乏风处理系统
技术领域
本实用新型涉及煤矿技术领域，具体而言，涉及一种乏风处理系统。
背景技术
相关技术中，大多数乏风中甲烷浓度在0.3％左右，由于乏风浓度较低，煤矿通常是直接排放到大气，而煤矿泵站抽采的低浓度瓦斯大部分也是排空的，甲烷气体具有很强的温室效应，容易对环境造成影响，乏风中甲烷的销毁和利用属于节能减排的重大课题和亟待填补的空白，具有研究价值。
实用新型内容
本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种乏风处理系统，所述乏风处理系统可以实现污染物零排放。
根据本实用新型实施例的乏风处理系统，包括：掺混装置，所述掺混装置具有乏风入口和瓦斯入口，用于将乏风和瓦斯掺混形成混合物；氧化装置，所述氧化装置与所述瓦斯掺混装置连通，用于将混合物氧化处理并产生高温烟气，所述氧化装置具有第一烟气出口；冷热电联产装置，所述第一烟气出口与所述冷热电联产装置连通，所述冷热电联产装置可将所述高温烟气用于制冷、供热或供电。
根据本实用新型实施例的乏风处理系统，通过将乏风和瓦斯掺混形成混合物，并通入氧化装置中，使混合物被完全氧化，并将得到的高温烟气的热能用于制冷、供热或供电，实现了冷、热、电三联供，由此避免了甲烷直接排放对环境造成影响，该乏风处理系统无次生污染，从而可以满足污染物零排放的环保要求。
根据本实用新型实施例的乏风处理系统，所述氧化装置还具有第二烟气出口，所述第一烟气出口与所述第二烟气出口可切换地通断，所述第二烟气出口与外界大气连通。
根据本实用新型实施例的乏风处理系统，所述氧化装置包括燃烧室、第一热交换器和第二热交换器，所述第一热交换器和所述第二热交换器均与所述燃烧室连通，其中，所述第一热交换器具有第一气体入口和第一气体排放口，所述第二热交换器具有第二气体入口和第二气体排放口，所述第一气体入口和所述第二气体入口中的至少一个与所述掺混装置连通，所述第一气体排放口和所述第二气体排放口中的至少一个与外界连通。
可选地，所述第一热交换器和所述第二热交换器串联，且所述燃烧室位于所述第一热交换器和所述第二热交换器之间。
具体地，所述掺混装置可选择地与所述第一气体入口和所述第二气体入口中的一个连通，在所述掺混装置与所述第一气体入口连通时，所述第一气体排放口封堵，所述第一气体入口与所述第二气体排放口连通；在所述掺混装置与所述第二气体入口连通时，所述第二气体排放口封堵，所述第二气体入口与所述第一气体排放口连通。
进一步地，还包括控制阀，所述控制阀设于所述掺混装置和所述氧化装置之间，用于控制气流的通断，在所述掺混装置与所述第一气体入口连通时，控制所述掺混装置与所述第二气体入口断开；在所述掺混装置与所述第二气体入口连通时，控制所述掺混装置与所述第一气体入口断开。
可选地，所述控制阀为两位三通阀；或者，所述控制阀包括第一控制部和第二控制部，所述第一控制部设于所述掺混装置与所述第一气体入口之间以控制二者之间的通断，所述第二控制部设于所述掺混装置与所述第二气体入口之间以控制二者之间的通断。
根据本实用新型实施例的乏风处理系统，所述冷热电联产装置包括：锅炉，所述锅炉与所述第一烟气出口连通并产生高温高压蒸汽；汽轮机，所述汽轮机与所述锅炉连通，以将蒸汽用于发电；第一换热器，所述第一换热器与所述锅炉连通，所述第一换热器适于将蒸汽转换为热水以用于供暖。
具体地，所述汽轮机与所述第一换热器连通，所述汽轮机内的饱和蒸汽可抽至所述第一换热器。
进一步地，所述冷热电联产装置还包括第二换热器，所述第二换热器与所述锅炉连通，所述第二换热器适于将蒸汽转换为热空气。
进一步地，所述冷热电联产装置还包括制冷机，所述制冷机与所述锅炉连通，利用蒸汽驱动所述制冷机制冷。
根据本实用新型实施例的乏风处理系统，所述掺混装置包括掺混导流板和掺混静态混合器，所述乏风和所述瓦斯通过二次掺混后形成所述混合物。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本实用新型实施例的乏风处理系统的结构示意图；
