CN110440244A - 一种低浓度瓦斯微分燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种低浓度瓦斯微分燃烧装置，从燃烧的角度分为纵向和横向两个方向同时进行微分单元连续燃烧，消除了***极限内的瓦斯点燃时的压力急剧升高和瓦斯积聚爆燃和***的问题。包括低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置、瓦斯气前置处理装置、燃烧器、长明火装置、高能量自热分散快速点火装置、燃烧室和余热利用装置。本发明解决了现有的乏风氧化技术中换向过程造成瓦斯逃逸、被迫直接排放、取热效率低、浓度超限***、设备体积增大投资增大的问题以及低浓度瓦斯燃气内燃机发电技术中的瓦斯适应浓度范围窄、适应浓度和压力变化幅度小、燃烧温度可调性差、NOx含量高、停机率高、瓦斯利用率低的问题。

Description

一种低浓度瓦斯微分燃烧装置

技术领域

本发明涉及一种低浓度瓦斯微分燃烧装置，属于低浓度瓦斯回收利用技术领域。

背景技术

在现代的煤矿工业生产过程中，浓度在30％以上的浓度称为高浓度瓦斯，大部分都被直接利用，浓度为3-30％的称为低浓度瓦斯，直接利用困难，国内低浓度瓦斯发电技术成熟后，对于浓度为9-30％大都采用内燃机瓦斯发电技术进行发电。6-9％的低浓度瓦斯可以采用柴油引燃的方式进行发电(有待于经济性论证，基本没有应用案例)。对于0.75％以下的矿井风排瓦斯(通常煤矿的乏风瓦斯浓度控制在0.2％以下)，目前采用的是逆流蓄热式乏风氧化技术。但是，仅仅对乏风进行逆流氧化，难以维持自身高温环境和连续运行，甚至需要消耗大量的燃料才能维持运行。工业上通常将上3-8％的低浓度瓦斯稀释到矿井风排瓦斯中和直接通过抽排泵站排放到大气中，只有极其少了的部分掺混到更高浓度的瓦斯中进行低浓度瓦斯发电和掺混在乏风中提高进入氧化装置的入口浓度，并控制在混合浓度小于1.2％以下进行利用。尚有大量的低浓度瓦斯排放，造成了能源的大量浪费和相当于同等质量CO2的21倍的温室气体效应。

目前风排瓦斯称为乏风，由于进口瓦斯浓度被限制在1.2％以下，其参与氧化和蓄热的气体体积流量和装置的体积都很大，且取热效率只有60％左右，取热产生的经济效益很少，如果没有CDM交易市场，以及国家的财政补贴，单纯依靠乏风氧化的取热效益远不能回收项目的投资。

具体地，排放的乏风中除了含有浓度极低的甲烷气体，由于是空气稀释后的气体，且流量较大，不仅会造成环境污染，还会浪费大量能源。很多企业为了响应国家关于节能降耗，减少环境污染的号召，现有技术中，只能通过使用传统的乏风逆流蓄热式氧化装置等设备来把乏风中的少量瓦斯氧化并加回收利用，以利于现在所提倡的环保和节能减排要求。

然而，当逆流转换换向的过程中会造成大量的乏风瓦斯逃逸，同时，国内产品由于取热的单一结构，又造成最后的排烟温度升高形成大量的排烟热损失，最终造成整个过程的热效率低下，导致经济性差。限制了乏风氧化项目的投资建设。

从另一方面，低浓度瓦斯发电机组及***技术成熟后，9-30％的低浓度瓦斯被广泛应用于燃气内燃机发电。单独从低浓度瓦斯进入内燃机发电的效率而言，其发电效率是最高的，国内的低浓度瓦斯发电机组，在浓度、气量和压力稳定的情况下，其效发电效率可以达到36％以上。但是煤矿生产中抽采的低浓度瓦斯气由于受到井下的抽采区域变化、管道的更换(拆除和连接)、排水等操作的影响，造成所抽采的低浓度瓦斯浓度、流量及压力波动都很大，且频繁。而低浓度瓦斯发电机组对瓦斯变化的适应性有着严格的要求，其要求瓦斯浓度变化速率不超过1％/min，低浓度瓦斯发电***的气源压力的变化速率不超过1KPa/min，瓦斯气的浓度或压力变化速率一旦超过所要求的速率，就容易造成低浓度瓦斯发电机组出现逆功率、缸温过高保护停机和解列。特别是当浓度低于8％的情况下，机组基本不能连续发电，***经常因瓦斯气波动而造成大量的低浓度瓦斯直接排放。特别是对于发电上网的低浓度瓦斯发电企业，又往往因为每台机组的停机后需要向电业局调度申请并网不能及时得到批准，又会造成大量的低浓度瓦斯气长期排放而不能被利用。低浓度瓦斯的直接排放又会造成大量的能源浪费和大气的环境污染。另外，从瓦斯气在内燃机中燃烧做功的工况分析，其燃烧温度不可调节，且燃烧温度通常远远高于1200℃，致使瓦斯发电机组的排烟NOx含量严重超标，国产的低浓度瓦斯发电机组的排烟NOx含量通常大于1800PPm。如果不采取脱销措施，将会严重污染环境。

从整个低浓度瓦斯的综合利用率角度分析，低浓度瓦斯发电机组尽管其发电效率较高，往往由于气源波动(煤矿安全规定低浓度瓦斯不能以任何形式进行储存和缓冲)、机组燃烧不完全、缸温保护停机、多次并网申请困难、机组本身的个别火花塞不做功等原因，使低浓度瓦斯发电机组***的综合效率下降。

对于浓度为3-8％的低浓度瓦斯而言，低浓度瓦斯发电机组无法直接利用，有的企业开发了柴油引燃技术，燃烧6-8％的低浓度瓦斯气，向机组中添加柴油燃料使机组做工发电，但是如果对于一个煤矿的单纯的6-8％的气源浓度，其瓦斯气的波动也会经常出现，柴油引燃技术也很难适应瓦斯气源的变化，以至于至今此项技术没有很好的应用和推广。

由上述分析，对于3-8％的低浓度瓦斯目前的利用方式为间接利用方式，第一种是掺混到乏风中被稀释后进入逆流蓄热式乏风氧化装置，并严格控制乏风氧化装置的进口掺混后的乏风瓦斯浓度≤1.2％。第二种方式是在煤矿的低浓度瓦斯相对较高的部分的浓度明显高于9％的情况下，将部分浓度为3-8％的低浓度瓦斯掺混到其中，并控制掺混后的浓度达到9％以上，以使低浓度瓦斯发电机组能够正常做功发电。

第一种掺混到乏风中被稀释的间接利用方式，涉及到上述的瓦斯逃逸和取热效率低下的问题，第二种向更高浓度瓦斯中部分掺混(提高混合后浓度)，涉及到掺混后的浓度要求和更高浓度的低浓度瓦斯气量的限制，往往是不能完全掺混和造成掺混后的低浓度瓦斯气源更加不稳定，而是机组的运行效率和瓦斯的综合利用率大大下降。

发明内容

本发明为解决上述现有技术的不足，提出了一种低浓度瓦斯微分燃烧装置，解决了现有的低浓度瓦斯间接利用技术中瓦斯逃逸、被迫直接排放、燃烧不完全以及取热效率低、浓度超限***、设备体积增大投资增大的问题。同时，解决了现有的燃气设施燃用瓦斯气的点火困难、燃烧不稳定，易于回火、熄火以及发生***的问题。

