一种多孔介质燃烧装置和低浓度煤矿瓦斯的治理方法与流程

1.本发明涉及煤矿瓦斯治理技术领域，具体为一种多孔介质燃烧装置和低浓度煤矿瓦斯的治理方法。

背景技术：

2.煤炭瓦斯的主要成分是甲烷，当前煤矿瓦斯抽采的瓦斯气体中，甲烷浓度往往在 3％～30％。在甲烷浓度较高时，煤炭瓦斯可以直接用于内燃机发电、燃气轮机发电等技术，但是当甲烷浓度低于6％时，并没有十分成熟的治理技术，大多数煤炭开采企业甚至将其排放到大气中。所以对低浓度煤炭瓦斯的治理值得我们积极探索。
3.现阶段有学者和企业探究新型的多孔介质燃烧技术对低浓度煤炭瓦斯进行利用和治理，如公开(公告)号为cn109519942a的中国发明专利公开了一种精准自预热式安全节能型蓄热燃烧系统及方法，利用低热值的煤矿瓦斯或者天然气在多孔介质内进行燃烧，产生的燃烧热和余热进行发电、制冷、供暖等，为低浓度煤矿瓦斯的治理提出了很好的思路，但是该专利忽略了煤矿瓦斯在抽采过程中产量巨大的问题，无法灵活的定量治理，一旦抽采了大量的低浓度煤矿瓦斯需要治理，则需要装设大量的进气管、排气管、阀门等设备，提高了设备成本，并且后期的调控十分不便。

