CN103952201B - 一种低浓度瓦斯气流无动力提纯减排装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种低浓度瓦斯气流无动力提纯减排装置，能够安装于矿井排气扇扩散器或抽放瓦斯排放管末端，通过扩大通道断面、增大局部阻力、调节出口大小等方式降低气体流速，使密度较低的瓦斯积聚于风筒上部，并通过瓦斯上升流动管进入上一层降速风筒，最终在最上层的瓦斯汇集管积聚并输出利用。当各降速风筒出口处瓦斯浓度不能达到排放标准时，可通过减小风筒出口大小、加长降速风筒长度和增加瓦斯上升流动管数量进行调节，或接入另一套本装置进行二级提纯；当瓦斯汇集管瓦斯浓度不能达到利用要求时，也在该出口接入另一套本装置进行二级提纯，直到满足利用要求。该装置结构简单、节能环保、易操作、低成本、可重复使用，可广泛应用于低浓度瓦斯提纯。
Description
技术领域
本发明涉及一种低浓度瓦斯气流无动力提纯减排装置。旨在用于煤矿总回风流及瓦斯抽放排放气体的无动力提纯，使提纯后瓦斯浓度达到工业或民用使用要求，使向大气直接排放的低浓度瓦斯气体达到排放要求。
背景技术
我国煤矿瓦斯排放量居世界首位，大量的低浓度瓦斯排放不仅浪费了宝贵的清洁能源，同时也加重了全球温室效应。因此，结合我国煤矿低浓度瓦斯的排放特点，从技术及经济角度研究适宜的瓦斯利用技术，对加强我国煤矿抽放瓦斯和风排瓦斯的资源化利用，具有十分的重要意义。
目前，煤矿低浓度瓦斯利用的技术途径主要包括瓦斯发电、瓦斯浓缩、掺混燃烧和氧化利用等。瓦斯浓度普遍较低，成为瓦斯高效利用的瓶颈。现有的瓦斯分离提纯方法如深冷分离、变压吸附分离、吸附解吸分离、膜分离以及这些方法的联合分离，主要适用于高浓度瓦斯的分离，若用于低浓度瓦斯分离，难以获得收益。
在标准状态下，纯瓦斯密度大约为0.72kg/m3，远小于空气密度1.29kg/m3，一些技术利用瓦斯密度比空气轻的特性实现瓦斯与空气自然分离，经自然分离后，可得到更高浓度的瓦斯。但有的技术没有考虑排气扇扩散器处风量、风速和雷诺数较大，风流处于紊流状态，不利于瓦斯的分离上升，而立即把风流变换为层流状态，需要把管径扩大为原来的几百倍；有些技术未注意到风流只能从压力高的位置向压力低的位置的自然流动，企图采用单向阀实现气流从低压位置向高压位置的自然流动；有些技术未注意到如果不将低瓦斯浓度气体从装置排出，则源源不断注入的低瓦斯气体将增大容器内压力，而单一出口对于瓦斯物理分离、提高瓦斯浓度并无帮助。
发明内容
针对上述不足，本发明主要是提供一种低浓度瓦斯气流无动力提纯减排装置，能够实现矿井乏风或抽排瓦斯的分离提纯，进而可提高瓦斯利用率，降低瓦斯对大气造成的污染。
本发明提供一种低浓度瓦斯气流无动力提纯减排装置。该装置包括降速风筒、瓦斯流动阻挡器、降速风筒出口挡板、瓦斯上升流动管、瓦斯浓度传感器等。所述降速风筒为带有支撑骨架的胶质、塑料风筒或金属风筒，通过扩大断面降低风速，改善风流分层状态；所述瓦斯流动阻挡器用于增加风流局部阻力，降低风速，同时具有汇集上层高浓度瓦斯气体经瓦斯上升流动管进入上一层降速风筒的作用；所述瓦斯上升流动管分流一部分瓦斯气体，使风筒后续部分的流量降低，流速降低，有利于瓦斯的物理分层。降速风筒的长度及瓦斯上升流动管断面大小及流动管数量以降速风筒出口处瓦斯浓度低于设定值为准。通过调节降速风筒出口挡板位置，可调节降速风筒出口大小；所述降速风筒出口位于降速风筒下部。当出口处瓦斯浓度大时，向下滑动出口挡板,降低出口位置,直到出口瓦斯浓度满足排放要求为止,或者让出口再接入本发明一种低浓度瓦斯气流无动力提纯减排装置进行二级提纯。可通过单片机由所述瓦斯浓度传感器数值自动控制挡板位置和降速风筒出口大小并建议是否接入下一级提纯装置。
