CN105381694B - 一种煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理***，包括：乏风引风罩(6)、乏风输送管道(7a)、抽放瓦斯连接管道(4)、混合器(M)、混合气体输送管道(7b)、引风机(11)和蓄热式高温氧化装置(12)；所述抽放瓦斯连接管道(4)的排气口与乏风输送管道(7a)连通，使得抽放瓦斯由抽放瓦斯连接管道(4)吸入至乏风输送管道(7a)，与乏风输送管道(7a)内的乏风经混合器(M)掺混均匀后，通过混合气体输送管道(7b)输送至蓄热式高温氧化装置(12)进行氧化处理。利用上述掺混处理***能够将煤矿井中的乏风及抽放瓦斯进行安全采集、掺混与输送，为蓄热式高温氧化等后续利用项目提供安全气源，将彻底氧化产物排放至大气环境中。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿节能减排、煤矿安全技术及工程领域，具体涉及一种煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理***。
背景技术
煤矿在生产过程中，煤层中贮存的大量瓦斯会涌到采掘空间，为保证煤矿地下矿井中空气的安全、健康，需要向地下矿井鼓入大量新风，这些气流携带极低浓度的甲烷(低于0.75％)从地下经回风口排到大气里，俗称“风排瓦斯”或“乏风”。
尤其是在一些高瓦斯矿井，由于其工作面的瓦斯浓度远远超出《煤矿安全规程》所规定的标准，单纯采用通风的方法难以把工作面的瓦斯浓度控制在允许的范围内；在煤与瓦斯突出矿井，突出的危险也严重威胁着矿井工作人员的生命安全，制约着矿井的正常生产。在此情况下，必须采取瓦斯抽放的方式来改善矿井的安全生产状况，缓解生产压力。
为了减少和解除矿井瓦斯对煤矿安全生产的威胁，利用机械设备和专用管道造成的负压，将煤(岩)层中赋存或释放的瓦斯抽出来，输送到地面或其他安全地点的做法，叫做瓦斯抽放。
据统计，我国煤矿每年通过瓦斯抽放排入到大气中的甲烷总量在240亿立方米以上。甲烷气体具有很强的温室效应，相当于二氧化碳的25倍。甲烷在空气中的***极限为5％～16％。煤矿瓦斯分高浓度瓦斯和低浓度瓦斯，高浓度瓦斯是指瓦斯浓度大于30％的瓦斯，低浓度瓦斯是指瓦斯浓度低于30％的瓦斯。我国60％以上的瓦斯是含甲烷30％以下的低浓度瓦斯，按煤矿安全规程要求，瓦斯浓度在30％以下的就不能进储气罐贮存，大部分直接对空排放。煤矿低浓度抽放瓦斯的直接排放一方面造成了不可再生资源的巨大浪费，另一方面也加剧了大气污染和温室效应。
对乏风及低浓度抽放瓦斯实现采集与输送，并通过对瓦斯的氧化处理来消除原来排放到大气中的甲烷，使之氧化为二氧化碳和水，从而产生巨大的温室气体减排效应。因此，如何安全有效的对煤矿乏风及低浓度抽放瓦斯进行采集与输送显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于，为了充分利用煤矿中排出的乏风及抽放瓦斯，并避免瓦斯排放至空气中造成环境污染的技术问题，提供一种煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理***，该***能够将煤矿井中的乏风及抽放瓦斯进行安全采集、掺混与输送，为蓄热式高温氧化等后续利用项目提供安全气源，最终将彻底氧化后生成的无污染的二氧化碳气体排放至大气环境中。
为实现上述目的，本发明提供一种煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理***，该掺混处理***包括：乏风引风罩、乏风输送管道、抽放瓦斯连接管道、混合器、混合气体输送管道、引风机和蓄热式高温氧化装置；所述乏风输送管道与乏风引风罩连通，使得乏风由于负压吸取至乏风输送管道内；所述抽放瓦斯连接管道的排气口与乏风输送管道连通，使得抽放瓦斯由于抽放瓦斯连接管道内负压吸入至乏风输送管道，与乏风输送管道内流动的乏风经混合器掺混均匀至具有低浓度甲烷的混合气体后，通过混合气体输送管道输送至一个或以上蓄热式高温氧化装置进行氧化处理；所述煤矿乏风及抽放瓦斯的负压输送动力来源于蓄热式高温氧化装置上游设置的引风机，该引风机运行时在乏风输送管道和抽放瓦斯连接管道内产生负压。
所述抽放瓦斯进入所述的乏风输送管道后，该抽放瓦斯被乏风迅速稀释并掺混均匀至甲烷浓度不超过***下限，优选为低于1.5％，使得瓦斯浓度远低于甲烷***极限后安全输送。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的掺混处理***还包括：抽放瓦斯排空管和抽放瓦斯引风罩；所述抽放瓦斯排空管的下端口与煤矿地面抽采泵站连通；所述抽放瓦斯引风罩为导通的罩体结构，该抽放瓦斯引风罩设置于所述抽放瓦斯排空管的出口处，并与大气连通；所述抽放瓦斯引风罩的侧壁开设有引风孔，该引风孔与所述抽放瓦斯连接管道的进气口相连通。
作为上述技术方案的进一步改进，所述抽放瓦斯连接管道上设置有抑爆装置，该抑爆装置通过安装于抽放瓦斯连接管道和抽放瓦斯引风罩上的两组火焰传感器进行***监测。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的乏风输送管道在靠近乏风引风罩排气口的一侧设有乏风风源调节阀，乏风输送管道与抽放瓦斯连接管道的交汇点上游或附近设有压力传感器，该压力传感器通过监测乏风输送管道内掺混前的气体压力，对乏风风源调节阀进行闭环自动调节，使得抽放瓦斯连接管道内产生恒定负压，实现在抽放瓦斯排空管对大气开放的条件下，绝大部分瓦斯被抽放瓦斯连接管道内负压抽取至乏风输送管道内。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的混合气体输送管道在混合器的下游设有测量仪，该测量仪通过显示的监测值，对引风机进行闭环变频控制，实现混合气体输送管道内气体流量的控制。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的混合气体输送管道在靠近混合器出口的一侧设有甲烷浓度监测器，通过甲烷浓度连续在线监测，对抽放瓦斯连接管道上设有的抽放瓦斯调节阀进行闭环自动调节，控制掺混后甲烷浓度不超过1.5％。