技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种多孔介质燃烧装置和低浓度煤矿瓦斯的治理方法，以达到针对不同抽采量的低浓度煤矿瓦斯进行定量治理的目标。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多孔介质燃烧装置，包括进气预混室、排气室以及连通于两者之间的燃烧室组件，所述进气预混室的侧端设有若干瓦斯出口，所述排气室的侧端设有和瓦斯出口数量一致的烟气进口，所述燃烧室组件的数量和瓦斯出口的数量一致，所述燃烧室组件的两侧分别可拆卸的连接于瓦斯出口和烟气进口。通过该结构可以根据低浓度煤矿瓦斯的抽采量增减燃烧室组件的数量，以达到针对不同抽采量的低浓度煤矿瓦斯进行定量治理的目标。
6.作为优选方案，所述瓦斯出口和烟气进口分别可拆卸的连接有密封挡板，在不需要装设燃烧室组件时，使用密封挡板将瓦斯出口和烟气进口密封。
7.作为优选方案，所述燃烧室组件包括燃烧室本体，所述燃烧室本体设有点火孔，所述燃烧室本体两侧分别设有燃料入口和燃气出口。所述燃料入口连通所述瓦斯出口，所述燃气出口连通所述烟气进口，所述燃料入口和燃气出口均为水平设置，水平设置的方式可使燃料有充分的预热时间，促进低浓度煤矿瓦斯的预热效果。
8.作为优选方案，所述燃料入口和瓦斯出口之间通过法兰密封连接，所述燃气出口和烟气进口之间通过法兰密封连接，在确保密封性的同时，方便拆卸。
9.作为优选方案，所述燃烧室本体内部设有支撑骨架和连接于支撑骨架上端的多孔介质层。所述多孔介质层是泡沫陶瓷颗粒，所述泡沫陶瓷颗粒设置为大小颗粒交叉排布。通
过在燃烧室本体内设置多孔介质层，使低浓度煤矿瓦斯燃烧更充分，提高能量利用效率
10.作为优选方案，所述多孔介质层的表面涂布有催化剂涂层。所述催化剂涂层是六铝酸盐。通过布设催化剂涂层，可增加燃烧装置整体的燃烧稳定性和抗烧结性。
11.本发明还提供一种低浓度煤矿瓦斯的治理方法，使用上述任一项方案所述的多孔介质燃烧装置对低浓度煤矿瓦斯进行燃烧治理，燃烧产生的烟气和燃烧热通过排气室输送至二级管道，可以进行发电、制冷、供暖等作业。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
13.1)本发明通过改进燃烧室组件和进气预混室、排气室的连接方式，对应的改进燃烧室组件和进气预混室、排气室的结构，通过在进气预混室和排气室一侧开设若干连接口，进而可以根据低浓度煤矿瓦斯的抽采量增减燃烧室组件的数量，当抽采量增加时拆除密封挡板，在进气预混室和排气室之间增加安装燃烧室组件，当抽采量下降时则拆除多余的燃烧室组件，重新安装密封挡板，本发明通过精巧的结构、便捷的操作可达到对低浓度煤矿瓦斯定量治理的目标，具备良好的应用前景。
14.2)通过将燃烧室本体的燃料入口和燃气出口设置为水平布置，可以使低浓度煤矿瓦斯得到充分的预热，使得后续的燃烧更加稳定，可以更大效率利用所产生的燃烧热。
附图说明
15.图1为本发明多孔介质燃烧装置的整体结构示意图；
16.图2为本发明多孔介质燃烧装置的剖视图；
17.图3为本发明中燃烧室组件的结构示意图。
18.图中各个标号意义为：
19.1、燃烧室组件；2、进气预混室；3、排气室；4、密封挡板；21、进气管口；22、储气室；221、瓦斯出口；31、烟气进口；101、燃烧室本体；102、燃料入口；103、燃气出口；104、支撑骨架；105、多孔介质层；106、点火孔。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
22.参见图1-图2，本实施例公开了一种多孔介质燃烧装置，包括进气预混室2、排气室 3以及燃烧室组件1。燃烧室组件1连接于进气预混室2和排气室3之间，并分别和进气预混室2、排气室3连通，低浓度煤矿瓦斯由进气预混室2进入，在燃烧室组件1内经过充分的燃烧后，由排气室3输送至二级管道，进而进行发电、制冷或供暖作业。
23.具体的，进气预混室2用于低浓度煤矿瓦斯进气、储气使用，包括呈l形设置的进气管口21和储气室22，进气管口21连通于储气室22的下端，为水平设置，为确保储气的密闭效果，进气管口21和储气室22优选设置为一体成型连接。于储气室22的侧端设有瓦斯出口221，通过该瓦斯出口221连通燃烧室组件1，该瓦斯出口221设置于进气管口 21的相对端。
24.排气室3用于燃烧后的烟气排出，与其他二级管道连接，用于后续作业。排气室3的侧端设有烟气进口31，通过该烟气进口31连通燃烧室组件1。
25.参见图3，燃烧室组件1进一步包括燃烧室本体101，于燃烧室本体101的两侧分别设有燃料入口102和燃气出口103，燃料入口102和上述瓦斯出口221连通，燃气出口103 和上述烟气进口31连通，本实施例中，燃料入口102和燃气出口103均设置为水平布置，且各凸出燃烧室本体101一部分，使燃料入口102和燃气出口103更便于和瓦斯出口221、烟气进口31连通，且水平设置的方式可促进低浓度煤矿瓦斯的预热作用。于燃烧室本体 101的内部连接有支撑骨架104和连接于支撑骨架104上端的多孔介质层105，支撑骨架 104为带有渗透孔的挡板，用于对多孔介质层105进行支撑，同时便于燃气透过该挡板进入多孔介质层105，多孔介质层105以泡沫陶瓷颗粒作为载体，采用大小颗粒交叉排布的方式进行排列，形成上下交错的多层结构，其层数可以根据燃烧需求进行增减设置。通过在燃烧室本体101内设置多孔介质层105，使低浓度煤矿瓦斯燃烧更充分，提高能量利用效率。于燃烧室本体101的侧面上部还设有点火孔106。在一个较佳的实施例中，于多孔介质层105的表面涂布有催化剂涂层，通过布设催化剂涂层，可增加燃烧装置整体的燃烧稳定性和抗烧结性，本实施例中，催化剂涂层设置为六铝酸盐。可以理解的是，多孔介质层105的孔密度、孔隙率、层数等参数可以根据煤矿瓦斯浓度的变化做出适当的调整。
26.图2示出了本发明所提供的多孔介质燃烧装置的剖视图，其展示了低浓度煤矿瓦斯在燃烧装置内的流动方向，低浓度煤矿瓦斯由进气预混室2进入装置，经过预热，在燃烧室组件1内稳定燃烧，经过对流、传热辐射，产生大量的高温烟气和燃烧热，经过排气室3 排出，输送至发电、制冷、供暖等二级管道内进行利用。
27.本实施例中，燃烧室组件1可拆卸的连接于进气预混室2和排气室3之间，即燃料入口102、燃气出口103分别和瓦斯出口221、烟气进口31可拆卸连接，优选为采用密封法兰连接，确保密封性的同时，便于拆装。为便于不同抽采量的低浓度煤矿瓦斯进行治理，本实施例中，燃烧室组件1至少设置为一组，可设置为若干组，对应的，瓦斯出口221和烟气进口31均与燃烧室组件1的数量相对应，瓦斯出口221在储气室22的侧端沿竖直方向依次排布，烟气进口31在排气室3的侧端沿竖直方向依次排布，燃烧室组件1也于竖直方向呈依次排布。进一步，瓦斯出口221和烟气进口31均可拆卸的连接有密封挡板4，在不需要装设燃烧室组件1时，使用密封挡板4将瓦斯出口221和烟气进口31密封即可。如每组燃烧室组件1在单位时间内可以治理体积为m的低浓度煤矿瓦斯，该煤矿单位时间抽采的低浓度煤矿瓦斯体积为3m，则装设3台燃烧室组件1即可满足治理的要求，未装设燃烧室组件1的连接口则采用密封挡板4阻隔。
28.为便于理解，示例性的，将本发明的工作原理介绍如下：基于进气预混室2、排气室 3一侧可拆卸连接的瓦斯出口221和烟气进口31，可以在两者之间根据需要治理的低浓度煤矿瓦斯的抽采量自主选择需要安装的燃烧室组件1的数量，并且未安装燃烧室组件1的连接口可以使用密封挡板4进行密封。其中燃烧室本体101的燃料入口102和燃气出口103 均为
水平布置，可以使低浓度煤矿瓦斯得到充分的预热，从而在燃烧室本体101内充分稳定的燃烧，燃烧产生的烟气和燃烧热通过排气室3输送至二级管道，可以进行发电、制冷、供暖等作业。
29.本发明将传统的燃料输送管道和烟气输送管道分别改造成进气预混室2和排气室3，并通过改进燃烧室组件1和进气预混室2、排气室3的连接方式，对应的改进燃烧室组件 1和进气预混室2、排气室3的结构，通过在进气预混室2和排气室3一侧开设若干连接口，进而可以根据低浓度煤矿瓦斯的抽采量增减燃烧室组件1的数量，多孔介质层105由泡沫陶瓷颗粒组成，采用大小颗粒交叉排布的方式排列，形成上下交错的多层结构。本发明所提供的多孔介质燃烧装置对低浓度煤矿瓦斯的治理工作提供了新的方法，有效解决了甲烷浓度低于6％的煤矿瓦斯的减排问题，可以应对多变的煤矿瓦斯抽采工作，同时该燃烧装置减少了后期的管道和设备的敷设成本、降低低浓度煤矿瓦斯治理工作的时间成本和经济成本，具备良好的应用前景。
30.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：

