專利名稱：煤礦乏風(fēng)瓦斯熱氧化裝置的氣流換向控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤礦乏風(fēng)瓦斯熱氧化裝置的氣流換向控制方法，屬于超低濃度甲
烷熱逆流氧化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
瓦斯的主要成分是甲烷。為了提高煤礦生產(chǎn)安全性，一般通過煤礦乏風(fēng)將瓦斯直 接排放到大氣中，既浪費(fèi)了能源，又污染了大氣環(huán)境。煤礦乏風(fēng)中的瓦斯?jié)舛确浅５?，一?在0. 1 % -0. 7 %范圍內(nèi)，乏風(fēng)瓦斯很難利用傳統(tǒng)燃燒器在沒有輔助燃料的情況下直接進(jìn)行 燃燒，目前有效的利用方法是采用熱逆流氧化技術(shù)。其工作原理為首先用電加熱器或外部 燃燒器將蓄熱陶瓷氧化床中部加熱到甲烷氧化溫度，并形成(沿著氣流方向)氧化床中部 溫度高、兩側(cè)溫度逐漸降低的溫度分布，然后停止加熱。煤礦乏風(fēng)以一個(gè)方向流入氧化床， 氣體被蓄熱陶瓷加熱，溫度不斷提高，直至甲烷氧化。氧化后的熱氣體繼續(xù)向前移動(dòng)，把熱 量傳遞給蓄熱陶瓷而逐漸降溫。隨著乏風(fēng)氣體的不斷進(jìn)入，氧化床入口側(cè)溫度逐漸降低， 出口側(cè)溫度逐漸升高，直至氣體流動(dòng)在控制系統(tǒng)控制下自動(dòng)換向。該技術(shù)的關(guān)鍵是要將送 入氧化床中的氣體不斷變換流動(dòng)方向，使氣體在蓄熱陶瓷氧化床中吸熱升溫，并在氧化床 中部高溫區(qū)中氧化放熱，以保證氧化過程的自維持。目前，乏風(fēng)流動(dòng)方向自動(dòng)切換主要采取 固定周期的控制方法，換向周期一般設(shè)置為60-120秒。這種控制方法的缺點(diǎn)是氧化床兩 端的外部流場及氧化床內(nèi)部的流場很難做到完全對稱，在自動(dòng)運(yùn)行一段時(shí)間后，氧化床的 高溫氧化區(qū)域因兩側(cè)流場的微小差異而逐漸偏離氧化床中心部位，造成氧化裝置運(yùn)行不穩(wěn) 定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要克服上述控制方法的缺陷，創(chuàng)新提供一種煤礦乏風(fēng)瓦斯熱氧 化裝置的氣流換向控制方法。其技術(shù)方案為
采用以下步驟 1)參數(shù)設(shè)置，包括氧化床中心區(qū)域長度H。、氧化床中心區(qū)域沿著氣流方向均勻布 置的熱電偶個(gè)數(shù)n、最小換向時(shí)間t^、保證甲烷氧化所需要的氧化床高溫區(qū)最小軸向長度
H^、保證氧化床穩(wěn)定運(yùn)行所需要的氧化床中心區(qū)域最小線蓄熱量Q^、氧化床進(jìn)出口最大 氣體溫差A(yù)T^、氧化床中心區(qū)域相鄰熱電偶的間距Xi ; 2)氣流換向計(jì)時(shí)；3)判斷氣流換向的計(jì)時(shí)時(shí)間是否^規(guī)定的最小換向時(shí)間tmin，如果否，執(zhí)行步驟
2);如果是，執(zhí)行步驟4); 4)采集熱電偶的測量數(shù)據(jù)； 5)根據(jù)熱電偶測量值判斷熱電偶是否正常工作，如果否，報(bào)警并切換為人工控制 氣流換向模式，如果是，執(zhí)行步驟6); 6)根據(jù)熱電偶測量值，由公式E x丄^。。。c計(jì)算氧化床中心區(qū)域內(nèi)溫度^ 90(TC的
3區(qū)域長度，判斷E Xil^9。。。c是否^保證甲烷氧化所需要的氧化床高溫區(qū)最小軸向長度H^， 如果是，則可以保證甲烷能夠完全氧化，執(zhí)行步驟7);如果否，可編程控制器向換向閥輸出 信號(hào)，切換氣體流動(dòng)方向，計(jì)時(shí)清零，執(zhí)行步驟2); 7)根據(jù)公式^x-^( V )，計(jì)算氧化床中心區(qū)域的線蓄熱量，判斷Qa是否^保
乂=1
證氧化床穩(wěn)定運(yùn)行所需要的氧化床中心區(qū)域最小線蓄熱量Qmin，如果是，則可以保證氧化床
能夠穩(wěn)定運(yùn)行，執(zhí)行步驟8);如果否，換向閥在可編程控制器控制下進(jìn)行氣體流動(dòng)換向，計(jì)