作为上述技术方案的进一步改进，至少一个混合器设置于乏风输送管道和抽放瓦斯连接管道的交汇处下游或附近。所述的混合器为导流板，所述的导流板设置于乏风输送管道和抽放瓦斯连接管道的交汇处附近。
或者所述的混合器选择为静态掺混器，所述的静态掺混器设置于乏风输送管道和抽放瓦斯连接管道的交汇处的下游，使乏风与抽放瓦斯实现一次掺混，其后设置静态掺混器保证掺混后乏风与抽放瓦斯掺混均匀，不发生分层现象。所述的混合器还可选择为至少一个导流板和至少一个静态掺混器的组合，该混合器设置于乏风输送管道和抽放瓦斯连接管道的交汇处的下游或附近，另外，作为该组合中至少一个组件，如任意一个导流板或静态掺混器也可设置于乏风输送管道和抽放瓦斯连接管道的交汇处的上游。
作为上述技术方案的进一步改进，所述抽放瓦斯连接管道延伸至乏风输送管道内，并与其相对的乏风输送管道的管壁和抽放瓦斯连接管道的排气口各留有距离。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的混合气体输送管道在混合器的下游设置有除雾脱水装置，所述的除雾脱水装置内通过平行排列的波纹板形成若干个供气流输送的通道，用于将脱除水滴后的气体送入蓄热式高温氧化装置内。提高蓄热式高温氧化装置热效率。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的混合气体输送管道在靠近引风机入口的一侧设有隔离阀，该隔离阀通过甲烷浓度监测器的监测结果控制其开关，所述激光式甲烷浓度监测器与隔离阀之间的管道距离要求大于管道内气体经过甲烷浓度监测器的2秒反应时间、隔离阀2秒内关闭时间所输送的距离，以保证当甲烷浓度监测器在检测到甲烷浓度超过预设的阈值后，优选地阈值设置为超过***下限值的40％，隔离阀紧急关闭，使得蓄热式高温氧化装置与混合气体输送管道彻底隔离，保证***安全。
作为上述技术方案的进一步改进，所述混合气体输送管道在隔离阀的上游设有紧急排空管，所述的紧急排空管的上端口直接与大气连通，该紧急排空管上设有排空阀和排空风机；当蓄热式高温氧化装置停运后，通过闭环控制排空阀开启及排空风机启动，利用排空风机产生的负压从乏风引风罩抽取乏风吹扫混合气体输送管道后，将管道内残留的瓦斯经紧急排空管排入大气，保障***安全。本发明全文中涉及的“蓄热式高温氧化装置停运”是指出现了各蓄热式高温氧化装置分别与混合气体输送管道或多路混合气体输送管道隔离，或者出现了蓄热式高温氧化装置停机的一种情况或状态。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的乏风输送管道与抽放瓦斯连接管道的交汇点上游设有空气进气管，所述空气进气管的进气口直接与大气连通，该空气进气管上设有压力调节阀，当蓄热式高温氧化装置停运后，通过闭环控制压力调节阀开启，利用大气平衡乏风输送管道与抽放瓦斯连接管道内的负压。
作为上述技术方案的进一步改进，所述混合气体输送管道在隔离阀的上游设有排空进气管，所述的排空进气管的进气口直接与大气连通，该排空进气管上设有排空风机和进气阀；所述的乏风输送管道设有紧急排空管，所述紧急排空管设置于乏风输送管道与抽放瓦斯连接管道的交汇点的上游，该紧急排空管上设有排空阀；当蓄热式高温氧化装置停运后，通过闭环控制排空阀、进气阀开启以及排空风机的启动，利用排空风机从大气中抽取空气吹扫混合气体输送管道和乏风输送管道后，将管道内残留的瓦斯经紧急排空管排入大气。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的乏风输送管道与抽放瓦斯连接管道的交汇点上游设有通气管，所述通气管的上端口直接与大气连通，该通气管上设有多功能阀；所述的混合气体输送管道上设有多路混合气体输送管道，所述的多路混合气体输送管道上并行连通若干个蓄热式高温氧化装置，该多路混合气体输送管道的末端设有排空进气管，所述的排空进气管的一端直接与大气连通，该排空进气管上设有排空风机和进气阀；当蓄热式高温氧化装置停运后，通过闭环控制多功能阀、进气阀开启以及排空风机的启动，利用排空风机从大气中抽取空气依次吹扫多路混合气体输送管道、混合气体输送管道和乏风输送管道后，将管道内残留的瓦斯经通气管排入大气；或者当蓄热式高温氧化装置停运后，通过闭环控制进气阀开启及排空风机的启动，利用排空风机产生的负压从乏风引风罩抽取乏风吹扫混合气体输送管道后，将管道内残留的瓦斯经排空进气管排入大气；或者当蓄热式高温氧化装置停运后，通过闭环控制进气阀、多功能阀开启及排空风机的启动，从通气管抽取空气吹扫乏风输送管道和混合气体输送管道后，将管道内残留的瓦斯经排空进气管排入大气。瓦斯能够通过混合气体输送管道末端设有的抽风机向后排出，避免瓦斯回流。