为达到上述目的，具体技术方案如下：

一种低浓度瓦斯微分燃烧装置，包括低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置、瓦斯气前置处理装置、燃烧器、长明火装置、高能量自热分散快速点火装置、燃烧室和余热利用装置，所述低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置安装在低浓度瓦斯安全输送***的末级水封阻火泄爆装置之后，所述低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置与熄火及回火保护控制装置和低浓度瓦斯浓度调节装置连接，所述低浓度瓦斯浓度调节装置与瓦斯气前置处理装置连接，所述瓦斯气前置处理装置与燃烧器连接，所述燃烧器与燃烧室连接，所述燃烧室与余热利用装置连接，所述长明火装置和高能量自热分散快速点火装置均与燃烧室连接。

优选的，所述低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置包括除雾及冷量回收装置和过冷降温及重力脱水装置，除雾及冷量回收装置内的换热管为第一毛细螺旋换热管，脱水后瓦斯气在第一毛细螺旋换热管内流动，未脱水的瓦斯气在第一毛细螺旋换热管外流动；第一毛细螺旋换热管外的瓦斯气从设备顶部进入底部流出完成冷量回收和部分气水分离，除雾及冷量回收装置内还设置了气水分离室和丝网除沫装置，对过冷的瓦斯气进一步脱水；过冷降温及重力脱水装置内的换热管为双金属翅片管组成的蛇形管，中间介质在蛇形翅片管内流动，瓦斯气在蛇形翅片管外流动；过冷降温及重力脱水装置内还设置了导流板和重力脱水室。

优选的，所述瓦斯气前置处理装置包括瓦斯气进口、第二毛细螺旋换热管、活动气门、螺旋导管、中间介质进口和中间介质出口，瓦斯气进口与低浓度瓦斯浓度调节装置连接，安装在低浓度瓦斯浓度调节装置之后；瓦斯气在前置处理装置的第二毛细螺旋换热管内流动，从第二毛细螺旋换热管另一端出口进入活动气门，瓦斯气依靠自身的压力开启活动气门，活动气门出口连接螺旋导管，从螺旋导管出口进入燃烧器；所述中间介质进口和中间介质出口分别与所述余热利用装置的低温烟气取热装置连接，中间介质在低温烟气取热装置和瓦斯气前置处理装置之间循环；

所述的螺旋导管与活动气门一对一布置，两者之间为无缝对接，每一个活动气门的出口连接一个螺旋导管，整个瓦斯气前置处理装置的出口呈管束结构，所述螺旋导管的外侧可添加乏风和再循环烟气；所述第二毛细螺旋换热管出口连接内部的活动气门，活动气门依靠瓦斯气的压力自动打开，压力低时的自动闭锁，防止气量过少或气压过低时的回火现象的发生。

进一步的，所述燃烧器与所述前置处理装置直接连通，所述燃烧器上设有通入助燃介质和强制降温介质的输入管道，本体安装在所述燃烧室的筒体上，其出口与所述燃烧室内直接连通；所述燃烧器包括主燃烧器和辅助燃烧器，所述主燃烧器包括耐高温外壳、乏风及再循环烟气进口，多层大孔径拉毛丝网和旋流器，所述螺旋导管伸入燃烧器内，所述多层大孔径拉毛丝网与所述旋流器紧靠，瓦斯气从多层大孔径拉毛丝网的丝网层出来进入旋流器，瓦斯气以旋转的形式进入燃烧室；所述燃烧器的内部瓦斯气流速低于所述螺旋导管内的流速，燃烧器的内部运行回火，由于燃烧器较短，其内部产生回火时，不会产生燃烧压力急速升高和瞬间***，更不会因瞬间***产生巨响；所述多层大孔径拉毛丝网，用以对喷出的瓦斯气进行二次分配和快速点燃；

所述辅助燃烧器不控制浓度，直接利用低浓度瓦斯进行埋伏式燃烧，其出口是埋伏在长明火装置之下的，主燃烧器在辅助燃烧器的上方，瓦斯气从辅助燃烧器喷出后，进入埋伏层，火焰从埋伏层的缝隙中穿出，所述埋伏层利用孔隙率的不同主导火焰方向，将辅助燃烧器的火焰导向主燃烧器出口，所述辅助燃烧器在低浓度瓦斯气特别低的情况下，允许掺混液化气保持点火；利用辅助燃烧器燃烧的埋伏层的长明火的火焰长期加热和对燃烧室进行升温，所述主燃烧器的结构与辅助燃烧器的结构相同，辅助燃烧器的乏风及再循环烟气进口仅接乏风，主燃烧器的乏风及再循环烟气进口还可以连接再循环烟气，在瓦斯气浓度较高时用于控制燃烧室的整体温度的稳定。

进一步的，所述长明火装置包括耐高温骨架、多孔陶瓷耐火球和耐火球挡墙，耐高温骨架在辅助燃烧器出口支撑多孔陶瓷耐火球，使辅助燃烧器出口保留喷射空间，辅助燃烧器出口的正前方设置多孔陶瓷耐火球的耐火球挡墙，耐火球挡墙与耐高温骨架之间保留又填充耐火球的空隙，用于填充多孔陶瓷耐火球，通过大小不同的多孔陶瓷耐火球的堆积位置确定火焰的引导方向；所述多孔陶瓷耐火球位于埋伏式燃烧的埋伏层，火焰从多孔陶瓷耐火球缝隙中喷出；使长明火装置产生的长明火的火焰和高温烟气经过辅助燃烧器出口向主燃烧器出口流动，主动点燃主燃烧器的出口瓦斯气；所述长明火装置具有较高的储存热量的能力，即使在辅助燃烧器的气源短期内切断气源的情况下，长明火装置仍然具有较强的点火能力；

所述长明火装置，利用浓度相对较高的低浓度瓦斯和口径较小的辅助燃烧器保持炉内长明火状态；所述长明火装置为局部超高温结构，其火焰的形式为多束火焰形式，其火源中心是具有减速效应的及其微小的半密封受限空间，其受限空间由周围埋伏堆积一定透气性的多孔陶瓷耐火球及具有特定形状的耐火砖形成，允许局部火焰温度长期超过1600℃。透气性不同，利用其沿横向及纵向不同的透气性引导长明火的方向，使长明火的火焰及高温产物向出口主燃烧器方向流动。

进一步的，所述高能量自热分散快速点火装置包括安装在燃烧器附近的非流线型长明火固体、非流线导流装置、竹篮式非流线分散反向加热装置、持续高温热池；

所述非流线型长明火固体为低浓度瓦斯燃烧后加热的非流线高温固体蓄热材料，其表面呈现凹凸不平的形状及多孔结构，正常运行时，利用低浓度瓦斯燃烧的热量，将自身温度提高到900-1100℃，具有高温点火作用；

所述非流线导流装置为部分非流线螺旋结构的表面凹凸不平的锥形轮廓耐火材料制作而成，正对主燃烧器安装，将从主燃烧器喷出的低浓度瓦斯气首先经过非流线导流装置导流分散；

所述竹篮式非流线分散反加热装置，为多孔结构，使少量的瓦斯气从缝隙中加热通过的同时，将大部分的低浓度瓦斯气以及燃烧完全后形成的高温烟气反向导流，并使反向导流的高温烟气与新进入的低浓度瓦斯气快速混合和点火；