時(shí)清零，執(zhí)行步驟2); 8)判斷氧化床兩進(jìn)出口氣體溫差是否《允許的最大氣體溫差A(yù)T^，如果是，執(zhí)行 步驟4)，否則，換向閥在可編程控制器控制下進(jìn)行氣體流動(dòng)換向，計(jì)時(shí)清零，執(zhí)行步驟2)。
所述的煤礦乏風(fēng)瓦斯熱氧化裝置的氣流換向控制方法，氧化床中心區(qū)域的長度為 500-1000mm，氧化床中心區(qū)域均勻分布5_10個(gè)熱電偶，相鄰熱電偶的間距Xi為100-150mm。
所述的煤礦乏風(fēng)瓦斯熱氧化裝置的氣流換向控制方法，規(guī)定的最小換向時(shí)間tmin 為60-90秒。 所述的煤礦乏風(fēng)瓦斯熱氧化裝置的氣流換向控制方法，保證甲烷氧化所需要的氧 化床高溫區(qū)最小軸向長度Hmin為300-500mm。 所述的煤礦乏風(fēng)瓦斯熱氧化裝置的氣流換向控制方法，保證氧化床穩(wěn)定運(yùn)行所需 要的氧化床中心區(qū)域最小線蓄熱量Qmin為400-800°C m。 所述的煤礦乏風(fēng)瓦斯熱氧化裝置的氣流換向控制方法，允許的最大氣體溫差 AT隨為40-60。C。 其工作原理為可編程控制器利用在氧化床中心區(qū)域沿著氣流方向均勻布置的 若干個(gè)熱電偶及布置在氧化床兩端進(jìn)出口的兩個(gè)熱電偶采集的數(shù)據(jù)，計(jì)算氧化床中心區(qū)域 內(nèi)溫度^90(TC的區(qū)域長度、氧化床中心區(qū)域的線蓄熱量、氧化床進(jìn)出口氣體溫差，并根據(jù) 計(jì)算結(jié)果判斷是否換向，如果需要換向，可編程控制器向換向閥輸出信號(hào)，切換氣體流動(dòng)方 向。氣流換向有三種情況，具體是 (1)根據(jù)保證甲烷氧化所需要的氧化床高溫區(qū)最小軸向長度H^來控制氣流換 向。甲烷被加熱到900°C以上，經(jīng)過一定時(shí)間后才能完全氧化。在給定的氣體流速下，對應(yīng)甲 烷完全氧化，氧化床溫度大于90(TC的區(qū)域有一個(gè)最小軸向長度Gmin。計(jì)算溫度^ 90(TC的 區(qū)域長度E x丄^。。。c，如果E x丄^。。。c^!U，則可以保證甲烷完全氧化；如果E
Xi I T S 9C)0。C
< Hmin，可編程控制器向換向閥輸出信號(hào)，切換氣體流動(dòng)方向。 (2)根據(jù)保證氧化床穩(wěn)定運(yùn)行所需要的氧化床中心區(qū)域最小線蓄熱量Qmin來控制 氣流換向。氧化床中心區(qū)域的蓄熱量可以用下述公式計(jì)算= yZ^(7V/VQ )唭
乂=1
中，Y-氧化床中心區(qū)域?qū)挾龋琙-氧化床中心區(qū)域高度，P-密度，C廠為比熱容。 一般來說，
氧化床中心區(qū)域采用同一種蓄熱材料，P和Cv相同，因此，氧化床中心區(qū)域的蓄熱量可以用 線蓄熱量來表示，用下述公式計(jì)算^cx =￡(77 )。在氧化裝置工作過程中，氧化床中心
區(qū)域的溫度分布在不斷變化，其線蓄熱量也在不斷變化。當(dāng)溫度場以氧化床中心為中心呈
對稱分布時(shí)，氧化床中心區(qū)域的線蓄熱量達(dá)到最大值；當(dāng)溫度場的高溫區(qū)偏離氧化床中心時(shí)，氧化床中心區(qū)域的線蓄熱量逐漸降低。如果氧化床中心區(qū)域的線蓄熱量降低到保證氧
化床穩(wěn)定運(yùn)行所需要的氧化床中心區(qū)域最小線蓄熱量Qmin時(shí)，可編程控制器向換向閥輸出 信號(hào)，切換氣體流動(dòng)方向。 (3)根據(jù)氧化床兩進(jìn)出口氣體的溫差來控制氣流換向。如果氧化床出口氣體溫度
過高，說明排出的氣體帶走的熱量較多，不利于氧化床穩(wěn)定運(yùn)行。因此，當(dāng)進(jìn)出口氣體溫差 大于規(guī)定值時(shí)，進(jìn)行氣體流動(dòng)換向。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果 (1)本發(fā)明的氣流換向控制方法保證了甲烷氧化所需要的氧化床高溫區(qū)最小長 度，因此甲烷氧化率高。 (2)本發(fā)明的氣流換向控制方法保證了氧化床穩(wěn)定運(yùn)行所需要的氧化床中心區(qū)域 最小蓄熱量，提高了氧化裝置自動(dòng)運(yùn)行穩(wěn)定性。 (3)本發(fā)明對進(jìn)出口氣體溫差進(jìn)行了控制，避免了氧化裝置排出氣體帶走過多的 熱量。


