[发明专利]低浓度瓦斯热对流浮升收集装置

说明书

技术领域

本发明涉及瓦斯气体的收集，特别是涉及一种低浓度瓦斯热对流浮升收集装置。

背景技术

我国是煤炭生产大国，据统计矿井煤层气资源总量达35亿万m³，与陆地上天然气的储量相当，仅次于俄罗斯、加拿大的第三大煤层气储藏国。我国每年有100～150亿m³的纯甲烷混入矿井风流中以低浓度的形式通过乏风排空。一方面损失了巨大的不可再生能源资源，造成了严重浪费；另一方面甲烷对环境是强污染气体，其臭氧层破坏效果是CO₂的7倍，温室效应是CO₂的21倍；此外，煤矿通风瓦斯的排放还会给煤矿生产带来严重的安全隐患。

因此如何收集浓度低于1.5％的风排瓦斯混合气体就成为一个急需解决的问题。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供的低浓度瓦斯热对流浮升收集装置，用于分离收集浓度低于1.5％的风排瓦斯混合气体，可在保证瓦斯气体安全浓度的范围内对矿井风排瓦斯气体实现减量收集，为后续工艺对瓦斯混合气体进行浓缩创造条件。

本发明提供的低浓度瓦斯热对流浮升收集装置，包括壳体8，该壳体8内设置有导入段1、与该导入段1连通的浮升收集段2和与该浮升收集段2连通的分离段3，所述导入段1内竖直方向设置有至少一块导入隔板4，该导入隔板4将导入段1分隔成至少两个导入流道，所述浮升收集段2内竖直方向设置有至少一块收集隔板5，该收集隔板5将浮升收集段2分隔成至少两个收集流道，两侧两个收集流道中的至少一个流道设置有加热装置7，所述分离段3内横向设置有分离隔板6，该分离隔板6将分离段3分隔成两个分离流道。

优选地，上述导入隔板4有三块，并且将导入段1分隔成四个导入流道，上述收集隔板5有三块，将浮升收集段2分隔成四个收集流道，并且所述三块收集隔板5中中间一块收集隔板5的上下两端都长于其他两块，两侧两个收集流道中分别设置有加热装置7。

优选地，上述三块收集隔板5中中间一块收集隔板5的上下两端都接触壳体8，将收集流道隔断。

优选地，上述导入隔板4有五块，并且将导入段1分隔成六个导入流道，上述收集隔板5有五块，将浮升收集段2分隔成六个收集流道，并且所述五块收集隔板5中中间一块收集隔板5的上下两端都长于其他四块，两侧两个收集流道中分别设置有加热装置7。

优选地，上述五块收集隔板5中中间一块收集隔板5的上下两端都接触壳体8，将收集流道隔断。

优选地，上述导入隔板4有七块，并且将导入段1分隔成八个导入流道，上述收集隔板5有七块，将浮升收集段2分隔成八个收集流道，并且所述七块收集隔板5中中间一块收集隔板5的上下两端都长于其他六块，两侧两个收集流道中分别设置有加热装置7。

优选地，上述七块收集隔板5中中间一块收集隔板5的上下两端都接触壳体8，将收集流道隔断。

优选地，上述浮升收集段2为倾斜设置

发明提供的低浓度瓦斯热对流浮升收集装置，根据低浓度瓦斯气体的平面层流流动和扩散规律，采用狭长矩形截面收集流道并用加热装置加热，使收集流道中至少一个收集流道中的瓦斯混合气体产生向上的热对流，而其他流道中相对温度较低的瓦斯混合气体则产生向下的对流，并通过收集段底部通道对加热的收集流道进行补充，使用狭长矩形截面流道的目的是使低浓度瓦斯气体的流动保持为层流。

根据N-S方程，当某气体微团与周围气体存在温度差而产生体积膨胀导致其密度降低，从而产生“浮力”Δρg。当该气体微团的浮力大于阻碍其运动的阻力时产生浮升。在至少一个收集流道中安装适当形式的加热器，当低浓度瓦斯混合气体流过此通道时，气体受热膨胀，密度降低，因而产生了导致其上升对流的“浮力”，而其他收集流道由于气体未被加热，温度较低，因此形成循环对流。为确保产生稳定的层流对流，浮升收集段的上部保持气体流通，以方便热瓦斯气体的扩散和流动，热瓦斯混合气体浮升到流道上部后由于与气体混合使其温度降低。在后续热瓦斯混合气体的推动下，根据重力浮升原理，其中的空气由于其密度较大而继续下降。而密度相对较低的瓦斯气体基本停留在浮升收集段的上部空间内，并随主流动一起向前流动。为确保瓦斯气体能在浮升后富集在流道的上部空间内，因此控制浮升过程中的气体对流速度和沿流道轴向运动速度就成为整个问题的关键。控制浮升速度的关键是控制浮升气体与周围其他气体的温度差及流道的几何尺寸。为更有效地进行瓦斯气体的浮升分离，将流道设计成倾斜上升或下降的形式，使主流动配合重力浮升。