收集流道中分別設置有加熱裝置(7)，所述分離段(3)內橫向設置有分離隔板(6)， 該分離隔板(6)將分離段(3)分隔成上下兩個分離流道，各個流道的頂部為弧形，收集 段(2)向下傾斜設置。當然，流道的形狀也可以是矩形或其它形狀，傾斜的形式也可以 是向上傾斜，三塊收集隔板(5)中中間的一塊可以是上下兩端都接觸殼體(8)，也可以 上下兩端都長于其他兩塊。
本發明實施例3與實施例1的原理一樣當三塊收集隔板(5)中中間的一塊上下兩 端都接觸殼體(8)時，在收集段中瓦斯混合氣體分別在兩個流道中循環；當三塊收集隔 板(5)中中間的一塊上下兩端都長于其他兩塊而不接觸殼體(8)時，在收集段中瓦斯混 合氣體在兩側的兩個流道中上升，而在中間的兩個流道中下降，實現循環。
實施例4:
本發明實施例4提供的低濃度瓦斯熱對流浮升收集裝置，包括殼體(8)，該殼體(8) 內設置有導入段(1)、與該導入段(1)連通的浮升收集段(2)和與該浮升收集段(2) 連通的分離段(3)，所述導入段(1)內豎直方向設置有七塊導入隔板(4)，該七塊導入 隔板(4)將導入段(1)分隔成八個導入流道，所述浮升收集段(2)內豎直方向設置有 七塊收集隔板(5)，該七塊收集隔板(5)將浮升收集段(2)分隔成八個收集流道，兩側 的收集流道中分別設置有加熱裝置(7),所述分離段(3)內橫向設置有分離隔板(6)，該分離隔板(6)將分離段(3)分隔成上下兩個分離流道，各個流道的頂部為弧形，收集 段(2)向下傾斜設置。當然，流道的形狀也可以是矩形或其它形狀，傾斜的形式也可以 是向上傾斜，七塊收集隔板(5)中中間的一塊可以是上下兩端都接觸殼體(8)，也可以
上下兩端都長于其他六塊。
本發明實施例4與實施例1的原理一樣當七塊收集隔板(5)中中間的一塊上下兩 端都接觸殼體(8)時，在收集段中瓦斯混合氣體分別在三個流道中循環；當七塊收集隔 板(5)中中間的一塊上下兩端都長于其他兩塊而不接觸殼體(8)時，在收集段中瓦斯混 合氣體在兩側的兩個流道中上升，而在中間的四個流道中下降，實現循環。
實施例5:
本發明實施例5提供的低濃度瓦斯熱對流浮升收集裝置，將實施例1提供的低濃度瓦 斯熱對流浮升收集裝置作為一個單元，把三個這樣的單元組合在一起形成組合裝置，該組 合裝置的導入段結構如圖6所示，該組合裝置的收集段結構如圖7所示，該組合裝置的分 離段結構如圖8所示，各個單元內的工作原理與本發明實施例l相同。當然，還可以把兩 個、四個或五個這樣的單元進行組合，形成組合裝置。
本發明實施例提供的低濃度瓦斯熱對流浮升收集裝置的使用范圍將瓦斯濃度在 0. 5% 1. 5%的氣體濃縮成瓦斯濃度為3% 4%的氣體。嚴格控制在浮升收集過程中，所有區 域的瓦斯濃度低于5%。
本發明實施例提供的低濃度瓦斯熱對流浮升收集裝置可在保證瓦斯氣體安全濃度的 范圍內對礦井風排瓦斯氣體實現減量收集，為后續工藝對瓦斯混合氣體進行濃縮創造條 件。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來 說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視 為本發明的保護范圍。
權利要求