1.一种多孔介质燃烧装置，其特征在于，包括进气预混室(2)、排气室(3)以及连通于两者之间的燃烧室组件(1)，所述进气预混室(2)的侧端设有若干瓦斯出口(221)，所述排气室(3)的侧端设有和瓦斯出口(221)数量一致的烟气进口(31)，所述燃烧室组件(1)的数量和瓦斯出口(221)的数量一致，所述燃烧室组件(1)的两侧分别可拆卸的连接于瓦斯出口(221)和烟气进口(31)。2.根据权利要求1所述的多孔介质燃烧装置，其特征在于，所述瓦斯出口(221)和烟气进口(31)分别可拆卸的连接有密封挡板(4)。3.根据权利要求1所述的多孔介质燃烧装置，其特征在于，所述燃烧室组件(1)包括燃烧室本体(101)，所述燃烧室本体(101)设有点火孔(106)，所述燃烧室本体(101)两侧分别设有燃料入口(102)和燃气出口(103)。4.根据权利要求3所述的多孔介质燃烧装置，其特征在于，所述燃料入口(102)连通所述瓦斯出口(221)，所述燃气出口(103)连通所述烟气进口(31)，所述燃料入口(102)和燃气出口(103)均为水平设置。5.根据权利要求4所述的多孔介质燃烧装置，其特征在于，所述燃料入口(102)和瓦斯出口(221)之间通过法兰密封连接，所述燃气出口(103)和烟气进口(31)之间通过法兰密封连接。6.根据权利要求3所述的多孔介质燃烧装置，其特征在于，所述燃烧室本体(101)内部设有支撑骨架(104)和连接于支撑骨架(104)上端的多孔介质层(105)。7.根据权利要求6所述的多孔介质燃烧装置，其特征在于，所述多孔介质层(105)是泡沫陶瓷颗粒，所述泡沫陶瓷颗粒设置为大小颗粒交叉排布。8.根据权利要求6所述的多孔介质燃烧装置，其特征在于，所述多孔介质层(105)的表面涂布有催化剂涂层。9.根据权利要求8所述的多孔介质燃烧装置，其特征在于，所述催化剂涂层是六铝酸盐。10.一种低浓度煤矿瓦斯的治理方法，其特征在于，使用权利要求1-9任一项所述的多孔介质燃烧装置对所述低浓度煤矿瓦斯进行燃烧治理。

技术总结

本发明涉及一种多孔介质燃烧装置和低浓度煤矿瓦斯的治理方法，多孔介质燃烧装置包括进气预混室、排气室以及连通于两者之间的燃烧室组件，所述进气预混室的侧端设有若干瓦斯出口，所述排气室的侧端设有和瓦斯出口数量一致的烟气进口，所述燃烧室组件的数量和瓦斯出口的数量一致，所述燃烧室组件的两侧分别可拆卸的连接于瓦斯出口和烟气进口。本发明通过在进气预混室和排气室一侧开设若干连接口，燃烧室组件可拆卸的连接于两者之间，进而可以根据低浓度煤矿瓦斯的抽采量增减燃烧室组件的数量，以达到针对不同抽采量的低浓度煤矿瓦斯进行定量治理的目标。定量治理的目标。定量治理的目标。