圖1是本發(fā)明控制系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的氣流換向控制流程圖。 圖中1、換向閥2、熱電偶3、進(jìn)出口 4、氧化床5、可編程控制器
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，在氧化床4中心區(qū)域沿著氣流方向均勻布置7個(gè)熱電偶2，在氧化床 4兩端的進(jìn)出口 3各布置一個(gè)熱電偶2，可編程控制器5根據(jù)上述熱電偶2采集的數(shù)據(jù)，計(jì) 算氧化床4中心區(qū)域內(nèi)溫度^ 90(TC的區(qū)域長度、氧化床4中心區(qū)域的線蓄熱量、氧化床4 兩進(jìn)出口 2的氣體溫差，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷是否換向，如果需要換向，可編程控制器5向 換向閥1輸出信號(hào)，切換氣體流動(dòng)方向。 如圖2所示，煤礦乏風(fēng)瓦斯熱氧化裝置的氣流換向控制方法，包含以下步驟
1)參數(shù)設(shè)置，包括氧化床4中心區(qū)域長度He二 700mm、氧化床4中心區(qū)域沿著 氣流方向均勻布置的熱電偶2個(gè)數(shù)n = 7、氧化床4中心區(qū)域相鄰熱電偶2的間距Xi = 100mm、最小換向時(shí)間tmin = 60s、保證甲烷氧化所需要的氧化床4高溫區(qū)最小軸向長度Hmin =300mm、保證氧化床穩(wěn)定運(yùn)行所需要的氧化床中心區(qū)域最小線蓄熱量Qmin = 510m 。C、氧 化床兩進(jìn)出口 3最大氣體溫差A(yù)Tmax = 60°C ;
2)氣流換向計(jì)時(shí)； 3)判斷氣流換向的計(jì)時(shí)時(shí)間是否^ 60s，如果否，重復(fù)執(zhí)行步驟2);如果是，執(zhí)行 步驟4); 4)采集熱電偶2的測量數(shù)據(jù)； 5)根據(jù)熱電偶2測量值判斷熱電偶2是否正常工作，如果否，報(bào)警并切換為人工控 制氣流換向模式，如果是，執(zhí)行步驟6); 6)根據(jù)熱電偶2測量值，由公式E x丄^。。。c計(jì)算氧化床4中心區(qū)域內(nèi)溫度^90(TC 的區(qū)域長度，判斷E Xil^9。。。c是否^ 300mm，如果是，則可以保證甲烷能夠完全氧化，執(zhí)行步驟7);如果否，可編程控制器5向換向閥l輸出信號(hào)，切換氣體流動(dòng)方向，計(jì)時(shí)清零，執(zhí)行步 驟2); 7)根據(jù)公式2cx =￡( 7~)，計(jì)算氧化床4中心區(qū)域的線蓄熱量，判斷Q^是否
> 510m ^C，如果是，則可以保證氧化床能夠穩(wěn)定運(yùn)行，執(zhí)行步驟8);如果否，換向閥1在可 編程控制器5控制下進(jìn)行氣體流動(dòng)換向，計(jì)時(shí)清零，執(zhí)行步驟2); 8)判斷兩進(jìn)出口 3氣體溫差是否《60°C ，如果是，執(zhí)行步驟4)，否則，換向閥1在 可編程控制器5控制下進(jìn)行氣體流動(dòng)換向，計(jì)時(shí)清零，執(zhí)行步驟2)。
權(quán)利要求
一種煤礦乏風(fēng)瓦斯熱氧化裝置的氣流換向控制方法，其特征在于采用以下步驟1)參數(shù)設(shè)置，包括氧化床中心區(qū)域長度Hc、氧化床中心區(qū)域沿著氣流方向均勻布置的熱電偶個(gè)數(shù)n、最小換向時(shí)間tmin、保證甲烷氧化所需要的氧化床高溫區(qū)最小軸向長度Hmin、保證氧化床穩(wěn)定運(yùn)行所需要的氧化床中心區(qū)域最小線蓄熱量Qmin、氧化床進(jìn)出口最大氣體溫差ΔTmax、氧化床中心區(qū)域相鄰熱電偶的間距xi；2)氣流換向計(jì)時(shí)；3)判斷氣流換向的計(jì)時(shí)時(shí)間是否≥規(guī)定的