所述持续高温热池，是由多孔耐火材料联合反向气流空间形成的高温热池，其构成综合加热、反向点火和稳定燃烧可靠条件，同时，多孔耐火材料组成的高温蓄热体与非流线导流装置及非流线型长明火固体整体组装，形成完整的组合体。

优选的，所述燃烧室为高能量自热分散快速点火装置提供安装空间并将燃烧产生的热量及高温烟气暂时储存在内部，并引导高温烟气向出口流动，为后续的余热利用装置提供热量，所述燃烧室为燃烧提供高温密闭的环境，使被点燃的低浓度瓦斯在此完全反应。

优选的，所述余热利用装置包括低温烟气取热装置，所述低温烟气取热装置包括壳体、换热元件、中间介质接口、冷凝口、低温烟气接口，所述壳体为低温烟气取热装置的外壳，其内部设置换热元件，换热元件连接中间介质集箱，所述换热元件通过中间介质集箱汇总流出和流入，所述中间介质接口安装在中间介质集箱上，所述冷凝口安装在外壳靠近低温烟气的出口底部，排出低温烟气冷凝水，所述低温烟气接口包括低温烟气的进口和出口。

本发明解决了现有的低浓度瓦斯间接利用技术中瓦斯逃逸、被迫直接排放、燃烧不完全以及在逆流蓄热氧化时，换向过程造成取热效率低、浓度超限***、设备体积增大投资增大的问题。同时，解决了现有的燃气设施燃用瓦斯气的燃烧不稳定，易于回火、熄火以及发生***的问题。

附图说明

图1是本发明一种低浓度瓦斯微分燃烧装置的工艺流程图。

图2是本发明低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置的连接结构示意图。

图3是本发明瓦斯气前置处理装置的结构示意图。

图4是本发明燃烧器的结构示意图。

图5是本发明燃烧器的内部结构示意图。

图6是本发明长明火装置的结构示意图。

图7是本发明高能量自热分散快速点火装置的结构示意图。

图8是本发明燃烧室的结构示意图。

图9是本发明燃烧室的剖视图。

图10是本发明低温烟气取热装置的结构示意图。

图中：10、低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置；101、第一温度检测仪；102、除雾及冷量回收装置；103、第二温度检测仪；104、过冷降温及重力脱水装置；105、第三温度检测仪；106、第一毛细螺旋换热管107、丝网除沫装置；108、气水分离室；109、蛇形翅片管；110、导流板；111、重量脱水室；20、瓦斯气前置处理装置；201、瓦斯气进口；202、设备筒体；203、中间介质出口；204、第二毛细螺旋换热管；205、中间介质进口；206、活动气门；207、螺旋导管；301、耐高温外壳；302、乏风及再循环烟气进口；303、多层大孔径拉毛丝网；304、旋流器；401、耐高温骨架；402、多孔陶瓷耐火球；403、耐火球挡墙；501、非流线型长明火固体；502、非流线导流装置；503、竹篮式非流线分散反向加热装置；504、持续高温热池；60、燃烧室；601、外壳；602、炉墙；603、主燃烧器接口；604、反应空间；605、防爆口；606、人孔；607、观察口；608、辅助燃烧器接口；609、点火孔；610、火焰探测接口；611、主火焰测温点；612、燃烧室测温点；613、燃烧室出口烟气测温点；614、迷宫式烟气通道；615、反应后烟气出口；70、低温烟气取热装置；701、壳体；702、换热元件；703、中间介质接口；704、冷凝口；705、低温烟气接口；80、低浓度瓦斯浓度调节装置。

具体实施方式

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。

如图1所示，一种低浓度瓦斯微分燃烧装置，包括低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置10、瓦斯气前置处理装置20、燃烧器、长明火装置、高能量自热分散快速点火装置、燃烧室60和余热利用装置，所述低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置10安装在低浓度瓦斯安全输送***的末级水封阻火泄爆装置之后，所述低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置10与熄火及回火保护控制装置和低浓度瓦斯浓度调节装置80连接，所述低浓度瓦斯浓度调节装置80与瓦斯气前置处理装置20连接，所述瓦斯气前置处理装置20与燃烧器连接，所述燃烧器与燃烧室60连接，所述燃烧室60与余热利用装置连接，所述长明火装置和高能量自热分散快速点火装置均与燃烧室60连接。

所述回火及熄火保护控制装置包括火焰检测、气源切断阀、空气吹扫电磁阀、气源压力检测、控制***。所述的回火及熄火保护控制装置的控制部分与***控制柜连接，瓦斯气进口与所述低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置连接，出口与所述低浓度瓦斯浓度调节装置连接。熄火的火焰探测仪的火焰探头安装在燃烧室内的燃烧器出口，回火的火焰探测器安装在瓦斯气前置处理装置的前端瓦斯气管道上。气源紧急切断阀和空气吹扫电磁阀根据控制***的指令进行保护动作。所述的气源紧急切断阀和空气吹扫电磁阀保护动作包括熄火保护、回火保护、气源压力低保护。

所述低浓度瓦斯浓度调节装置80，包括浓度检测仪、自动控制***、低浓度瓦斯控制阀门、混合装置、鼓风机、引风机、变频控制柜、乏风或空气控制阀门、安全门等。所述低浓度瓦斯浓度调节装置80进口与所述熄火及回火保护控制装置的执行机构连接，一端与乏风气源连接，出口与所述瓦斯气前置处理装置20连接，其中，混合器的空气或乏风接口与乏风(或空气)管道连接。

所述低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置10包括第一温度检测仪101、第二温度检测仪103、第三温度检测仪105、除雾及冷量回收装置102和过冷降温及重力脱水装置104，除雾及冷量回收装置102内的换热管为第一毛细螺旋换热管106，脱水后瓦斯气在第一毛细螺旋换热管106内流动，未脱水的瓦斯气在第一毛细螺旋换热管106外流动；第一毛细螺旋换热管106外的瓦斯气从设备顶部进入底部流出完成冷量回收和部分气水分离，除雾及冷量回收装置102内还设置了气水分离室108和丝网除沫装置107，对过冷的瓦斯气进一步脱水；过冷降温及重力脱水装置104内的换热管为双金属翅片管组成的蛇形管，中间介质在蛇形翅片管409内流动，瓦斯气在蛇形翅片管109外流动；过冷降温及重力脱水装置104内还设置了导流板110和重力脱水室111。从低浓度瓦斯安全输送***出来的瓦斯气先经过除雾及冷量回收装置102回收降温后的瓦斯气的冷量，自身温度得到降低的同时，脱水后的瓦斯气的温度相应升高。

从煤矿抽采泵站及安全输送***输送的低浓度瓦斯气，由于瓦斯浓度低、含水量大、热值低等原因，会造成点火困难。需要对瓦斯气的有效成分进行提升，其中严重影响点火稳定的是含水量，降低含水量会增加点火的成功率。