1、一種低濃度瓦斯熱對流浮升收集裝置，其特征在于，包括殼體(8)，該殼體(8)內設置有導入段(1)、與該導入段(1)連通的浮升收集段(2)和與該浮升收集段(2)連通的分離段(3)，所述導入段(1)內豎直方向設置有至少一塊導入隔板(4)，該導入隔板(4)將導入段(1)分隔成至少兩個導入流道，所述浮升收集段(2)內豎直方向設置有至少一塊收集隔板(5)，該收集隔板(5)將浮升收集段(2)分隔成至少兩個收集流道，兩側兩個收集流道中的至少一個流道設置有加熱裝置(7)，所述分離段(3)內橫向設置有分離隔板(6)，該分離隔板(6)將分離段(3)分隔成兩個分離流道。
2、 根據權利要求1所述的低濃度瓦斯熱對流浮升收集裝置，其特征在于，上述導入隔 板(4)有三塊，并且將導入段(1)分隔成四個導入流道，上述收集隔板(5)有三塊，將 浮升收集段(2)分隔成四個收集流道，并且所述三塊收集隔板(5)中中間一塊收集隔板(5) 的上下兩端都長于其他兩塊，兩側兩個收集流道中分別設置有加熱裝置(7)。
3、 根據權利要求2所述的低濃度瓦斯熱對流浮升收集裝置，其特征在于，上述三塊收 集隔板(5)中中間一塊收集隔板(5)的上下兩端都接觸殼體(8)，將收集流道隔斷。
4、 根據權利要求1所述的低濃度瓦斯熱對流浮升收集裝置，其特征在于，上述導入隔 板(4)有五塊，并且將導入段(1)分隔成六個導入流道，上述收集隔板(5)有五塊，將 浮升收集段(2)分隔成六個收集流道，并且所述五塊收集隔板(5)中中間一塊收集隔板(5)的上下兩端都長于其他四塊，兩側兩個收集流道中分別設置有加熱裝置(7)。
5、 根據權利要求4所述的低濃度瓦斯熱對流浮升收集裝置，其特征在于，上述五塊收 集隔板(5)中中間一塊收集隔板(5)的上下兩端都接觸殼體(8)，將收集流道隔斷。
6、 根據權利要求1所述的低濃度瓦斯熱對流浮升收集裝置，其特征在于，上述導入隔 板(4)有七塊，并且將導入段(1)分隔成八個導入流道，上述收集隔板(5)有七塊，將 浮升收集段(2)分隔成八個收集流道，并且所述七塊收集隔板(5)中中間一塊收集隔板(5)的上下兩端都長于其他六塊，兩側兩個收集流道中分別設置有加熱裝置(7)。
7、 根據權利要求6所述的低濃度瓦斯熱對流浮升收集裝置，其特征在于，上述七塊收 集隔板(5)中中間一塊收集隔板(5)的上下兩端都接觸殼體(8)，將收集流道隔斷。
8、 根據權利要求1-8中任何一項所述的低濃度瓦斯熱對流浮升收集裝置，其特征在于， 上述浮升收集段(2)為傾斜設置。
全文摘要
本發明提供的低濃度瓦斯熱對流浮升收集裝置，包括殼體(8)，該殼體(8)內設置有導入段(1)、與該導入段(1)連通的浮升收集段(2)和與該浮升收集段(2)連通的分離段(3)，所述導入段(1)內豎直方向設置有至少一塊導入隔板(4)，該導入隔板(4)將導入段(1)分隔成至少兩個導入流道，所述浮升收集段(2)內豎直方向設置有至少一塊收集隔板(5)，該收集隔板(5)將浮升收集段(2)分隔成至少兩個收集流道，兩側兩個收集流道中的至少一個流道設置有加熱裝置(7)，所述分離段(3)內橫向設置有分離隔板(6)，該分離隔板(6)將分離段(3)分隔成兩個分離流道。
文檔編號E21F7/00GK101408112SQ20081023612
公開日2009年4月15日 申請日期2008年11月24日 優先權日2008年11月24日
發明者陳啟東 申請人:常熟理工學院