图2是根据本实用新型实施例的氧化装置的结构示意图。
附图标记：
乏风处理系统100，
掺混装置10，
氧化装置20，第一烟气出口201，第二烟气出口202，第一热交换器21，第一气体入口211，第一气体排放口212，第二热交换器22，第二气体入口221，第二气体排放口222，燃烧室23，控制阀24，
冷热电联产装置30，锅炉31，汽轮机32，第一换热器33，第二换热器34，减温减压器35，发电机36，建筑物37，通风井38，制冷机39，
回风井扩散塔40，瓦斯抽放泵站50，待制冷设备60。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，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”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面参考图1和图2描述根据本实用新型实施例的乏风处理系统100。
如图1和图2所示，根据本实用新型一个实施例的乏风处理系统100包括：掺混装置10、氧化装置20和冷热电联产装置30。
掺混装置10具有乏风入口和瓦斯入口，用于将乏风和瓦斯掺混形成混合物；氧化装置20与瓦斯掺混装置10连通，氧化装置20用于将混合物氧化处理，并产生高温烟气，其中，氧化装置20具有第一烟气出口201，第一烟气出口201与冷热电联产装置30连通，冷热电联产装置30可将高温烟气用于制冷或供热或供电，同时实现冷热电联供。
根据本实用新型实施例的乏风处理系统100，综合利用煤矿瓦斯资源，通过将乏风和瓦斯掺混形成混合物，并通入氧化装置20中，使混合物被完全氧化，并将得到的高温烟气的热能用于制冷，和/或供热，和/或供电，实现了冷、热、电三联供，由此避免了甲烷直接排放对环境造成影响，该乏风处理系统100无次生污染，从而可以满足污染物零排放的环保要求。
根据本实用新型的一个实施例，掺混装置10包括掺混导流板和掺混静态混合器，掺混装置10具有采集部分，具体地，乏风主管从回风井扩散塔40通过引风罩负压采集乏风(通常其甲烷浓度范围为0.1％-0.8％)，在瓦斯抽放泵站50区域，乏风主管从瓦斯排空管通过引风罩负压采集瓦斯(甲烷浓度在3％-30％)，乏风和瓦斯的掺混点(即乏风主管和瓦斯排空管的交汇处)设置掺混导流板，导流板可以加强湍流，以利于两种气体混合实现一次掺混；掺混点下游10米以内设置静态混合器二次掺混，最终使得两种气体在二次掺混点后30米以内掺混均匀，掺混瓦斯浓度目标值为0.8％-1.2％，横截面甲烷浓度差异在±10％以内，优选地，目标值为1.2％。此外，该位置处还具有甲烷浓度监测探头，以监测甲烷浓度值，从而可以在系统实际运行中，根据监测值调节抽放瓦斯处的阀门，以满足氧化装置的处理要求，保证系统的正常运行。
在一些示例中，掺混静态混合器由一系列不同角度和尺寸的导流叶片组成，由此增强气体湍流，快速均匀掺混，避免发生分层现象。进一步地，掺混装置10内还设有除水器，通过设置除水器，以去除混合物中含有的液体及细微灰尘颗粒，避免掺杂杂质影响后续的氧化效果。
在一些示例中，掺混装置10内还设有吹扫结构，吹扫结构由吹扫风机、阀门及管道组成，在掺混装置10启动或停止时都启动吹扫结构进行吹扫，以防止瓦斯在管道内积聚和分层。
根据本实用新型的一个实施例，氧化装置20具有第一烟气出口201和第二烟气出口202，第一烟气出口201与第二烟气出口202可切换地通断，在混合物总量较少时，氧化装置20产生的高温烟气随之较少，因而通过将第二烟气出口202与外界大气连通，使得高温烟气可以直接排放的大气中，甲烷被氧化而不会对大气造成污染，且无次生污染，满足污染物零排放的环保要求。
