基于低浓度瓦斯脉动燃烧的烟气实现煤矿井筒保温的装置

技术领域

本发明涉及煤矿井筒保温装置技术领域，特别是涉及一种基于低浓度瓦斯脉动燃烧的烟气实现煤矿井筒保温的装置。

背景技术

煤矿井筒保温是煤矿安全生产的一项重要任务，同时也是矿井冬季安全生产必不可缺少的环节，尤其淮河以北的北方地区。

目前，井筒保温一般都采用燃煤锅炉提供热源。但受国家环保政策影响，煤矿井筒保温配置的小型燃煤锅炉面临关停。因此，燃煤锅炉关停后，冬季如何实现井筒安全生产，成为北方地区煤矿亟待解决的技术问题。

另一方面，为了合理解决矿井安全问题，通常采用瓦斯抽采的方法才能合理地将风排瓦斯降到低于1％以下的安全浓度。但在我国煤矿瓦斯抽采过程中，由于瓦斯抽采形式单一，混入空气较多，抽采量忽高忽低，造成了抽采瓦斯中大部分为浓度低于30％的低浓度瓦斯，其中浓度低于8％的抽采瓦斯占抽采总量的70％以上，这部分瓦斯由于处于爆炸浓度范围，用常规的燃烧方式很难将其稳定、高效的燃烧利用而后被排入大气环境中。

瓦斯主要成分甲烷，其温室效应相当于CO

目前，中高浓度瓦斯(CH

4％～10％范围内的低浓度瓦斯甲烷成分稀薄且处于爆炸极限，难以通过常规燃烧方式实现稳定燃烧和高效利用，因此通常被直接排入大气环境，造成了能源的极大浪费和环境的严重污染。

脉动燃烧作为一种新型燃烧技术，具有燃烧强度大、传热效率高、污染物排放少等优点。与稳态燃烧相比存在的技术优势有：(1)高燃烧强度，热声耦合作用会产生强烈的脉冲气流，使燃料与热的燃烧产物之间的混合、传质传热过程加强，燃烧强度高达10000～50000kW/m

如果利用脉动燃烧技术实现低浓度瓦斯的高效燃烧，配合特殊设计的烟道，并将其产生的热量利用到煤矿井筒保温当中，则既可以节约成本还能够保护环境，但是现有技术当中并没有相关的技术手段。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于低浓度瓦斯脉动燃烧的烟气实现煤矿井筒保温的装置，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，利用脉冲燃烧技术将低浓度瓦斯进行充分燃烧，并且将燃烧产生的热量用于实现煤矿井筒保温。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明公开了一种基于低浓度瓦斯脉动燃烧的烟气实现煤矿井筒保温的装置，包括烟道，所述烟道的出气口位于矿井井口处，所述烟道的进气口和所述烟道的两侧分别设有若干个脉动燃烧器。

优选的，所述烟道由耐火砖或耐火水泥堆砌而成。

优选的，所述烟道的截面为矩形。但为了强化湍动程度，沿轴线方向，烟道内壁可以做成不规则的，如波浪形，强化燃烧过程。

优选的，所述脉动燃烧器的外侧设有保温层。

优选的，位于所述烟道两侧的所述脉动燃烧器对称分布或交错分布，且位于所述烟道两侧的所述脉动燃烧器均与所述烟道的轴向方向存在夹角。

优选的，位于所述烟道两侧的所述脉动燃烧器的轴线夹角为第一夹角；

所述第一夹角为90°-150°。

优选的，所述烟道内沿着烟气流动方向依次设有若干个扰流装置。

优选的，所述扰流装置为三棱柱结构。

优选的，所述扰流装置靠近所述烟道进气口方向上的夹角为第二夹角，所述第二夹角为30°-60°；

所述扰流装置靠近所述烟道出气口的一面上的宽度为a，所述烟道的宽度为b，b/5≤a≤b/3。

优选的，所述烟道设有多个，多个所述烟道的出气口汇集于总管的进气口，所述总管的出气口位于矿井井口处。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明通过设置脉动燃烧器，可以有效的将低浓度瓦斯进行燃烧利用，既能够降低煤矿开采过程温室气体排放，保护环境，还能够为煤矿井筒保温提供热能。同时，将若干个脉动燃烧器布置于烟道的进气口和两侧，并且烟道两侧的脉动燃烧器与烟道呈一定的夹角布置，可以增强高温烟气的湍动程度，增加停留时间。进一步地，烟道内布置多个扰流装置，以此强化燃烧，防止燃烧不完全时一氧化碳的生产，从而避免一氧化碳进入到矿井中导致工人出现一氧化碳中毒的问题。燃烧产生的高温烟气直接送至矿井井口，借助矿井井口负压和脉动燃烧器燃烧产生的烟气压力的周期性波动，强化与周围冷空气自然混合后提高混合气的温度，从而实现矿井送风系统温度的整体提升，达到煤矿井筒保温的目的。

本发明解决瓦斯利用过程中瓦斯遇明火发生爆炸，以及燃烧过程热强度低导致瓦斯燃烧不充分的问题，彻底杜绝燃烧不完全产生的危害。此外，由于本发明的实施方案彻底杜绝了瓦斯燃烧不充分的问题，低浓度瓦斯燃烧的烟气可利用压差和温差直接与周围冷空气充分混合，避免了其他技术方案中换热器或大功率电加热器的使用，节能效果和成本优势显著。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例基于低浓度瓦斯脉动燃烧的烟气实现煤矿井筒保温的装置的俯视图；