作为上述技术方案的进一步改进，当蓄热式高温氧化装置停运后，通过闭环控制多功能阀开启后利用大气平衡乏风输送管道与抽放瓦斯连接管道内的压力。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的掺混处理***还包括烟囱，所述的烟囱通过设有的清洁气体输送管道与蓄热式高温氧化装置连通，用于将蓄热式高温氧化装置氧化处理产生的清洁气体排入大气；所述的清洁气体输送管道设有清洁气体阀，用于控制清洁气体输送管道的开闭。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的掺混处理***还包括蒸汽锅炉，所述的蒸汽锅炉和烟囱均通过设有的热风输送管道与蓄热式高温氧化装置连通，该蒸汽锅炉用于吸收蓄热式高温氧化装置产生的高温热风进行热能利用；所述的热风输送管道设有热风阀和热风旁通阀，所述的热风阀用于控制热风输送管道与蒸汽锅炉的通断，所述的热风旁通阀用于控制热风输送管道与烟囱的通断。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的引风机内设有均压环，所述的均压环用于测量混合气体输送管道内的气体流量。
本发明的一种煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理***优点在于：
1、本发明的掺混处理***能够将煤矿井中的乏风及抽放瓦斯进行安全采集、掺混与输送，为蓄热式高温氧化和燃料助燃等后续利用项目提供安全气源，最终将彻底氧化后生成的无污染的二氧化碳气体排放至大气环境中，起到了节能减排的作用；
2、将乏风引风罩和抽放瓦斯引风罩设计对大气永久排空，乏风及抽放瓦斯在保持自然排空状态下，一旦蓄热式高温氧化装置入口处的引风机停机，乏风烟道内负压消失，乏风和抽放瓦斯将沿原有方向排空，对煤矿通风***和抽放***正常运行没有任何影响，保证了煤矿井下生产的安全；
3、现有技术中的瓦斯抽放需要依靠水环泵输出正压将抽放瓦斯输送至掺混点，从而增加了水环泵的运行阻力和负担，而本发明由于引风机在乏风输送管道内形成负压主动采集抽放瓦斯，彻底摆脱对煤矿地面抽采泵站瓦斯水环泵正压输送的依赖，采集瓦斯时可减轻水环泵的运行阻力，对泵站正常运行没有任何影响；
4、利用压力传感器和激光式甲烷浓度监测器的监测结果对各管道的阀门进行闭环控制，从而实现气体流量、瓦斯浓度及负压的自动控制，保证掺混后的气体瓦斯浓度低于***下限，优选为低于1.5％，为蓄热装置高温氧化和燃料助燃等后续利用项目提供安全气源。
附图说明
图1为本发明实施例一中的一种煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理***结构示意图。
图2为本发明实施例二中的一种煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理***结构示意图。
图3为本发明实施例三中的一种煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理***结构示意图。
图4为本发明实施例四中的一种煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理***结构示意图。
图5为本发明实施例五中的一种煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理***结构示意图。
图6为本发明实施例六中的一种煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理***结构示意图。
图7为本发明实施例六中设置于引风机内的均压环的结构示意图。
图8为本发明实施例七中的一种煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理***结构示意图。
图9为本发明实施例八中的一种煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理***结构示意图。
图10为本发明实施例八中示出的异形抽放瓦斯连接管道与乏风输送管道之间的连接关系图。
图11为本发明中的第一种异形抽放瓦斯连接管道结构示意图。
图12为本发明中的第二种异形抽放瓦斯连接管道结构示意图。
图13为本发明中的第三种异形抽放瓦斯连接管道结构示意图。
图14a为本发明中的第四种异形抽放瓦斯连接管道结构示意图。
图14b为图14a示出的第四种异形抽放瓦斯连接管道的径向截面视图。
图15a为本发明中的第五种异形抽放瓦斯连接管道结构示意图。
图15b为图15a示出的第五种异形抽放瓦斯连接管道的径向截面视图。
附图标记
1、煤矿地面抽采泵站 2、抽放瓦斯排空管
3、抽放瓦斯引风罩 4、抽放瓦斯连接管道
5、乏风扩散塔 6、乏风引风罩
7a、乏风输送管道 7b、混合气体输送管道
M、混合器 8、导流板
9、静态掺混器 10、除雾脱水装置
11、引风机 12、蓄热式高温氧化装置
13、抑爆装置 14、火焰传感器
15、抽放瓦斯调节阀 16、乏风风源调节阀
17、压力传感器 18、测量仪
19、甲烷浓度监测器 20、隔离阀
21、排空阀 22、排空风机
23、紧急排空管 23b、排空进气管
24、进气阀 25、多路混合气体输送管道
26、清洁气体输送管道 27、烟囱
28、清洁气体阀 29、热风阀
30、热风输送管道 31、蒸汽锅炉
32、热风锅炉旁通阀 33、温度传感器
34、压力调节阀 35、空气进气管
36、均压环 37、通气管
38、多功能阀 39、汽轮机
40、发电机 41、冷却设备
42、给水泵 4*、异形抽放瓦斯连接管道
8*、异形导流板