在二层降速风筒中也设置阻挡器、瓦斯上升流动管、降速风筒出口和降速风筒出口挡板，由于首个降速风筒断面扩大及下层低瓦斯气体由降速风筒出口流出，二层降速风筒中气体流量降低，可适当缩小（也可以不缩小甚至扩大）降速风筒断面，但保持气体处于较低流速，便于瓦斯进一步升高分层，而较高浓度瓦斯在阻挡器汇集作用下经瓦斯上升流动管进入三层降速风筒。二层降速风筒出口大小可以根据出口瓦斯浓度通过滑动出口挡板位置调整，当瓦斯浓度不能降低到设计值以下时，可进一步加长降速风筒长度和增加瓦斯上升流动管数量或断面大小，或将出口接入本发明一种低浓度瓦斯气流无动力提纯减排装置进行二级提纯。
三层、四层、五层降速风筒的作用原理与二层降速风筒一样，通过逐渐排出低瓦斯浓度气体，收集高瓦斯浓度气体，进行无动力瓦斯提纯。对通过瓦斯上升流动管进入顶层瓦斯汇集管瓦斯浓度进行测试，达到使用标准时，直接接入瓦斯使用系统进行使用；不能达到使用标准，需要进一步提纯的，将瓦斯汇集管出口接入本发明一种低浓度瓦斯气流无动力提纯减排装置进行二级提纯。
上述各降速风筒及瓦斯汇集管出口接入的二级提纯装置与本发明一种低浓度瓦斯气流无动力提纯减排装置相同。当本级提纯装置降速风筒各出口瓦斯浓度仍较高时，接入下一级提纯装置继续提纯；当二级提纯装置瓦斯汇集管浓度仍低于使用标准时，也接入下一级提纯装置进行提纯。总的来说，直到降速风筒出口瓦斯浓度达到排放标准，瓦斯汇集管出口瓦斯浓度达到使用标准为止。
本发明一种低浓度瓦斯气流无动力提纯减排装置有如下优点和效果：一是本发明充分利用瓦斯比空气密度小的特点，可通过多层降速风筒降低含瓦斯气体流动速度，使其逐步更接近或达到层流状态，瓦斯与空气逐渐分层，从而达到降速风筒出口处低瓦斯气流排放和高处高浓度瓦斯气流上升再提纯的效果。当一级装备不足以使低浓度瓦斯气流达到排放标准或高浓度瓦斯气流达到利用标准时，可增加降速风筒层数、增加单个降速风筒长度和瓦斯上升流动管数量及断面面积或接入二级无动力提纯装置。二是本发明装置接入矿井排气扇扩散器或瓦斯抽排管道末端，利用排出气体的动能作为动力，所以本装置不含动力器件，可长期重复使用，大大降低提纯成本。本发明是矿井排放瓦斯气体提纯减排的理想装置，也可以应用于其他具有类似条件混合气体的提纯减排。
附图说明
图1为本发明一种低浓度瓦斯气流无动力提纯减排装置平行降速风筒轴线断面示意图。
图2为本发明一种低浓度瓦斯气流无动力提纯减排装置垂直降速风筒轴线断面示意图。
图中：1为入风口；2为降速风筒（1）；3为瓦斯浓度传感器（1）；4为降速风筒（1）出口；5为降速风筒（1）出口挡板；6为阻挡器（1）；7为瓦斯上升流动管（1）；8为降速风筒（2）；9为阻挡器（2）；10为降速风筒（2）出口；11为降速风筒（2）出口挡板；12为瓦斯浓度传感器（2）；13为瓦斯上升流动管（2）；14为降速风筒（3）；15为阻挡器（3）；16为降速风筒（3）出口；17为降速风筒（3）出口挡板；18为瓦斯浓度传感器（3）；19为瓦斯上升流动管（3）；20为降速风筒（4）；21为阻挡器（4）；22为降速风筒（4）出口；23为降速风筒（4）出口挡板；24为瓦斯浓度传感器（4）； 25为瓦斯上升流动管（4）；26为降速风筒（5）；27为阻挡器（5）；28为降速风筒（5）出口；29为降速风筒（5）出口挡板；30为瓦斯浓度传感器（5）； 31为瓦斯上升流动管（5）；32为瓦斯汇集管；33为瓦斯汇集管出口；34为瓦斯浓度传感器（6）。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
本发明提供了一种低浓度瓦斯气流无动力提纯减排装置。
如图1所示，本发明的具体步骤如下。