根据本实用新型的一个具体的实施例，氧化装置20包括燃烧室23、第一热交换器21和第二热交换器22，第一热交换器21和第二热交换器22均与燃烧室23连通，其中，第一热交换器21具有第一气体入口211和第一气体排放口212，第二热交换器22具有第二气体入口221和第二气体排放口222，掺混装置10可以与第一气体入口211连通，也可以与第二气体入口221连通，第一气体排放口212可以与外界连通，第二气体排放口222也可以与外界连通。
第一烟气出口201和第二烟气出口202设置在燃烧室23上，混合物在氧化装置20内发生无火焰氧化反应后可产生约950℃高温烟气，高温烟气通过第一烟气出口201和
第二烟气出口202排出，用于供暖、发电或者进行无污染排放。
其中，每个热交换器填充有足够容积、压降较小、传热均匀的介质，由此可以使混合物中夹带的残留物量降到最小，提高甲烷的分解效率；通过设置两个热交换器，进一步提高了氧化效率，氧化处理效果好。
在一些示例中，第一热交换器21和第二热交换器22串联，且燃烧室23位于第一热交换器21和第二热交换器22之间，混合物可以先进入第一热交换器21内，然后进入燃烧室23燃烧，燃烧后的高温烟气通过第一烟气出口201或第二烟气出口202排出，夹带的残留物进入第二热交换器22，并将产生的低温烟气通过第二气体排放口222排出。当然，混合物也可以先进入第二热交换器22内，然后进入燃烧室23燃烧，燃烧后的高温烟气通过第一烟气出口201或第二烟气出口202排出，夹带的残留物进入第一热交换器21，并将产生的低温烟气通过第一气体排放口212排出。
在一些示例中，掺混装置10可选择地与第一气体入口211和第二气体入口221中的一个连通，在掺混装置10与第一气体入口211连通时，第一气体排放口212封堵，第一气体入口211与第二气体排放口222连通，混合物先进入第一热交换器21内，然后进入燃烧室23燃烧，高温烟气通过第一烟气出口201或第二烟气出口202排出，低温烟气可以通过第二气体排放口222排出；在掺混装置10与第二气体入口221连通时，第二气体排放口222封堵，第二气体入口221与第一气体排放口212连通，混合物先进入第二热交换器22内，然后进入燃烧室23燃烧，高温烟气通过第一烟气出口201或第二烟气出口202排出，低温烟气可以通过第一气体排放口212排出。
在一些示例中，氧化装置20还包括控制阀24，控制阀24设置在掺混装置10和氧化装置20之间，用于控制气流的通断，在掺混装置10与第一气体入口211连通时，控制掺混装置10与第二气体入口221断开；在掺混装置10与第二气体入口221连通时，控制掺混装置10与第一气体入口211断开。
在一些实例中，控制阀24包括第一控制部和第二控制部，第一控制部设置在掺混装置10与第一气体入口211之间，用于控制二者之间的通断，第二控制部设置在掺混装置10与第二气体入口221之间，用于控制二者之间的通断，通过两个控制部的切换，使混合物在氧化装置20内顺时针(如图2中所示的方向)和逆时针(如图2中所示的方向相反的方向)交替流动，此气流方向的切换由PLC控制完成。
在另一些示例中，控制阀24为两位三通阀，通过切换控制阀24内阀体的位置，使得掺混装置10与第一气体入口211连通，或者掺混装置10与第二气体入口221连通，由此使混合物在氧化装置20内顺时针(如图2中所示的方向)和逆时针(如图2中所示的方向相反的方向)流动。
在一些示例中，氧化装置20的内腔采用陶瓷纤维棉进行保温，热交换器内填有耐高温蓄热陶瓷，可以储存氧化后高温烟气所携带的能量，用于预热气体入口掺混后的混合物。燃烧室23内利用燃料点燃，例如喷燃丙烷加热，以维持温度高于甲烷的氧化温度。
在一些示例中，氧化装置20还具有引风机，通过引风机将混合物引入，引风机的使用功率和其配套的电机功率，主要根据氧化装置的乏风处理风量及路径来决定。
在一些示例中，氧化装置20可以通过程序呼叫远程服务中心或人员，以报告任何异常状况，氧化装置20具有连续排放监测系统，连续排放监测系统可以计量气体入口和气体排放口甲烷浓度，能够将数据录入计算机。