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明所述的一种煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理***进行详细说明。
实施例一
如图1所示，为本发明的一种煤矿乏风及低浓度抽放瓦斯的掺混处理***，该掺混处理***包括：乏风引风罩6、乏风输送管道7a、抽放瓦斯连接管道4、混合器M、混合气体输送管道7b、引风机11和蓄热式高温氧化装置12；所述乏风输送管道7a与乏风引风罩6连通，使得乏风由于负压吸取至乏风输送管道7a内；所述抽放瓦斯连接管道4的排气口与乏风输送管道7a连通，使得抽放瓦斯从抽放瓦斯连接管道4输入至乏风输送管道7a，与乏风输送管道7a内流动的乏风经混合器M混合均匀至甲烷体积浓度低于1.5％(优选数值为1.2％)后，通过混合气体输送管道7b输送至一个或以上蓄热式高温氧化装置12进行氧化处理。所述抽放瓦斯及乏风的输送动力来源于蓄热式高温氧化装置12上游设有的引风机11，该引风机11运行时在抽放瓦斯连接管道4、混合气体输送管道7b和乏风输送管道7a内产生负压。所述混合气体输送管道7b的进气口连接乏风输送管道7a，且在管道内设置有至少一台引风机11。
所述低浓度抽放瓦斯进入所述的乏风输送管道7a后，该低浓度抽放瓦斯被乏风迅速稀释并掺混均匀，使得甲烷浓度低于预设的数值，远低于甲烷***极限。所述的混合器M是经过专业流场数值模拟特殊设计的。
基于上述结构的掺混处理***，如图1所示，在本实施例中，该掺混处理***还可包括：煤矿抽放瓦斯排空管2和抽放瓦斯引风罩3；所述抽放瓦斯排空管2为上下导通的筒体结构，其下端口与煤矿地面抽采泵站1连通；所述抽放瓦斯引风罩3为上下导通的罩体结构，该抽放瓦斯引风罩3的上端口直接与大气连通，其下端口与所述抽放瓦斯排空管2的上端口连通，所述抽放瓦斯引风罩3的侧壁开设有引风孔，该引风孔与所述抽放瓦斯连接管道4的进气口相连通。
所述抽放瓦斯连接管道4上设置有抑爆装置13，该抑爆装置13通过安装于抽放瓦斯连接管道4和抽放瓦斯引风罩3上的两组火焰传感器14进行***监测。其中一组火焰传感器可安装在距抽放瓦斯引风罩3上端口小于5米范围内；另一组火焰传感器可安装在距离乏风输送管道7a小于2米范围内，距离抑爆装置不大于20米范围内；一旦火焰传感器探测到前方***，抑爆装置会立即启动，将***抑制，并隔断***传播，***总响应时间<12ms。该抑爆装置13可采用二氧化碳主动抑爆装置。
所述的混合器M可以设计为静态掺混器9，也可以设计为导流板8；而在本实施例中，混合器M为静态掺混器9与导流板8的组合，所述的导流板8设置于乏风输送管道7a和抽放瓦斯连接管道4的交汇处附近。所述的静态掺混器9设置于乏风输送管道7a和抽放瓦斯连接管道4的交汇处的下游。所述的混合气体输送管道7b在静态掺混器9的下游设置有除雾脱水装置10，所述的除雾脱水装置10内通过平行排列的波纹板形成若干个供气流输送的通道，使得气流在与板面接触后，将气体中较重的液滴打在板面上，再凝聚成大水滴后可沿波纹板从排液管流出管道，而将脱除水滴后的干燥气体送入蓄热式高温氧化装置12内，提高蓄热式高温氧化装置12热效率。由于所述的除雾脱水装置10仅通过波纹板进行脱水处理，导电材料的使用避免了静电充电所带来的引燃源。
利用上述煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理***，进行瓦斯处理的工作原理为：
首先，煤矿地面抽采泵站1的抽放瓦斯由于瓦斯水环泵出口正压输送至抽放瓦斯排空管2内，并进入抽放瓦斯引风罩3。当蓄热式高温氧化装置12停运时，乏风输送管道7a和抽放瓦斯连接管道4内为正压，瓦斯采集率为0％，与抽放瓦斯排空管2连接段内的气体由于射流作用，能够反向流入抽放瓦斯引风罩3内，有效避免瓦斯泄漏至乏风输送管道7a内，抽放瓦斯通过抽放瓦斯引风罩3上端口(扩散口)排放至大气当中，同时乏风扩散塔5内的乏风可经其上端设有的乏风引风罩6排放至大气当中；而当蓄热式高温氧化装置12运行时，依靠混合气体输送管道7b内安装的引风机11的驱动，乏风扩散塔5内的乏风也通过引风机11负压吸入乏风输送管道7a内，乏风输送管道7a内存在的强大负压使得抽放瓦斯引风罩3罩体侧壁的引风孔处产生负压，将抽放瓦斯吸引至抽放瓦斯连接管道4内，进一步进入乏风输送管道7a内的抽放瓦斯与乏风混合稀释至甲烷浓度1.5％以下，通过导流板8和静态掺混器9两次掺混均匀，经除雾脱水装置10脱除液滴后输送至蓄热式高温氧化装置12进行氧化处理，将最终产物二氧化碳和水排放至大气环境中。
另外，如图1所示，所述的乏风输送管道7a在靠近乏风引风罩6排气口的一侧设有乏风风源调节阀16，乏风输送管道7a与抽放瓦斯连接管道4的交汇点上游或附近设有压力传感器17，该压力传感器17通过监测乏风输送管道7a内掺混前的气体压力，对乏风风源调节阀16进行闭环自动调节，使得抽放瓦斯连接管道4内产生恒定负压，实现在抽放瓦斯排空管2对大气开放的条件下，绝大部分瓦斯被抽取到抽放瓦斯连接管道4内。
所述的混合气体输送管道7b在静态掺混器9的下游设有测量仪18，所述的测量仪18可采用流量计或压力传感器，该测量仪18通过监测混合气体输送管道7b内掺混后的气体压力，对引风机11进行闭环变频控制，实现乏风输送管道内气体流量的控制。
所述的混合气体输送管道7b在静态掺混器9的下游设有甲烷浓度监测器19，通过甲烷浓度连续在线监测，对抽放瓦斯连接管道4上设有的抽放瓦斯调节阀15进行闭环自动调节，实现掺混后瓦斯浓度的控制，可以保证掺混后的乏风浓度不超过1.5％。
所述的甲烷浓度监测器19能够快速反应，优选为红外式甲烷监测器。