具体地，在低浓度瓦斯安全输送***末端的水封阻火泄爆装置出口，安装低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置10，对瓦斯气进行过冷降温和分离水分，通过过冷降温设备，将瓦斯气的温度强制降低，除了分离原有的游离状态的液体水以外，将部分气态的水进行强制液化。液化后和原有的游离状态的液体水在重力、惯性力的作用下进行气水分离。少量的及其细小的水滴经过多层错列布置的丝网除沫装置107进行除雾，使细小的水滴汇集成较大的水滴而被补集。除雾后的瓦斯气在低温下处于100％的相对湿度状态，在除雾装置的出口安装冷量回收装置，即在丝网除沫装置107的出口安装冷量回收装置，利用降温脱水后的瓦斯气对前期气源瓦斯气进行降温，同时对降温除雾后的瓦斯气进行升温。降温后的低浓度瓦斯气在第一毛细螺旋换热管106内流动，强制降温前的低浓度瓦斯气在第一毛细螺旋换热管106外流动，既对脱水后的瓦斯气进行升温又回收冷部分冷量，使最终脱水后的瓦斯气的温度得到回升，降低了相对湿度，提高了有效成分的含量，为低浓度瓦斯气的顺利点火创造条件。被干燥的脱水后的瓦斯气在毛细管内流动，管外行程为脱水前的瓦斯气，其温度降低后会在管外壁形成大量的水膜，由于管外的大量水膜的存在，将会形成潜在的熄火冷却效应，在没有火焰形成的的时候，其熄火冷却效应处于潜伏状态，当发生火焰时，其潜伏的熄火效应立即显现，及时将火焰熄灭。

所述瓦斯气前置处理装置20包括瓦斯气进口201、设备筒体202、第二毛细螺旋换热管204、活动气门206、螺旋导管207、中间介质进口205和中间介质出口203，瓦斯气进口与低浓度瓦斯浓度调节装置80连接，安装在低浓度瓦斯浓度调节装置80之后；瓦斯气在瓦斯气前置处理装置20的第二毛细螺旋换热管204内流动，从第二毛细螺旋换热管204另一端出口进入活动气门206，瓦斯气依靠自身的压力开启活动气门206，活动气门206出口连接螺旋导管207，从螺旋导管207出口进入燃烧器；所述中间介质进口205和中间介质出口203分别与所述余热利用装置的低温烟气取热装置70连接，中间介质在低温烟气取热装置70和瓦斯气前置处理装置20之间循环；低温的低浓度瓦斯气在第二毛细螺旋换热管204中被中间介质强制加热，相对于低浓度瓦斯气源，瓦斯气前置处理装置20既起到加热瓦斯气和提高初始温度的作用又起到强制冷却灭火作用，并可以根据实际煤矿瓦斯气源情况设置多个等级串联运行。随着瓦斯气源浓度的降低，可提高预热温度，随着瓦斯气源浓度升高可降低预热温度，当瓦斯气浓度大于4％时，预热温度不超过100℃，当瓦斯气浓度低于4％时，预热温度不超过250℃，且相对于低浓度瓦斯气而言，第二毛细螺旋换热管204的内壁发生热壁效应预热瓦斯气，相对于回火而言，第二毛细螺旋换热管204的内壁发生冷壁效应，强制熄灭回火的火焰。当发生热壁效应的时候，冷壁效应潜伏，当发生冷壁效应的时候，热壁效应潜伏，两种同时存在；所述活动气门206，包括导杆、导管、气门座圈、气门、气门弹簧，通过调节所述气门弹簧的拉紧力，调节压力与流量的关系，在能够打开气门的情况下，气源压力与流量成正比；所述螺旋导管207连接气门出口，将从气门排出的低浓度瓦斯气以旋转的流动方式进入燃烧器；所述活动气门出口伸入与所述燃烧器内部。

所述的螺旋导管207与活动气门206一对一布置，两者之间为无缝对接，每一个活动气门206的出口连接一个螺旋导管207，整个瓦斯气前置处理装置20的出口呈管束结构，所述螺旋导管207的外侧可添加乏风和再循环烟气；所述第二毛细螺旋换热管204出口连接内部的活动气门206，活动气门206依靠瓦斯气的压力自动打开，压力低时的自动闭锁，防止气量过少或气压过低时的回火现象的发生。

所述低浓度瓦斯前置处理装置20的瓦斯气进口与低浓度瓦斯浓度调节装置80连通，安装在低浓度瓦斯浓度调节装置80之后，出口燃烧器连通。所述瓦斯气前置处理装置20内设置第二毛细螺旋换热管204，其外侧为传热系数较大的流体，通常对于瓦斯气来说处于加热状态，第二毛细螺旋换热器204出口连接内部的活动气门206机构，活动气门206依靠瓦斯气的压力自动打开和压力低时的自动闭锁。防止气量过少或气压过低时的回火现象的发生。所述第二毛细螺旋换热管204对于瓦斯气的初始温度得到进一步的提高，有利于瓦斯气的直接点燃和燃烧，同时，在没有回火现象发生时，其强制灭火效应处于潜伏状态，而热壁效应发挥主导作用，使瓦斯气的初始温度升高。当发生回火时，其强制灭火的冷壁效应立即自然发挥作用。

瓦斯气在瓦斯气前置处理装置20的第二毛细螺旋换热管204内流动，从第二毛细螺旋换热管204另一端出口进入活动气门206，瓦斯气依靠自身的压力开启活动气门206。活动气门206出口连接螺旋导管207。从螺旋导管207出口进入燃烧器。中间介质出口203连接所述低温烟气取热装置70进口，中间介质进口205连接所述低温烟气取热装置70出口。所述中间介质将低温烟气的热量传递给瓦斯气，使低浓度瓦斯气的初始温度得到升高。同时，中间介质一般为水，具有大于气体数倍的传热系数，使第二毛细螺旋换热管204的内壁温度接近中间介质的温度，使第二螺旋毛细换热管204的内壁温度得到有效控制。低浓度瓦斯气在第二毛细螺旋换热管204内成旋流状态，当气源压力过低时，如果发生回火现象，此时火焰传播速度大于低浓度瓦斯气的流速，向后蔓延的火焰在第二毛细螺旋换热管204内成反向的旋流状态，火焰及反应链在旋转流动过程中不断与第二毛细螺旋换热管204的管壁进行碰撞，且管壁具有强制性冷却作用，使向后蔓延的火焰和反应链中断而停止回火。当瓦斯气压力正常，流速大于火焰传播速度时，瓦斯气正常流动，在第二毛细螺旋换热管204内被中间介质加热，从而使低浓度瓦斯气的初始温度得到升高，降低点火难度。

所述燃烧器与所述瓦斯气前置处理装置20直接连通，所述燃烧器上设有通入助燃介质和强制降温介质的输入管道，本体安装在所述燃烧室60的筒体上，其出口与所述燃烧室60内直接连通；所述燃烧器包括主燃烧器和辅助燃烧器，均采用采用耐高温材料制作，所述主燃烧器包括耐高温外壳301、乏风及再循环烟气进口302，多层大孔径拉毛丝网303和旋流器304，所述螺旋导管207伸入燃烧器内，所述多层大孔径拉毛丝网303与所述旋流器304紧靠，瓦斯气从多层大孔径拉毛丝网303的丝网层出来进入旋流器304，瓦斯气以旋转的形式进入燃烧室60；所述燃烧器的内部瓦斯气流速低于所述螺旋导管207内的流速，燃烧器的内部运行回火，但是仅仅在燃烧器内部回火，由于燃烧器较短，其内部产生回火时，不会产生燃烧压力及升高和瞬间***，更不会因瞬间***产生巨响；所述多层大孔径拉毛丝网303，用以对喷出的瓦斯气进行二次分配和快速点燃。

