[发明专利]平板式超低浓度瓦斯热富集装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种瓦斯气体的富集装置，特别是一种平板式超低浓度瓦斯热富集装置。

背景技术

超低浓度瓦斯气体主要是指煤矿通风气体，也称为煤矿乏风瓦斯气体。该类瓦斯气体中CH₄的浓度小于1％，一般在0.1％～0.4％的范围内。虽然它们的瓦斯浓度很低，但排除量却很巨大。

由资源条件所决定，我国是一个以煤炭为主要能源的国家，预计到21世纪中叶，我国煤炭作为第一能源的地位不会改变。但是，煤矿开采的主导意识是开采煤炭，而矿井瓦斯一直被当作主要的灾害源，传统上通过通风将瓦斯直接排至大气以防患瓦斯灾害。

据统计，我国每年有近200亿m3的煤矿瓦斯混入矿井风流中以低浓度的形式通过乏风排空，造成了不可再生能源资源的巨大浪费和损失。煤矿瓦斯的主要成分是甲烷(CH4)，体积分数一般大于80％，甚至可达到98％，其余为少量的CO、CO2、N2、H2等气体，发热量为30MJ/m3～40MJ/m3，热值与常规天然气相当，是通用煤气的2倍至5倍，燃烧后很少产生污染物，属优质洁净气体能源。

若将煤矿乏风瓦斯加以利用，相当于每年可增加约3000万吨标准煤的优质能源供应，不仅避免了不可再生能源资源的浪费和损失，而且改善了我国能源的构成，提高了优质能源的供应比例。

发明内容

本发明的目的是提供一种富集超低浓度瓦斯的平板式超低浓度瓦斯热富集装置。

为了达到上述的目的，本发明的技术方案是：一种平板式超低浓度瓦斯热富集装置，所述装置为一扁平狭长首尾开口的箱体，所述装置箱体的上部为平板式换热器，箱体的侧面和底部为平板，在箱体尾部的开口处，平板式换热器 下设置有隔板，所述隔板与平板式换热器构成开口通道，所述通道的开口面向所述箱体的首部开口。

所述通道的气体流向与装置箱体的气体流向垂直。

平板式超低浓度瓦斯热富集装置的工作原理是在超低浓度瓦斯气体流场中从箱型容器的一侧流入，由装置首部开口处的通风机送入，装置顶部为平板换热器，可以设定温度为T₂，而装置底部为普通平板，其温度为T₁，该温度边界条件使超低浓度瓦斯气体在流场中产生温度梯度，从而产生密度梯度。

该密度梯度场在超低浓度瓦斯处于层流场的情况下，沿重力反方向加快了CH₄气体的浮升并在密度小的区域中富集。

平板式超低浓度瓦斯热富集装置尾部设置的隔板将箱体尾部上部区域内富含甲烷的气体与底部空气分开，将上部富含甲烷的气体从一侧流道抽吸，而下部的空气则顺着流道排入大气中。避免了不可再生能源资源的浪费和损失，而且改善了我国能源的构成，提高了优质能源的供应比例，节约了有用的资源，减少环境的污染。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的俯视图。

具体实施方式

如图1、2所示，平板式超低浓度瓦斯热富集装置为一扁平狭长首尾开口的箱体，所述装置箱体的上部为平板式换热器1，箱体的侧面和底部为平板，在箱体尾部的开口处，平板式换热器1下设置有隔板2，所述隔板2与平板式换热器1构成开口通道3，所述通道3的开口面向所述箱体的首部开口。所述通道的气体流向与装置箱体的气体流向垂直。

超低浓度瓦斯从一端以均匀层流方式流入箱体流道中，部分超低浓度瓦斯气体被加热后，在热富集装置的局部区域中产生温度梯度场和密度梯度场，由理论模拟得，加热板附近区域内的CH₄浓度比其他区域明显高。

通过不断提升加热板的高度，将平板热富集流道中的CH₄气体基本富集于流道的上部。然后将上下两部分流道分开，将上部CH₄含量高的气体加以收集，而流道下部的气体中CH₄的含量小于0.1％，可以直接排入大气中。

实验证明装置采用CH₄浓度为0.2％的瓦斯混合气体，平均流速为0.1m/s。采用单层结构形式，箱体流道高h＝200mm，宽b＝1000mm，箱体流道长L＝20000mm上边界温度T₂＝90℃，下边界温度T₁＝20℃，流道顶部浓度最高达0.32％。

上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。