所述的导流板8可设置于乏风输送管道7a和抽放瓦斯连接管道4的交汇处附近，实现预掺混。其后一定距离设置静态掺混器9保证乏风与低浓度抽放瓦斯掺混均匀，不发生分层现象。
所述的混合气体输送管道7b在靠近引风机11入口的一侧设有隔离阀20，该隔离阀20通过甲烷浓度监测器19的监测结果控制其开关。
所述甲烷浓度监测器19与隔离阀20之间的管道距离要求大于气体输送的距离，该输送的距离满足要求为：管道内气体经过甲烷浓度监测器的2秒反应时间、隔离阀2秒内关闭时间所输送的距离；以保证当甲烷浓度监测器19检测到甲烷浓度超过1.8％后，蓄热式高温氧化装置入口处设置的隔离阀20可以紧急关闭，保证***安全。
所述的混合气体输送管道7b在隔离阀20的上游设有紧急排空管23。所述的紧急排空管23的上端口直接与大气连通，该紧急排空管23上设有排空阀21和排空风机22。当蓄热式高温氧化装置12停运后，通过闭环控制排空阀门21开启及排空风机22启动，利用排空风机22产生的负压从乏风引风罩6抽取乏风吹扫乏风输送道7后，将乏风输送管道7内残留瓦斯经紧急排空管23排入大气，有效避免乏风输送管道7内残留的瓦斯所带来的安全隐患，保障***安全。
实施例二
如图2所示，为本发明的一种煤矿乏风及低浓度抽放瓦斯的掺混处理***，该掺混处理***包括：乏风引风罩6、乏风输送管道7a、抽放瓦斯连接管道4、混合器、混合气体输送管道7b、引风机11和蓄热式高温氧化装置12。与实施例一不同之处在于：还包括烟囱27和蒸汽锅炉31，所述的烟囱27通过设有的清洁气体输送管道26与蓄热式高温氧化装置12连通，用于将蓄热式高温氧化装置12氧化处理产生的清洁气体排入大气；所述的清洁气体输送管道26设有清洁气体阀28，用于控制清洁气体输送管道26的开闭。所述的蒸汽锅炉31和烟囱27均通过设有的热风输送管道30与蓄热式高温氧化装置12连通，该蒸汽锅炉31用于吸收蓄热式高温氧化装置12产生的高温热风进行热能利用；所述的热风输送管道30设有热风阀29和热风旁通阀32，所述的热风阀29用于控制热风输送管道30与蒸汽锅炉31的通断，所述的热风旁通阀32用于控制热风输送管道30与烟囱27的通断。
由甲烷输入至蓄热式高温氧化装置12后转化生成的多余热能以超过800摄氏度的热风形式输送至蒸汽锅炉31内。该能量的释放通常由一个安装于蓄热式高温氧化装置12燃烧室内的温度传感器33、热风阀29和热风旁通阀32进行监控。此时如果蒸汽锅炉31没有连接到***，或者蒸汽锅炉31未启动，热风将从旁路通过热风旁通阀32直接输入至清洁气体输送管道26。
另外，在本实施例中，所述的混合器设计为静态掺混器9，所述的静态掺混器9设置于乏风输送管道7a和抽放瓦斯连接管道4的交汇处的下游。且未设置乏风风源调节阀16和与其配合的压力传感器17。
实施例三
如图3所示，为本发明的一种煤矿乏风及低浓度抽放瓦斯的掺混处理***，该掺混处理***包括：乏风引风罩6、乏风输送管道7a、抽放瓦斯连接管道4、混合器、混合气体输送管道7b、引风机11和蓄热式高温氧化装置。与实施例一不同之处在于：本实施例中包含多个蓄热式高温氧化装置(图中所示的12a、12b…12x)，所述的混合气体输送管道7b上设有多路混合气体输送管道25，所述的多路混合气体输送管道25上并行连通若干个蓄热式高温氧化装置，在每个蓄热式高温氧化装置的上游均设有隔离阀(图中所示的20a、20b…20x)和引风机(图中所示的11a、11b…11x)。所有的蓄热式高温氧化装置通过对应的隔离阀控制，保持同时运行或者保持一个或多个装置关闭。
每个蓄热式高温氧化装置均通过设有的清洁气体输送管道(图中所示的26a、26b…26x)将其产生的清洁气体排入大气，以及通过设有的热风输送管道(图中所示的30a、30b…30x)将其产生的高温热风输出进行热能利用。
实施例四
如图4所示，为本发明的一种煤矿乏风及低浓度抽放瓦斯的掺混处理***，该掺混处理***包括：乏风引风罩6、乏风输送管道7a、抽放瓦斯连接管道4、混合器、混合气体输送管道7b、引风机11和蓄热式高温氧化装置12。与实施例一不同之处在于：还包括烟囱27。所述的烟囱27通过设有的清洁气体输送管道26与蓄热式高温氧化装置12连通，用于将蓄热式高温氧化装置12氧化处理产生的清洁气体排入大气；所述的清洁气体输送管道26设有清洁气体阀28，用于控制清洁气体输送管道26的开闭。
另外，所述混合气体输送管道7b在隔离阀20的上游设有排空进气管23b，所述的排空进气管23b的进气口直接与大气连通，该排空进气管23b上设有排空风机22a和进气阀24；所述的乏风输送管道7a设有紧急排空管23a，所述紧急排空管23a设置于乏风输送管道7a与抽放瓦斯连接管道4的交汇点的上游，该紧急排空管23a上设有排空阀21a；当蓄热式高温氧化装置12停运后，通过闭环控制排空阀21a、进气阀24开启以及排空风机22a的启动，利用排空风机22a从大气中抽取空气，并沿正常流向B相反的方向A吹扫混合气体输送管道7b和乏风输送管道7a后，将管道内残留的瓦斯经紧急排空管23a排入大气，以保证整个***的安全。
实施例五
如图5所示，为本发明的一种煤矿乏风及低浓度抽放瓦斯的掺混处理***，该掺混处理***包括：乏风引风罩6、乏风输送管道7a、抽放瓦斯连接管道4、混合器、混合气体输送管道7b、引风机11和蓄热式高温氧化装置12。与实施例一不同之处在于：还包括烟囱27。所述的烟囱27通过设有的清洁气体输送管道26与蓄热式高温氧化装置12连通，用于将蓄热式高温氧化装置12氧化处理产生的清洁气体排入大气；所述的清洁气体输送管道26设有清洁气体阀28，用于控制清洁气体输送管道26的开闭。