将一层降速风筒（1）2入风口1接入矿井排气扇扩散器或瓦斯抽排管道出口，通过扩大通道断面使风流降速分层，风流沿降速风筒（1）轴线流动的同时通过瓦斯上升流动管（1）进入上方的降速风筒2。所述降速风筒为带有支撑骨架的胶质、塑料风筒或金属风筒。所述阻挡器（1）6设计为直角三角形或等腰三角形，起到增大风流局部阻力和积聚高瓦斯气体的作用。降速风筒（1）出口4可以通过改变出口断面大小与瓦斯上升流动管总断面关系调节降速风筒（1）2流速分布，当瓦斯浓度传感器（1）3测得瓦斯浓度较高时，向下滑动降速风筒（1）出口挡板5减小降速风筒（1）出口4断面，当降速风筒（1）出口处瓦斯浓度仍不能达到排放标准时，可通过增加降速风筒长度和瓦斯上升流动小孔数量及断面面积来降低出口处瓦斯浓度，或在出口处再接入本发明一种低浓度瓦斯气流无动力提纯减排装置，进行二级提纯。所述降速风筒出口位于风筒下部。
由于降速风筒（1）出口4气体分流，进入降速风筒（2）8的含瓦斯气体流量减少，可通过改变降速风筒（2）8断面面积进一步降低含瓦斯气体流速。降速风筒（2）出口10处瓦斯浓度传感器12所测瓦斯浓度低于排放标准时，低瓦斯气体由降速风筒（2）出口10排出，当依靠降速风筒（2）挡板11滑动调节降速风筒（2）出口10大小无法使出口处瓦斯浓度低于排放标准时，可采用增加降速风筒长度和瓦斯上升流动小孔数量及断面面积调节，或在出口处再接入本发明一种低浓度瓦斯气流无动力提纯减排装置，进行二级提纯。
进入降速风筒（3）14、降速风筒（4）20、降速风筒（5）26风流提纯处理过程与进入降速风筒（2）8内风流提纯处理过程一样。由阻挡器降低气体流速并汇集高浓度瓦斯气体，由瓦斯上升流动管向上一次降速风筒提供较高浓度瓦斯气体，各降速风筒开口处瓦斯浓度传感器测定瓦斯浓度，根据瓦斯浓度是否达到排放标准，通过滑动出口挡板调整各风筒出口大小，当排放瓦斯浓度超过排放标准时，可增加降速风筒层数、增加降速风筒长度和瓦斯上升流动小孔数量及断面面积调节，或在出口处再接入本发明一种低浓度瓦斯气流无动力提纯减排装置，进行二级提纯。
当降速风筒（5）26内高浓度瓦斯气体经阻挡器（5）27汇集，经瓦斯上升流动管（5）31进入瓦斯汇集管32后，瓦斯汇集管出口33处瓦斯浓度传感器（6）34测得瓦斯浓度低于瓦斯利用标准时，可增加降速风筒层数或再接入本发明一种低浓度瓦斯气流无动力提纯减排装置，进行二级提纯。
以上所述，只是本发明的具体实施例，并非对本发明作出任何形式上的限制，在不脱离本发明的技术方案基础上，所作出的简单修改、等同变化或修饰，均落入本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种低浓度瓦斯气流无动力提纯减排装置，包括入风口、降速风筒、阻挡器、瓦斯上升流动管、出口挡板、瓦斯浓度传感器、瓦斯汇集管，其特征在于，
1）所述入风口连接该装置与矿井排气扇扩散器或抽放瓦斯排放管出口；
2）所述降速风筒包括降速风筒出口、降速风筒出口挡板、阻挡器、瓦斯上升流动管；所述降速风筒为有支撑骨架的胶质、塑料风筒或金属风筒；所述降速风筒出口为降速风筒的下部，风筒长度可根据需要增加；
3）所述瓦斯上升流动管，连接相邻风筒或连接相邻风筒与瓦斯汇集管，当降速风筒出口瓦斯气体浓度较高时，可根据需要增加瓦斯上升流动管数量和瓦斯上升流动管断面面积；
4）所述降速风筒为五层，降速风筒之间由瓦斯上升流动管连接，当瓦斯汇集管瓦斯浓度低于利用标准时，可通过增加降速风筒数量提高瓦斯浓度；
5）所述阻挡器安装于降速风筒上部，其平行于风筒轴线方向断面为直角三角形、等腰三角形或其他角度三角形，用于增大风流阻力降低风速和汇集上部高浓度瓦斯经瓦斯上升流动管进入上一层降速风筒；
6）所述降速风筒出口处，装有瓦斯浓度传感器，测定出口处瓦斯浓度；
7）所述出口挡板可上下滑动，调节降速风筒出口大小，可通过单片机由所述瓦斯浓度传感器数值自动控制挡板位置和降速风筒出口大小并建议是否接入下一级提纯装置；
8）所述瓦斯汇集管，位于装置顶端，其出口处装有瓦斯浓度传感器，瓦斯浓度低于利用标准时，接入下一级装置的入风口进行二级提纯减排。
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