所述辅助燃烧器不控制浓度，直接利用低浓度瓦斯进行埋伏式燃烧，其出口是埋伏在长明火装置之下的，主燃烧器在辅助燃烧器的上方，火焰在燃烧器出口处于埋伏状态，瓦斯气从辅助燃烧器喷出后，进入埋伏层，火焰从埋伏层的缝隙中穿出，所述埋伏层利用设计孔隙率的不同主导火焰方向，将辅助燃烧器的火焰导向主燃烧器出口，所述辅助燃烧器在低浓度瓦斯气特别低的情况下，允许掺混液化气保持点火；利用辅助燃烧器燃烧的埋伏层的长明火的火焰长期加热和对燃烧室进行升温，所述主燃烧器的结构与辅助燃烧器的结构相同，辅助燃烧器的乏风及再循环烟气进口302仅接乏风，主燃烧器的乏风及再循环烟气进口302还可以连接再循环烟气，在瓦斯气浓度较高时用于控制燃烧室60的整体温度的稳定。

所述低浓度瓦斯管道上设有第一火焰检测仪，所述第一火焰检测仪连接自控***；所述自控***根据所述第一火焰检测仪检测的火焰信号，能够及时切断瓦斯气源，进行回火保护，并进行前置吹扫，以防止火焰在管道内蔓延。所述燃烧器出口设有第二火焰检测仪，所述的控制***根据第二火焰检测仪的火焰信号能够及时判断燃烧器60出口的火焰灭火情况，及时进行熄火保护控制，同时吹扫保护***后端的管道。

所述燃烧器接受在瓦斯气流量为零的情况下回火的被加热条件，所述燃烧器与燃烧室60之间为直线直通连接，允许在瓦斯气为零的情况在其内部产生回火。当回火产生时，燃烧器内部不产生高压静压和瞬间的压力释放过程。灭火后接受高温辐射，和启动过程瓦斯气进入的时候，接受空气或瓦斯气冷却条件，允许在内部点燃低浓度瓦斯；

所述燃烧器的交错布置的耐高温多层大孔径拉毛丝网303，不同于传统的表面燃烧器所配的金属纤维，本丝网结构为大孔径结构，其目的不在于防回火，而是对喷嘴喷出的瓦斯气进行二次分配和快速点燃。允许瓦斯气在丝网与喷嘴之间燃烧。允许燃烧器内部着火燃烧和能够及时释放燃烧器内部瓦斯气燃烧的压力，和防止点火***的发生。所述燃烧器与传统的燃烧器不同，其允许脱火和本体内部回火，适宜超高速喷射燃烧。

所述长明火装置包括原始低浓度瓦斯气喷枪、及辐射点火装置，安装在燃烧室的燃烧器接口底部；还包括耐高温骨架401、多孔陶瓷耐火球402和耐火球挡墙403，耐高温骨架401在辅助燃烧器出口支撑多孔陶瓷耐火球402，使辅助燃烧器出口保留喷射空间，辅助燃烧器出口的正前方设置多孔陶瓷耐火球402的耐火球挡墙403，耐火球挡墙403与耐高温骨架401之间保留又填充耐火球的空隙，用于填充多孔陶瓷耐火球402，通过大小不同的多孔陶瓷耐火球402的堆积位置确定火焰的引导方向；所述多孔陶瓷耐火球402位于埋伏式燃烧的埋伏层，火焰从多孔陶瓷耐火球402缝隙中喷出；设计将主流的长明火火焰及主流烟气引导流向主燃烧器出口，使长明火装置产生的长明火的火焰和高温烟气经过辅助燃烧器出口向主燃烧器出口流动，主动点燃主燃烧器的出口瓦斯气；所述长明火装置具有较高的储存热量的能力，即使在辅助燃烧器的气源短期内切断气源的情况下，长明火装置仍然具有较强的点火能力；

点火成功后，所述的多孔陶瓷耐火球402被燃烧的火焰加热到1200℃以上，甚至超过1600℃。具有相当大的蓄热能力和对瓦斯气的加热和点燃能力。时瓦斯气在波动时仍然能够被及时点燃和稳定燃烧，并将燃烧的火焰和高温烟气引导向主燃烧器出口方向。

所述长明火装置，利用浓度相对较高的低浓度瓦斯和口径较小的辅助燃烧器保持炉内长明火状态；所述长明火装置为局部超高温结构，原则上不设置强制的温度控制手段，其火焰的形式为多束火焰形式而非单一的火焰形式，其火源中心是具有减速效应的及其微小的半密封受限空间，其受限空间由周围埋伏堆积一定透气性的多孔陶瓷耐火球402及具有特定形状的耐火砖形成，不设置强制降温控制措施，允许局部火焰温度长期超过1600℃，其沿横向及纵向的透气性不同，并利用不同的透气性引导长明火的方向，使长明火的火焰及高温产物向出口主燃烧器方向流动。所述辅助燃烧器在低浓度瓦斯气特别低的情况下，允许掺混液化气保持点火。

所述高能量自热分散快速点火装置包括安装在燃烧器附近的非流线型长明火固体501、非流线导流装置502、竹篮式非流线分散反向加热装置503、持续高温热池504；所述高能量自热分散快速点火装置安装在燃烧室60内部的前端，靠近燃烧器。所述高能量自热分散快速点火装置进口与燃烧器正对，出口分散到整个燃烧室60的前后方向。将先燃烧的瓦斯气产生的高温热能驻留在燃烧器附近，并利用辐射、传导、对流、混合的加热方式，对燃烧器出口的低浓度瓦斯气及时的快速加热和点燃。

所述非流线型长明火固体501为低浓度瓦斯燃烧后加热的非流线高温固体蓄热材料，其表面呈现凹凸不平的形状及多孔结构，正常运行时，利用低浓度瓦斯燃烧的热量，将自身温度提高到900-1100℃，具有高温点火作用；

所述非流线导流装置502为部分非流线螺旋结构的表面凹凸不平的锥形轮廓耐火材料制作而成，正对主燃烧器安装，将从主燃烧器喷出的低浓度瓦斯气首先经过非流线导流装置502导流分散；

所述竹篮式非流线分散反加热装置503，为多孔结构，使少量的瓦斯气从缝隙中加热通过的同时，将大部分的低浓度瓦斯气以及燃烧完全后形成的高温烟气反向导流，并使反向导流的高温烟气与新进入的低浓度瓦斯气快速混合和点火；

所述持续高温热池504，是由多孔耐火材料联合反向气流空间形成的高温热池，其构成综合加热、反向点火和稳定燃烧可靠条件，同时，多孔耐火材料组成的高温蓄热体与非流线导流装置502及非流线型长明火固体501整体组装，形成完整的组合体。