最小換向時(shí)間tmin，如果否，執(zhí)行步驟2)；如果是，執(zhí)行步驟4)；4)采集熱電偶的測量數(shù)據(jù)；5)根據(jù)熱電偶測量值判斷熱電偶是否正常工作，如果否，報(bào)警并切換為人工控制氣流換向模式，如果是，執(zhí)行步驟6)；6)根據(jù)熱電偶測量值，由公式∑xi|T≥900℃計(jì)算氧化床中心區(qū)域內(nèi)溫度≥900℃的區(qū)域長度，判斷∑xi|T≥900℃是否≥保證甲烷氧化所需要的氧化床高溫區(qū)最小軸向長度Hmin，如果是，執(zhí)行步驟7)；否則可編程控制器向換向閥輸出信號(hào)，切換氣體流動(dòng)方向，計(jì)時(shí)清零，執(zhí)行步驟2)；7)根據(jù)公式計(jì)算氧化床中心區(qū)域的線蓄熱量，判斷QCX是否≥保證氧化床穩(wěn)定運(yùn)行所需要的氧化床中心區(qū)域最小線蓄熱量Qmin，如果是，執(zhí)行步驟8)，否則換向閥在可編程控制器控制下進(jìn)行氣體流動(dòng)換向，計(jì)時(shí)清零，執(zhí)行步驟2)；8)判斷氧化床兩進(jìn)出口氣體溫差是否≤允許的最大氣體溫差ΔTmax，如果是，執(zhí)行步驟4)，否則，換向閥在可編程控制器控制下進(jìn)行氣體流動(dòng)換向，計(jì)時(shí)清零，執(zhí)行步驟2)。F200910256580XC00011.tif
2. 如權(quán)利要求1所述的煤礦乏風(fēng)瓦斯熱氧化裝置的氣流換向控制方法，其特征在于氧化床中心區(qū)域的長度為500-1000mm，氧化床中心區(qū)域均勻分布5_10個(gè)熱電偶，相鄰熱電偶的間距Xi為100-150mm。
3. 如權(quán)利要求1所述的煤礦乏風(fēng)瓦斯熱氧化裝置的氣流換向控制方法，其特征在于規(guī)定的最小換向時(shí)間tmin為60-90秒。
4. 如權(quán)利要求1所述的煤礦乏風(fēng)瓦斯熱氧化裝置的氣流換向控制方法，其特征在于保證甲烷氧化所需要的氧化床高溫區(qū)最小軸向長度Hmin為300-500mm。
5. 如權(quán)利要求1所述的煤礦乏風(fēng)瓦斯熱氧化裝置的氣流換向控制方法，其特征在于保證氧化床穩(wěn)定運(yùn)行所需要的氧化床中心區(qū)域最小線蓄熱量Qmin為400-800m °C 。
6. 如權(quán)利要求1所述的煤礦乏風(fēng)瓦斯熱氧化裝置的氣流換向控制方法，其特征在于允許的最大氣體溫差A(yù) Tmax為40-60°C 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種煤礦乏風(fēng)瓦斯熱氧化裝置的氣流換向控制方法，屬于超低濃度甲烷熱逆流氧化技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于可編程控制器利用在氧化床中心區(qū)域沿著氣流方向均勻布置的若干個(gè)熱電偶及布置在氧化床兩端進(jìn)出口的兩個(gè)熱電偶采集的數(shù)據(jù)，根據(jù)公式∑xi|T≥900℃計(jì)算氧化床中心區(qū)域內(nèi)溫度≥900℃的區(qū)域長度，根據(jù)公式計(jì)算氧化床中心區(qū)域的線蓄熱量，計(jì)算氧化床進(jìn)出口氣體溫差，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷是否換向，如果需要換向，可編程控制器向換向閥輸出信號(hào)，切換氣體流動(dòng)方向。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，改以往的固定周期氣流換向?yàn)閯?dòng)態(tài)氣流換向，提高了氧化裝置的甲烷氧化率和自動(dòng)運(yùn)行穩(wěn)定性，降低了氧化裝置排氣帶走的能量。
文檔編號(hào)B01D53/76GK101766952SQ200910256580
公開日2010年7月7日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者劉永啟, 劉瑞祥, 孟建, 尤彥彥, 王延遐, 鄭斌, 高振強(qiáng) 申請人:山東理工大學(xué)