另外，所述的乏风输送管道7a与抽放瓦斯连接管道4的交汇点上游设有空气进气管35，所述空气进气管35的进气口直接与大气连通，该空气进气管35上设有压力调节阀34，当蓄热式高温氧化装置12停运后，通过闭环控制压力调节阀34开启，利用大气平衡乏风输送管道7a与抽放瓦斯连接管道4内的负压，使得乏风输送管道7a和抽放瓦斯连接管道4内为正压。此时即使抽放瓦斯调节阀15没有关闭，但由于射流作用，仍能使抽放瓦斯以方向B流回抽放瓦斯引风罩3内，有效避免瓦斯泄漏至乏风输送管道7a内，从而增加了整个***的安全。
实施例六
如图6所示，为本发明的一种煤矿乏风及低浓度抽放瓦斯的掺混处理***，该掺混处理***包括：乏风引风罩6、乏风输送管道7a、抽放瓦斯连接管道4、混合器、混合气体输送管道7b、引风机11和蓄热式高温氧化装置。与实施例一不同之处在于：所述的引风机11内设有均压环36，所述的均压环36用于测量气体流量。如图7所示，该流量可通过测量引风机11的圆锥进气口的压降来计算，并通过对引风机11进行闭环变频控制，实现乏风输送管道内气体流量的控制。
实施例七
如图8所示，为本发明的一种煤矿乏风及低浓度抽放瓦斯的掺混处理***，该掺混处理***包括：乏风引风罩6、乏风输送管道7a、抽放瓦斯连接管道4、混合器、混合气体输送管道7b、引风机11和蓄热式高温氧化装置。与实施例一不同之处在于：本实施例中包含多个蓄热式高温氧化装置(图中所示的12a、12b…12x)，所述的混合气体输送管道7b上设有多路混合气体输送管道25，所述的多路混合气体输送管道25上并行连通若干个蓄热式高温氧化装置，在每个蓄热式高温氧化装置的上游均设有隔离阀(图中所示的20a、20b…20x)和引风机(图中所示的11a、11b…11x)。所有的蓄热式高温氧化装置通过对应的隔离阀控制，保持同时运行或者保持一个或多个装置关闭。
每个蓄热式高温氧化装置均通过设有的清洁气体输送管道(图中所示的26a、26b…26x)将其产生的清洁气体输送至烟囱27后排入大气，以及通过设有的热风输送管道(图中所示的30a、30b…30x)将其产生的高温热风输送至热风锅炉31后，利用该蒸汽锅炉31吸收蓄热式高温氧化装置产生的高温热风进行热能利用；
每个清洁气体输送管道(26a、26b…26x)均设有清洁气体阀(图中所示的28a、28b…28x)，用于控制对应的清洁气体输送管道的开闭。每个热风输送管道(30a、30b…30x)均设有热风阀(图中所示的29a、29b…29x)和热风旁通阀(图中所示的32a、32b…32x)，所述的热风阀用于控制对应的热风输送管道与蒸汽锅炉31的通断，所述的热风旁通阀用于控制对应的热风输送管道的通断。每个蓄热式高温氧化装置燃烧室内均设有温度传感器(图中所示的33a、33b…33x)，用于监测其释放的能量温度。
另外，所述的乏风输送管道7a与抽放瓦斯连接管道4的交汇点上游设有通气管37，所述通气管37的上端口直接与大气连通，该通气管37上设有多功能阀38；所述的混合气体输送管道7b上设有多路混合气体输送管道25，所述的多路混合气体输送管道25上并行连通若干个蓄热式高温氧化装置12，该多路混合气体输送管道25的末端设有排空进气管23b，所述的排空进气管23b的一端直接与大气连通，该排空进气管23b上设有排空风机22a和进气阀24；
当蓄热式高温氧化装置12停运后，通过闭环控制多功能阀38、进气阀24开启以及排空风机22a的启动，利用排空风机22a从大气中抽取空气依次吹扫多路混合气体输送管道25、混合气体输送管道7b和乏风输送管道7a后，将管道内残留的瓦斯经通气管37排入大气；
或者当蓄热式高温氧化装置12停运后，多功能阀38开启后利用大气平衡乏风输送管道7a与抽放瓦斯连接管道4内的压力。此时即使抽放瓦斯调节阀15没有关闭，但由于射流作用，仍能使抽放瓦斯以方向B流回抽放瓦斯引风罩3内，有效避免瓦斯泄漏至乏风输送管道7a内，从而增加了整个***的安全。
实施例八
如图9所示，为本发明的一种煤矿乏风及低浓度抽放瓦斯的掺混处理***，该掺混处理***包括：乏风引风罩6、乏风输送管道7a、抽放瓦斯连接管道、混合器、混合气体输送管道7b、引风机11和蓄热式高温氧化装置12。与实施例一不同之处在于：还包括烟囱27和蒸汽锅炉31，所述的烟囱27通过设有的清洁气体输送管道26与蓄热式高温氧化装置12连通，用于将蓄热式高温氧化装置12氧化处理产生的清洁气体排入大气；所述的清洁气体输送管道26设有清洁气体阀28，用于控制清洁气体输送管道26的开闭。所述的蒸汽锅炉31和烟囱27均通过设有的热风输送管道30与蓄热式高温氧化装置12连通，该蒸汽锅炉31用于吸收蓄热式高温氧化装置12产生的高温热风进行热能利用；所述的热风输送管道30设有热风阀29和热风旁通阀32，所述的热风阀29用于控制热风输送管道30与蒸汽锅炉31的通断，所述的热风旁通阀32用于控制热风输送管道30与烟囱27的通断。
由甲烷输入至蓄热式高温氧化装置12后转化生成的多余热能以超过800摄氏度的热风形式输送至蒸汽锅炉31内进行热交换产生过热水蒸气，推动汽轮机39转动的同时带动发电机40产出电能，汽轮机排汽进入冷却设备41冷凝成凝结水后，由给水泵42输送回蒸汽锅炉31内进行循环利用。
另外，在本实施例中，所述的混合器设计为静态掺混器9和异形导流板8*的组合，所述的静态掺混器9设置于乏风输送管道7a和抽放瓦斯连接管道的交汇处的下游，所述抽放瓦斯连接管道为异形抽放瓦斯连接管道4*。如图10所示，该异形抽放瓦斯连接管道4*延伸至乏风输送管道7a内，并与其相对的乏风输送管道7a的管壁和抽放瓦斯连接管道4的排气口各留有距离，所述的异形导流板8*固定于异形抽放瓦斯连接管道4*的一端。