不同于其他燃气设备，瓦斯气通过燃烧器的喷嘴喷出后首先由非流线导流装置502将瓦斯气分散开，再由所述长明火装置、非流线型长明火固体501、竹篮式非流线分散反加热装置分散503的高温烟气点燃，非流线导流装置502将部分燃烧产物及部分低浓度瓦斯气反向分散导流，使主流高温烟气及火焰分散回流到主燃烧器周围空间，再次分配到纵向和横向交错的流道内向后流动，并对流道内的燃烧产物和热量进行逐步替换，随时将之前燃烧的热量及高温烟气向后推移，将正在燃烧的热量及高温烟气驻留在流道内；次流瓦斯气及燃烧产物通过竹篮式非流线分散加热装置503的非直线缝隙穿出，进入持续高温热池504，并通过烟气的流动将燃烧之前产生的热量和高温烟气逐步替换，将之前的燃烧热量及高温烟气推出持续高温热池504，将正在燃烧的热量及高温烟气暂时驻留在持续高温热池504内。

所述高能量自热分散快速点火装置，利用已经点燃的低浓度瓦斯气的燃烧热量，其点火能量为最小点火能量的指数倍关系，即使在短期内瓦斯浓度降低到不能足以维持自身的活性温度时，也可以利用高温烟气及回流火焰将进入的低浓度瓦斯气完全燃烧。防止火焰的熄灭，甚至在短时间内瓦斯浓度持续降低到更低的情况下，其持续高温热池504仍然能够在瞬间将新进的低浓度瓦斯气加热和点燃防止火焰的熄灭。

所述高能量自热分散快速点火装置还具有火焰拦截功能，当燃烧器喷出的低浓度瓦斯气太快，甚至远远超过火焰传播速度时，本装置可以将脱出去的火焰拦截回来，使远离燃烧器的火焰靠近燃烧器。即使燃烧器的喷嘴流速达到100m/s时，也不会发生因脱火而熄火的现象。

按照传统燃烧器布置，必须控制燃烧器的喷嘴流速略大于火焰传播速度，以防止脱火和回火。所述高能量自热分散快速点火装置的综合作用为，正常燃烧的时候，燃烧器的喷嘴流速时远远大于火焰传播速度的，此时可以有效拦截脱离燃烧器的火焰，使之靠近燃烧器，并利用拦截的火焰、回流的高温烟气、非流线型长明火固体501及持续高温热池504的综合作用及时点燃新进入瓦斯气。使从燃烧器喷出的低浓度瓦斯在刚流出燃烧器喷嘴的瞬间被点燃，防止了进入燃烧室60的瓦斯气点火延迟的现象。由于瓦斯气在燃烧室60内没有任何聚集，其处于流动燃烧状态，燃烧反应的速度虽快，但其燃烧产生的压力不高，几乎处于等压燃烧过程，消除了点火***的第一环节—压力的迅速升高，同时也就没有高压的瞬间释放过程，也就解决了低浓度瓦斯气点火***的难题。

低浓度瓦斯气属于甲烷和空气的混合气体，其混合后的当量比通常≤1:2，所述低浓度瓦斯气在遇到明后极容易发生***和回火，传统的点火及燃烧模式，是靠控制燃烧器的喷嘴流速略大于火焰传播速度的方法稳定燃烧的。而煤矿的低浓度瓦斯目前是不允许储存和缓冲的，其流量、压力、浓度等参数随时都有可能发生变化，因此实际煤矿的瓦斯利用传统的设计方案很容易发生回火和脱火甚至熄火而无法完成安全稳定燃烧。

所述燃烧室60包括外壳601、炉墙602、主燃烧器接口603，反应空间604，防爆口605，人孔606，观察口607，辅助燃烧器接口608，点火孔609，火焰探测接口610，主火焰测温点611，燃烧室测温点612，燃烧室出口烟气测温点613，迷宫式烟气通道614，反应后烟气出口615。所述主燃烧器接口603安装在燃烧室60的正前方的前墙中央，避免高温烟气偏流和造成局部过热。所述反应空间604为所述高能量自热分散快速点火装置提供安装空间和为低浓度瓦斯气完全燃烧提供反应空间。所述防爆口605设置在前段侧墙和所述迷宫式烟气通道614后的侧墙上或顶部，防止爆燃超压造成损坏，所述人孔606安装在防爆口605后的侧墙上，内置耐火内衬和保温材料，所述观察口607安装在侧墙上，正对主火焰和长明火的位置，以方便观察，所述辅助燃烧器接口608安装在主燃烧器接口603的正下方，为点火升温及长明火提供热量，所述点火孔609位于辅助燃烧器接口608的正下方，并靠近辅助燃烧器接口608，以方便点火，所述火焰探测接口610靠近点火孔609和辅助燃烧器接口608，方便安装火焰探测器探测长明火及点火的火焰，所述主火焰测温点611安装在靠近主燃烧器接口603位置，方便检测主火焰的温度，所述燃烧室测温点612安装在燃烧室60的侧墙上，并将测温点的探头伸入到燃烧室60的中心轴线附近，所述燃烧室出口烟气测温点613安装在燃烧室60出口变径管后，并将测温点伸入烟道接口的轴线位置，所述迷宫式烟气通道614安装在燃烧室60内部的反应空间604后方，方便将燃烧产物按照纵横交错的轨迹流动，延长烟气的流程和增加反应时间，防止瓦斯逃逸和增加氧化率，所述反应后烟气出口615，为燃烧室60的最终出口，将燃烧产物和高温热量全部通过此处排出。

所述燃烧室还包括耐火材料、保温材料、迷宫式蓄热流道、倒流装置、混合加热装置，内部能够形成活性温度以上的反应密闭空间，其为低浓度瓦斯完全燃烧提供足够的驻留时间，并引导燃烧产物及高温热量到烟气出口，所述高能量自然分散快速点火装置安装在燃烧室60内部的前端，为高能量自热分散快速点火装置提供安装空间并将燃烧产生的热量及高温烟气暂时储存在内部，并引导高温烟气向出口流动，为后续的余热利用装置提供热量，所述燃烧室60为燃烧提供高温密闭的环境，使被点燃的低浓度瓦斯在此完全反应。

所述余热利用装置包括低温烟气取热装置70、给水加热器、蒸发器、蒸汽过热器、水冷屏，所述低温烟气取热装置70包括壳体701、换热元件702、中间介质接口703、冷凝口704、低温烟气接口705，所述壳体701为低温烟气取热装置70的外壳，其内部设置换热元件702，换热元件702连接中间介质集箱，所述换热元件702通过中间介质集箱汇总流出和流入，所述中间介质接口安装在中间介质集箱上，所述冷凝口704安装在外壳靠近低温烟气的出口底部，排出低温烟气冷凝水，所述低温烟气接口705包括低温烟气的进口和出口。所中间介质接口703通过管道与瓦斯气前置处理装置20的中间介质接口连接，所述低温烟气接口705与烟道连通。

低温烟气取热装置70，在气源浓度≥4％的情况下，预热后的瓦斯气初始温度不超过100℃，且中间介质的温度不大于150℃。在气源浓度＜4％情况下，预热后的瓦斯气初始温度不超过250℃，且中间介质的温度不大于300℃。

排烟温度与瓦斯气的初始温度之差≤60℃，低浓度瓦斯进入燃烧***的混合浓度始终精确控制8％以下，且瓦斯气源浓度在3-8％之间无需精准调节，并以尾部烟气氧含量进行修正；依靠冷壁效应灭火和防爆、热壁效应预热瓦斯气，且冷壁效应和热壁效应同时存在，在不发生回火的状态下，冷壁效应潜伏，热壁效应发挥作用，当发生回火的情况下，热壁效应潜伏，冷壁效应发挥作用；活动气门的低流速自动关闭防止回火；燃烧器允许回火；埋伏式燃烧形成稳定的长明火、高能量自热分散快速点火装置发挥导流分散点火、长明火固体、反向回火、限制性漏火、强制回流烟气等作用实现低浓度瓦斯的安全稳定燃烧，防止低浓度瓦斯燃烧过程发生***和将火焰回流到低浓度瓦斯气安全输送***。