根据本实用新型实施例的氧化装置20，通过设置两个热交换器，提高了氧化效率，处理效果好。通过实验验证，氧化装置20可以将甲烷氧化摧毁，且在气体入口的混合物中甲烷浓度不小于0.27％的情况下自行连续运行，氧化装置20维持热平衡的最低甲烷浓度为0.4％以上，氧化效率保证在95％以上。
根据本实用新型的一个实施例，冷热电联产装置30包括：锅炉31、汽轮机32和第一换热器33，锅炉把高温烟气引入炉腔，跟水管里的水做热交换，产出高温高压蒸汽；汽轮机32分别与锅炉31和发电机36连通，蒸汽驱动汽轮机32发电，以将蒸汽用于发电；第一换热器33与锅炉31连通，高温高压蒸汽经减温减压器35的降温和降压处理后，并通过第一换热器33将蒸汽转换为热水，第一换热器33与建筑物37连通，以供给建筑物供暖使用。
在一些示例中，高温高压蒸汽通过主蒸汽管道，引入汽轮机32，凝结水先引入凝水加热器，加热到100℃左右，再进入高压除氧器，从汽轮机32抽汽口引出的蒸汽可以作为煤矿厂区采暖等厂区用汽汽源。汽轮机的凝结水也会回送至锅炉31内。
在一些具体的示例中，汽轮机32与第一换热器33连通，高温高压蒸汽驱动汽轮发电机发电，冬季可从汽轮机32中间级抽出部分饱和蒸汽用于供热，从而实现热电联供。
在一些示例中，冷热电联产装置30还包括第二换热器34，第二换热器34与锅炉31连通，第二换热器34适于将蒸汽转换为热空气，由此可以将热空气通入通风井38，供通风井38通风排气使用。
在一些示例中，冷热电联产装置30还包括制冷机39，制冷机39与锅炉31连通，制冷机39与锅炉31之间可以设置减温减压器35，这里的制冷机39可以为吸收式制冷机，低温低压的蒸汽作为制冷机的蒸汽来源，蒸汽将制冷机39发生器内的吸收剂溶液加热，溶液中的水不断汽化，随着水的不断汽化，发生器内的吸收剂溶液浓度不断升高，进入吸收器；水蒸气进入冷凝器，被冷凝器内的冷却水降温后凝结，成为高压低温的液态水；当冷凝器内的水通过节流阀进入蒸发器时，急速膨胀而汽化，并在汽化过程中大量吸收蒸发器内冷媒水的热量，从而达到降温制冷的目的，从而可以给待制冷设备60提供制冷，待制冷设备60可以为井、厂房、办公楼及宿舍，即为井下降温，给厂房、办公楼及宿舍等区域制冷，由此使得乏风处理系统100实现了冷、热、电三联供。
在一些示例中，锅炉31采用全自然的水循环方式，补水可以来自厂区除盐水管道。高温烟气经过高温蒸发器、高温过热器、低温过热器、省煤器、除氧器蒸发器和凝水加热器，高温烟气最后降到约90℃左右排出锅炉。此外，锅炉31自带除氧蒸发器，无需额外提供除氧蒸汽。
经过实验分析验证，乏风及瓦斯中的每小时纯甲烷流量为108Nm3/min，6台氧化装置20满负荷运行，每小时产生14.4×104Nm3高温烟气，配套建设1台60t/h高温高压锅炉和1×15MW抽凝汽轮发电机组(空冷)，瓦斯摧毁率达99％以上，每年净供电总量可达92394MWh，冬季通过汽轮机32中间级抽汽可供热提供最大10t/h供热能力。
根据本实用新型实施例的乏风处理系统100，煤矿乏风及瓦斯全部氧化，并将其产生的热能用于发电和供暖，使煤矿企业环保达到零排放的标准，实现了煤矿乏风及瓦斯全利用、零排放，解决了乏风及瓦斯直接排空过程中温室气体排放和煤尘微粒排放的问题，克服了传统低浓度瓦斯内燃机发电技术引发的氮氧化物次生污染。
此外，通过冷热电联产装置30替代煤矿风井现有小型燃煤锅炉，实现制冷、供暖、发电、冷热电联供的自由切换，有效实现了冷热电联产，获取极大经济收益。
且针对各种环境下的自动化控制系统，本乏风处理系统100保证在安全的基础上自主切换、智能控制、安全生产；符合国家倡导的“以用促抽，以抽保安”的煤矿瓦斯安全治理方针，可以产生显著的安全效益、环境效益和资源综合利用的经济效益。
根据本实用新型实施例的乏风处理系统100的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