如图11所示，所述的异形抽放瓦斯连接管道4*可设计为长方体结构，所述的异形导流板8*可与异形抽放瓦斯连接管道4*设计为一体结构，并使异形导流板8*从异形抽放瓦斯连接管道4*的一面延伸出排气口；如图12、13所示，所述的异形导流板8*还可从异形抽放瓦斯连接管道4*的两面延伸出排气口。
如图14a、14b所示，所述的异形抽放瓦斯连接管道4*可设计为圆柱形结构，所述的异形导流板8*可沿异形抽放瓦斯连接管道4*的外壁切向固定在其排气口处；如图15a、15b所示，所述的异形导流板8*还可与异形抽放瓦斯连接管道4*设计为一体结构，并使异形导流板8*从异形抽放瓦斯连接管道4*的一个弧面延伸出排气口。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (16)
1.一种煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理***，其特征在于，该掺混处理***包括：乏风引风罩(6)、乏风输送管道(7a)、抽放瓦斯连接管道(4)、混合器(M)、混合气体输送管道(7b)、引风机(11)和蓄热式高温氧化装置(12)；所述乏风输送管道(7a)与乏风引风罩(6)连通，使得乏风由于负压吸取至乏风输送管道(7a)内；所述抽放瓦斯连接管道(4)的排气口与乏风输送管道(7a)连通，使得抽放瓦斯由于抽放瓦斯连接管道(4)内负压吸入至乏风输送管道(7a)，与乏风输送管道(7a)内流动的乏风经混合器(M)掺混均匀至具有低浓度甲烷的混合气体后，通过混合气体输送管道(7b)输送至一个或以上蓄热式高温氧化装置(12)进行氧化处理；所述煤矿乏风及抽放瓦斯的负压输送动力来源于蓄热式高温氧化装置(12)上游设置的引风机(11)；所述的混合器(M)为导流板(8)和静态掺混器(9)的组合，所述的导流板(8)设置于乏风输送管道(7a)和抽放瓦斯连接管道(4)的交汇处附近；所述的静态掺混器(9)设置于乏风输送管道(7a)和抽放瓦斯连接管道(4)的交汇处的下游；
所述抽放瓦斯连接管道(4)延伸至乏风输送管道(7a)内，并与其相对的乏风输送管道(7a)的管壁和抽放瓦斯连接管道(4)的排气口各留有距离。
2.根据权利要求1所述的煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理***，其特征在于，所述的掺混处理***还包括：抽放瓦斯排空管(2)和抽放瓦斯引风罩(3)；所述抽放瓦斯排空管(2)的下端口与煤矿地面抽采泵站(1)连通；所述抽放瓦斯引风罩(3)为导通的罩体结构，该抽放瓦斯引风罩(3)设置于所述抽放瓦斯排空管(2)的出口处，并与大气连通；所述抽放瓦斯引风罩(3)的侧壁开设有引风孔，该引风孔与所述抽放瓦斯连接管道(4)的进气口相连通。
3.根据权利要求2所述的煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理***，其特征在于，所述抽放瓦斯连接管道(4)上设置有抑爆装置(13)，该抑爆装置(13)通过安装于抽放瓦斯连接管道(4)和抽放瓦斯引风罩(3)上的两组火焰传感器(14)进行***监测。
4.根据权利要求1所述的煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理***，其特征在于，所述的乏风输送管道(7a)在靠近乏风引风罩(6)排气口的一侧设有乏风风源调节阀(16)，乏风输送管道(7a)与抽放瓦斯连接管道(4)的交汇点上游或附近设有压力传感器(17)，该压力传感器(17)通过监测乏风输送管道(7a)内掺混前的气体压力，对乏风风源调节阀(16)进行闭环自动调节。
5.根据权利要求1所述的煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理***，其特征在于，所述的混合气体输送管道(7b)在混合器(M)的下游设有测量仪(18)，该测量仪(18)通过显示的监测值，对引风机(11)进行闭环变频控制，实现混合气体输送管道(7b)内气体流量的控制。
6.根据权利要求1所述的煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理***，其特征在于，所述的混合气体输送管道(7b)在靠近混合器(M)出口的一侧设有甲烷浓度监测器(19)，通过甲烷浓度连续在线监测，对抽放瓦斯连接管道(4)上设有的抽放瓦斯调节阀(15)进行闭环自动调节。
7.根据权利要求1所述的煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理***，其特征在于，所述的混合气体输送管道(7b)在混合器(M)的下游设置有除雾脱水装置(10)，所述的除雾脱水装置(10)内通过平行排列的波纹板形成若干个供气流输送的通道，用于将脱除水滴后的气体送入蓄热式高温氧化装置(12)内。
8.根据权利要求6所述的煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理***，其特征在于，所述的混合气体输送管道(7b)在靠近引风机(11)入口的一侧设有隔离阀(20)，该隔离阀(20)通过甲烷浓度监测器(19)的监测结果控制其开关，当甲烷浓度监测器(19)所监测甲烷体积浓度超过预设的阈值时，隔离阀(20)快速关闭，使得蓄热式高温氧化装置(12)与混合气体输送管道(7b)彻底隔离。
