[发明专利]一种基于低浓度瓦斯氧化的煤矿井筒梯级加热系统及运行方法

权利要求书

1.一种基于低浓度瓦斯氧化的煤矿井筒梯级加热系统，其特征在于，包括：一次掺混装置（1）、二次掺混装置（2）、引风机（3）、蓄热氧化装置（4）、余热锅炉（5）、蒸汽轮机（6）、凝汽器（7）、蒸汽换热器（8）、疏水换热器（9）、烟气换热器（10）、煤矿井筒（11）和烟囱（12），所述一次掺混装置（1）设置有瓦斯进口、空气进口和烟气进口，所述一次掺混装置（1）的瓦斯进口连接有低浓度瓦斯（101），所述一次掺混装置（1）的空气进口连接有新鲜空气（102），且在一次掺混装置（1）的空气进口安装有第一阀门（21），所述一次掺混装置（1）的烟气进口同时与蓄热氧化装置（4）的低温烟气出口和烟气换热器（10）的烟气出口连接，且在一次掺混装置（1）的烟气进口安装有第二阀门（22），所述二次掺混装置（2）设置有混合气进口、空气进口和烟气进口，所述二次掺混装置（2）的混合气进口与一次掺混装置（1）的混合气出口连接，所述二次掺混装置（2）的空气进口连接有新鲜空气（102），且在二次掺混装置（2）的空气进口安装有第四阀门（24），所述二次掺混装置（2）的烟气进口同时与蓄热氧化装置（4）的低温烟气出口和烟气换热器（10）的烟气出口连接，且在二次掺混装置（2）的烟气进口安装有第三阀门（23），所述二次掺混装置（2）的混合气出口与引风机（3）的进气口连接，所述引风机（3）的出气口与蓄热氧化装置（4）的进气口连接，所述蓄热氧化装置（4）的高温烟气出口与余热锅炉（5）的烟气进口连接，所述余热锅炉（5）的过热蒸汽出口与蒸汽轮机（6）的进汽口连接，所述蒸汽轮机（6）的排汽口与凝汽器（7）的乏汽进口连接，所述凝汽器（7）的凝结水出口与余热锅炉（5）的进水口连接，所述余热锅炉（5）的烟气出口与烟气换热器（10）的烟气进口连接，所述烟囱（12）的烟气进口同时与蓄热氧化装置（4）的低温烟气出口和烟气换热器（10）的烟气出口连接，且在烟囱（12）的烟气进口安装有第八阀门（28），所述蒸汽轮机（6）的抽汽口与蒸汽换热器（8）的进汽口连接，且在蒸汽轮机（6）的抽汽口安装有第九阀门（29），所述蒸汽换热器（8）的疏水出口与疏水换热器（9）的疏水进口连接，所述蒸汽换热器（8）的空气进口同时与疏水换热器（9）的空气出口和烟气换热器（10）的空气出口连接，且在烟气换热器（10）的空气出口安装有第十三阀门（33），所述煤矿井筒（11）的高温空气进口与蒸汽换热器（8）的空气出口连接；煤矿瓦斯浓度低于8%的瓦斯乏风资源得到回收利用；低浓度瓦斯蓄热氧化产生的高温烟气先生产过热蒸汽来驱动蒸汽轮机做功，然后利用低品质的烟气余热和中低品质的过热蒸汽来对冷空气进行加热，实现高温烟气余热的梯级利用，提高整体的能源利用水平；在对冷空气进行加热时，先利用低品质的烟气余热和蒸汽疏水进行初级加热，然后再利用中低品质的过热蒸汽进行再次加热，减少换热过程中的换热温差，降低换热过程中的不可逆损失。

2.根据权利要求1所述的基于低浓度瓦斯氧化的煤矿井筒梯级加热系统，其特征在于，所述疏水换热器（9）的低温空气进口、烟气换热器（10）的低温空气进口和煤矿井筒（11）的低温空气进口均连接有冷空气（103），且在疏水换热器（9）的低温空气进口、烟气换热器（10）的低温空气进口和煤矿井筒（11）的低温空气进口分别安装有第十一阀门（31）、第十阀门（30）和第十二阀门（32）。

3.根据权利要求1所述的基于低浓度瓦斯氧化的煤矿井筒梯级加热系统，其特征在于，所述疏水换热器（9）和烟气换热器（10）并联连接，再与蒸汽换热器（8）串联连接，冷空气（103）先在疏水换热器（9）和烟气换热器（10）中被第一级加热，然后同时输送至蒸汽换热器（8）被第二级加热。

4.根据权利要求1所述的基于低浓度瓦斯氧化的煤矿井筒梯级加热系统，其特征在于，所述烟气换热器（10）的烟气侧设置有烟气旁路，且在烟气换热器（10）的烟气进口、烟气出口和烟气旁路上分别安装有第六阀门（26）、第七阀门（27）和第五阀门（25）。

5.根据权利要求1所述的基于低浓度瓦斯氧化的煤矿井筒梯级加热系统，其特征在于，所述低浓度瓦斯（101）中瓦斯浓度小于15%，所述一次掺混装置（1）输出的混合气中瓦斯浓度小于3%，所述二次掺混装置（2）输出的混合气中瓦斯浓度小于1.2%。