所述低浓度瓦斯微分燃烧装置还包括尾部低温烟气余热利用装置，所述尾部低温烟气余热利用装置包括尾部低温余热的热能载移装置、中间循环介质、循环介质的循环泵、循环介质管道。所述循环介质在换热管内部吸收尾部低温烟气的热量，使自身温度得到提高，中间介质在尾部低温余热利用装置和前置处理装置之间循环。

所述的给水加热器包括外壳、翅片管、给水接口、烟气接口，给水接口连接给水，烟气接口连接烟道；所述的蒸发器包括换热管、上升管、下降管、集箱、汽包；蒸发器汽包通过换热管、上升管和下降管和集箱进行自然对流循环，上升管一端与蒸发器汽包连通，另一端与换热管顶部的集箱连通。下降管一端与蒸发器汽包底部连通，另一端与换热管底部的集箱连通。蒸发器汽包与给水加热器出口的补水管连通；所述的蒸汽过热器蒸汽进口与蒸发器汽包连通，蒸汽出口与外送蒸汽管道连通，所述的蒸汽过热器的中部设置减温器，通过给水分配量调节最终的出口蒸汽温度。

低温烟气取热装置70用于回收尾部低温烟气余热，并通过传热系数最高的中间介质将热量传递给进口的瓦斯气，中间介质在两者之间循环，周而复始，给水加热器的取热管安装在烟道中，给水侧进口连接给水泵出口，出口连接蒸发器的汽包，蒸发器的汽包通过换热管、上升管和下降管进行自然对流循环，上升管一端与蒸发器汽包连通，另一端与换热管顶部的联箱连通。下降管一端与蒸发器汽包底部连通，另一端与底部的联箱连通。蒸发器汽包与给水加热器出口管及蒸汽过热器连通，蒸汽过热器蒸汽侧一端与蒸发器汽包连通，另一端与外送蒸汽管道连通，中间设置减温器。水冷屏安装在靠近燃烧室出口将高温烟气的温度适当降低，以保护蒸汽过热器；低浓度瓦斯浓度调节装置80还包括安装在进气管上设有第一瓦斯浓度检测仪、第二瓦斯浓度检测仪；控制***根据第一、第二瓦斯浓度检测仪的浓度及尾部烟气的含氧量，能够调节输入管道中乏风(或空气)的输送量，以精准控制混合后浓度和当量比。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种低浓度瓦斯微分燃烧装置，其特征在于：包括低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置、瓦斯气前置处理装置、燃烧器、长明火装置、高能量自热分散快速点火装置、燃烧室和余热利用装置，所述低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置安装在低浓度瓦斯安全输送***的末级水封阻火泄爆装置之后，所述低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置与熄火及回火保护控制装置和低浓度瓦斯浓度调节装置连接，所述低浓度瓦斯浓度调节装置与瓦斯气前置处理装置连接，所述瓦斯气前置处理装置与燃烧器连接，所述燃烧器与燃烧室连接，所述燃烧室与余热利用装置连接，所述长明火装置和高能量自热分散快速点火装置均与燃烧室连接。

2.根据权利要求1所述的一种低浓度瓦斯微分燃烧装置，其特征在于：所述低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置包括除雾及冷量回收装置和过冷降温及重力脱水装置，除雾及冷量回收装置内的换热管为第一毛细螺旋换热管，脱水后瓦斯气在第一毛细螺旋换热管内流动，未脱水的瓦斯气在第一毛细螺旋换热管外流动；第一毛细螺旋换热管外的瓦斯气从设备顶部进入底部流出完成冷量回收和部分气水分离，除雾及冷量回收装置内还设置了气水分离室和丝网除沫装置，对过冷的瓦斯气进一步脱水；过冷降温及重力脱水装置内的换热管为双金属翅片管组成的蛇形管，中间介质在蛇形翅片管内流动，瓦斯气在蛇形翅片管外流动；过冷降温及重力脱水装置内还设置了导流板和重力脱水室。

3.根据权利要求1所述的一种低浓度瓦斯微分燃烧装置，其特征在于：所述瓦斯气前置处理装置包括瓦斯气进口、第二毛细螺旋换热管、活动气门、螺旋导管、中间介质进口和中间介质出口，瓦斯气进口与低浓度瓦斯浓度调节装置连接，安装在低浓度瓦斯浓度调节装置之后；瓦斯气在前置处理装置的第二毛细螺旋换热管内流动，从第二毛细螺旋换热管另一端出口进入活动气门，瓦斯气依靠自身的压力开启活动气门，活动气门出口连接螺旋导管，从螺旋导管出口进入燃烧器；所述中间介质进口和中间介质出口分别与所述余热利用装置的低温烟气取热装置连接，中间介质在低温烟气取热装置和瓦斯气前置处理装置之间循环；

所述的螺旋导管与活动气门一对一布置，两者之间为无缝对接，每一个活动气门的出口连接一个螺旋导管，整个瓦斯气前置处理装置的出口呈管束结构，所述螺旋导管的外侧可添加乏风和再循环烟气；所述第二毛细螺旋换热管出口连接内部的活动气门，活动气门依靠瓦斯气的压力自动打开，压力低时的自动闭锁，防止气量过少或气压过低时的回火现象的发生。

4.根据权利要求3所述的一种低浓度瓦斯微分燃烧装置，其特征在于：所述燃烧器与所述前置处理装置直接连通，所述燃烧器上设有通入助燃介质和强制降温介质的输入管道，本体安装在所述燃烧室的筒体上，其出口与所述燃烧室内直接连通；所述燃烧器包括主燃烧器和辅助燃烧器，所述主燃烧器包括耐高温外壳、乏风及再循环烟气进口，多层大孔径拉毛丝网和旋流器，所述螺旋导管伸入燃烧器内，所述多层大孔径拉毛丝网与所述旋流器紧靠，瓦斯气从多层大孔径拉毛丝网的丝网层出来进入旋流器，瓦斯气以旋转的形式进入燃烧室；所述燃烧器的内部瓦斯气流速低于所述螺旋导管内的流速，燃烧器的内部允许回火，由于燃烧器较短，其内部产生回火时，不会产生燃烧压力的急速升高和瞬间***，更不会因瞬间***产生巨响；所述多层大孔径拉毛丝网，用以对喷出的瓦斯气进行二次分配和快速点燃；

所述辅助燃烧器不控制浓度，直接利用低浓度瓦斯进行埋伏式燃烧，其出口是埋伏在长明火装置之下的，主燃烧器在辅助燃烧器的上方，瓦斯气从辅助燃烧器喷出后，进入埋伏层，火焰从埋伏层的缝隙中穿出，所述埋伏层利用孔隙率的不同主导火焰方向，将辅助燃烧器的火焰导向主燃烧器出口，所述辅助燃烧器在低浓度瓦斯气特别低的情况下，允许掺混液化气保持点火；利用辅助燃烧器燃烧的埋伏层的长明火的火焰长期加热和对燃烧室进行升温，所述主燃烧器的结构与辅助燃烧器的结构相同，辅助燃烧器的乏风及再循环烟气进口仅接乏风，主燃烧器的乏风及再循环烟气进口还可以连接再循环烟气，在瓦斯气浓度较高时用于控制燃烧室的整体温度的稳定。