9.根据权利要求8所述的煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理***，其特征在于，所述的乏风输送管道(7a)与抽放瓦斯连接管道(4)的交汇点上游设有空气进气管(35)，所述空气进气管(35)的进气口直接与大气连通，该空气进气管(35)上设有压力调节阀(34)，当蓄热式高温氧化装置(12)停运后，通过闭环控制压力调节阀(34)开启，利用大气平衡乏风输送管道(7a)与抽放瓦斯连接管道(4)内的负压。
10.根据权利要求8所述的煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理***，其特征在于，所述混合气体输送管道(7b)在隔离阀(20)的上游设有紧急排空管(23)，所述的紧急排空管(23)的上端口直接与大气连通，该紧急排空管(23)上设有排空阀(21)和排空风机(22)；当蓄热式高温氧化装置(12)停运后，通过闭环控制排空阀(21)开启及排空风机(22)启动，利用排空风机(22)产生的负压从乏风引风罩(6)抽取乏风吹扫混合气体输送管道(7b)后，将管道内残留的瓦斯经紧急排空管(23)排入大气。
11.根据权利要求8所述的煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理***，其特征在于，所述混合气体输送管道(7b)在隔离阀(20)的上游设有排空进气管(23b)，所述的排空进气管(23b)的进气口直接与大气连通，该排空进气管(23b)上设有排空风机(22a)和进气阀(24)；所述的乏风输送管道(7a)设有紧急排空管(23a)，所述紧急排空管(23a)设置于乏风输送管道(7a)与抽放瓦斯连接管道(4)的交汇点的上游，该紧急排空管(23a)上设有排空阀(21a)；当蓄热式高温氧化装置(12)停运后，通过闭环控制排空阀(21a)、进气阀(24)开启以及排空风机(22a)的启动，利用排空风机(22a)从大气中抽取空气吹扫混合气体输送管道(7b)和乏风输送管道(7a)后，将管道内残留的瓦斯经紧急排空管(23a)排入大气。
12.根据权利要求1所述的煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理***，其特征在于，所述的乏风输送管道(7a)与抽放瓦斯连接管道(4)的交汇点上游设有通气管(37)，所述通气管(37)的上端口直接与大气连通，该通气管(37)上设有多功能阀(38)；所述混合气体输送管道(7b)的末端设有排空进气管(23b)，所述的排空进气管(23b)的一端直接与大气连通，该排空进气管(23b)上设有排空风机(22a)和进气阀(24)；
当蓄热式高温氧化装置(12)停运后，通过闭环控制多功能阀(38)、进气阀(24)开启以及排空风机(22a)的启动，利用排空风机(22a)从大气中抽取空气依次吹扫混合气体输送管道(7b)和乏风输送管道(7a)后，将管道内残留的瓦斯经通气管(37)排入大气；或者
当蓄热式高温氧化装置(12)停运后，通过闭环控制进气阀(24)开启及排空风机(22a)的启动，利用排空风机(22a)产生的负压从乏风引风罩(6)抽取乏风吹扫混合气体输送管道(7b)后，将管道内残留的瓦斯经排空进气管(23b)排入大气；或者
当蓄热式高温氧化装置(12)停运后，通过闭环控制进气阀(24)、多功能阀(38)开启及排空风机(22a)的启动，从通气管(37)抽取空气吹扫乏风输送管道(7a)和混合气体输送管道(7b)后，将管道内残留的瓦斯经排空进气管(23b)排入大气。
13.根据权利要求12所述的煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理***，其特征在于，当蓄热式高温氧化装置(12)停运后，通过闭环控制多功能阀(38)开启后利用大气平衡乏风输送管道(7a)与抽放瓦斯连接管道(4)内的压力。
14.根据权利要求1所述的煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理***，其特征在于，所述的掺混处理***还包括烟囱(27)，所述的烟囱(27)通过设有的清洁气体输送管道(26)与蓄热式高温氧化装置(12)连通，用于将蓄热式高温氧化装置(12)氧化处理产生的清洁气体排入大气；所述的清洁气体输送管道(26)设有清洁气体阀(28)，用于控制清洁气体输送管道(26)的开闭。
15.根据权利要求14所述的煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理***，其特征在于，所述的掺混处理***还包括蒸汽锅炉(31)，所述的蒸汽锅炉(31)和烟囱(27)均通过设有的热风输送管道(30)与蓄热式高温氧化装置(12)连通，该蒸汽锅炉(31)用于吸收蓄热式高温氧化装置(12)产生的高温热风进行热能利用；所述的热风输送管道(30)设有热风阀(29)和热风旁通阀(32)，所述的热风阀(29)用于控制热风输送管道(30)与蒸汽锅炉(31)的通断，所述的热风旁通阀(32)用于控制热风输送管道(30)与烟囱(27)的通断。
16.根据权利要求1所述的煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理***，其特征在于，所述的引风机(11)内设有均压环(36)，所述的均压环(36)用于测量混合气体输送管道(7b)内的气体流量。
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