5.根据权利要求4所述的一种低浓度瓦斯微分燃烧装置，其特征在于：所述长明火装置包括耐高温骨架、多孔陶瓷耐火球和耐火球挡墙，耐高温骨架在辅助燃烧器出口支撑多孔陶瓷耐火球，使辅助燃烧器出口保留喷射空间，辅助燃烧器出口的正前方设置多孔陶瓷耐火球的耐火球挡墙，耐火球挡墙与耐高温骨架之间保留又填充耐火球的空隙，用于填充多孔陶瓷耐火球，通过大小不同的多孔陶瓷耐火球的堆积位置确定火焰的引导方向；所述多孔陶瓷耐火球位于埋伏式燃烧的埋伏层，火焰从多孔陶瓷耐火球缝隙中喷出；使长明火装置产生的长明火的火焰和高温烟气经过辅助燃烧器出口向主燃烧器出口流动，主动点燃主燃烧器的出口瓦斯气；所述长明火装置具有较高的储存热量的能力，即使在辅助燃烧器的气源短期内切断气源的情况下，长明火装置仍然具有较强的点火能力；

所述长明火装置，利用浓度相对较高的低浓度瓦斯和口径较小的辅助燃烧器保持炉内长明火状态；所述长明火装置为局部超高温结构，其火焰的形式为多束火焰形式，其火源中心是具有减速效应的及其微小的半密封受限空间，其受限空间由周围埋伏堆积一定透气性的多孔陶瓷耐火球及具有特定形状的耐火砖形成，允许局部火焰温度长期超过1600℃，透气性不同，利用其沿横向及纵向不同的透气性引导长明火的方向，使长明火的火焰及高温产物向主燃烧器出口方向流动。

6.根据权利要求5所述的一种低浓度瓦斯微分燃烧装置，其特征在于：所述高能量自热分散快速点火装置包括安装在燃烧器附近的非流线型长明火固体、非流线导流装置、竹篮式非流线分散反向加热装置、持续高温热池；

所述非流线型长明火固体为低浓度瓦斯燃烧后加热的非流线高温固体蓄热材料，其表面呈现凹凸不平的形状及多孔结构，正常运行时，利用低浓度瓦斯燃烧的热量，将自身温度提高到900-1100℃，具有高温点火作用；

所述非流线导流装置为部分非流线螺旋结构的表面凹凸不平的锥形轮廓耐火材料制作而成，正对主燃烧器安装，将从主燃烧器喷出的低浓度瓦斯气首先经过非流线导流装置导流分散；

所述竹篮式非流线分散反加热装置，为多孔结构，使少量的瓦斯气从缝隙中加热通过的同时，将大部分的低浓度瓦斯气以及燃烧完全后形成的高温烟气反向导流，并使反向导流的高温烟气与新进入的低浓度瓦斯气快速混合和点火；

所述持续高温热池，是由多孔耐火材料联合反向气流空间形成的高温热池，其构成综合加热、反向点火和稳定燃烧可靠条件，同时，多孔耐火材料组成的高温蓄热体与非流线导流装置及非流线型长明火固体整体组装，形成完整的组合体。

7.根据权利要求1所述的一种低浓度瓦斯微分燃烧装置，其特征在于：所述燃烧室为高能量自热分散快速点火装置提供安装空间并将燃烧产生的热量及高温烟气暂时储存在内部，并引导高温烟气向出口流动，为后续的余热利用装置提供热量，所述燃烧室为燃烧提供高温密闭的环境，使被点燃的低浓度瓦斯在此完全反应。

8.根据权利要求1所述的一种低浓度瓦斯微分燃烧装置，其特征在于：所述余热利用装置包括低温烟气取热装置，所述低温烟气取热装置包括壳体、换热元件、中间介质接口、冷凝口、低温烟气接口，所述壳体为低温烟气取热装置的外壳，其内部设置换热元件，换热元件连接中间介质集箱，所述换热元件通过中间介质集箱汇总流出和流入，所述中间介质接口安装在中间介质集箱上，所述冷凝口安装在外壳靠近低温烟气的出口底部，排出低温烟气冷凝水，所述低温烟气接口包括低温烟气的进口和出口。

9.一种低浓度瓦斯微分燃烧方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：瓦斯气源通过低浓度瓦斯安全输送***进入低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置，低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置对瓦斯气源进行强制过冷换热，并利用惯性、重力及除雾手段脱除其中的液态水和部分气态冷凝水，降低其中的含水率，含水率降低后又利用冷量回收装置对过冷的瓦斯气进行升温和回收部分冷量，脱水后的瓦斯气温度接近瓦斯气源温度，使参与燃烧的低浓度瓦斯的无效成分减少和有效成分增加，提高整体活性；

步骤二：瓦斯气通过低浓度瓦斯气过冷脱水及除雾装置经过低浓度瓦斯浓度调节装置进入瓦斯气前置处理装置，瓦斯气前置处理装置既起到加热瓦斯气和提高初始温度的作用又起到强制冷却灭火作用；并可根据瓦斯气源的浓度确定预热温度，随气源浓度下降预热温度升高，随气源浓度升高预热温度下降；

步骤三：瓦斯气经过瓦斯气前置处理装置后以旋转的方式进入燃烧器，燃烧器器为直通式燃烧器，燃烧器内部允许着火燃烧，使低浓度瓦斯气在连续流动中形成纵向和横向的双向微分单元，每一个微分单元的瓦斯气由后面流动的瓦斯气逐渐推动前移，形成连续燃烧的微分端面，每一个微分单元的瓦斯气燃烧时都能够及时释放内部瓦斯气燃烧形成的膨胀压力，防止瓦斯气燃烧的压力急剧升高和点火***的发生；

步骤四：瓦斯气经过燃烧器进入燃烧室，首先通过高能量自热分散快速点火装置进行导流分散，再通过长明火装置和燃烧器的辅助燃烧器，将长明火的火焰和高温烟气向燃烧器的主燃烧器出口流动，主动点燃主燃烧器的出口瓦斯气，长明火装置具有较高的储存热量的能力，即使在辅助燃烧器气源短期内切断气源的情况下，长明火装置依然能够发挥点火作用；高能量自热分散快速点火装置利用已经点燃的瓦斯气的燃烧热量，即使在短期内瓦斯浓度降低到不能足以维持自身的活性温度时，也可以利用高温烟气及回流火焰将进入的每一个微分单元的瓦斯气及时点燃和完全燃烧，防止火焰的熄灭，甚至在短时间内瓦斯浓度持续降低到更低的情况下，其持续高温热池仍然能够在瞬间将新进的瓦斯气加热和点燃防止火焰的熄灭；

步骤五：瓦斯气在燃烧室内充分燃烧后，将燃烧产生的热量及高温烟气引导至余热利用装置。特别是利用尾部的低温烟气余热通过中间介质加热经过脱水后的低浓度瓦斯气，减少排烟损失的同时，提高低浓度瓦斯气的初始温度,提高整个燃烧***效率。