图2为本发明实施例基于低浓度瓦斯脉动燃烧的烟气实现煤矿井筒保温的装置的正视图；

图3为本发明实施例基于低浓度瓦斯脉动燃烧的烟气实现煤矿井筒保温的装置的侧视图；

图中：1-脉动燃烧器；2-保温层；3-烟道；4-耐火砖；5-扰流装置。

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。

本发明的目的是提供一种基于低浓度瓦斯脉动燃烧的烟气实现煤矿井筒保温的装置，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，利用脉冲燃烧技术将低浓度瓦斯进行充分燃烧，并且将燃烧产生的热量用于实现煤矿井筒保温。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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。

如图1-图3所示，本实施例提供了一种基于低浓度瓦斯脉动燃烧的烟气实现煤矿井筒保温的装置，包括烟道3，烟道3的出气口位于矿井井口处，烟道3的进气口和烟道3的两侧分别设有若干个脉动燃烧器1，对于脉动燃烧器1的具体数量，本领域技术人员可以根据烟道3的长短和大小与煤矿井筒保温的热负荷来调整脉动燃烧器1的数量。对于脉动燃烧器1，可以选用现有的低浓度瓦斯脉动燃烧器即可，具体如专利号为CN109945187A中公开的“一种带翼管的低浓度瓦斯脉动燃烧器”，其中包括瓦斯分流箱，瓦斯分流箱的一侧设置有五个瓦斯燃烧器，瓦斯分流管的另一侧设有瓦斯脉动供给管，其进一步的结构可参考原文件，在此不再进一步的赘述，此外还可以是专利号为CN109945189A中公开的“一种改进主管的低浓度瓦斯脉动燃烧器”或者是专利号为CN109915829B中公开的“一种带稳焰盘结构的低浓度瓦斯脉动燃烧器”等均可。在实际使用时脉动燃烧器1还需与低浓度瓦斯来源相连接，从而能够将低浓度瓦斯输送至脉动燃烧器1处。

在实际使用时，先利用脉动燃烧器1将低浓度瓦斯进行充分的燃烧，并向烟道3排放燃烧后的高温烟气，燃烧产生的高温烟气随后会直接送至矿井井口处，借助矿井井口负压，与周围冷空气自然混合后提高混合气的温度，从而实现矿井送风系统温度的整体提升，达到煤矿井筒保温的目的。

于本实施例中，烟道3由耐火砖4或耐火水泥堆砌而成，由耐火砖4砌成的烟道3具有耐高温的特性。在此需要说明的，烟道3不仅是高温烟气进入煤矿井筒的通道，同时也是不完全燃烧产物二次反应的空间，即从脉动燃烧器1中排出的没有完全燃烧的高温烟气还可以在烟道3中进行二次反应。

于本实施例中，烟道3的截面为矩形，当然，本领域技术人员还可以根据实际情况来调整烟道3的形状以及尺寸，并不仅仅限于本实施例中的这一种。比如，为了强化湍动程度，沿轴线方向，烟道3内壁还可以做成不规则的，如波浪形，以此来强化燃烧过程。

于本实施例中，脉动燃烧器1的外侧设有保温层2，保温层2的材质包括但不限于硅酸铁铝或石英棉等具有保温功能的材质，以此来提高脉动燃烧器1的热效率。

于本实施例中，位于烟道3两侧的脉动燃烧器1对称分布或者交错分布，本实施例采用的是对称分布，即位于烟道3两侧的脉动燃烧器1数量相同并且一一对应。此外，位于烟道3两侧的脉动燃烧器1均与烟道3的轴向方向存在夹角。

于本实施例中，位于烟道3两侧的脉动燃烧器1的轴线夹角为第一夹角，第一夹角也就是脉动燃烧器1均与烟道3的轴向方向之间的夹角的两倍。这样设置的目的是增强高温烟气的湍动程度，增加停留时间。

于本实施例中，第一夹角为90°-150°，本领域技术人员可以根据实际需要来选择第一夹角的具体角度。

于本实施例中，烟道3内沿着烟气流动(即从进气口到出气口)方向依次设有若干个扰流装置5。扰流装置5的数量和烟道3两侧的脉动燃烧器1的数量一一对应，如图1所示，烟道3的两侧共有三组脉动燃烧器1，烟道3中也有三个扰流装置5，每个扰流装置5位于每组两个脉动燃烧器1的轴向方向延长线的交点的正后方。

于本实施例中，扰流装置5实质上为一三棱柱结构，也可以是其他类型的锥形结构均可。主要沿烟道3的进气口到出气口的方向上尺寸逐渐变大即可，这样设置是使高温烟气在扰流装置5处发生分流，从而增强扰流效果。

于本实施例中，如图1所示，扰流装置5靠近烟道3进气口方向上的夹角(即图1中扰流装置5的左侧夹角)为第二夹角，第二夹角为30°-60°。

扰流装置5靠近烟道3出气口的一面(即图1中扰流装置5右侧的竖线)上的宽度为a，烟道3的宽度(即图1中烟道3竖向方向的长度)为b，b/5≤a≤b/3。

于本实施例中，烟道3设有多个，多个烟道3并排设置，多个烟道3的出气口汇集于总管的进气口，总管的出气口位于矿井井口处。即，多个烟道3为总管的支路，总管能够将多个烟道3中的烟气混合在一起并排放到矿井中。而总管排放出的高温烟气与周围空气的混合是通过煤矿自有矿井通风风机产生的负压实现，关于矿井的通风系统以及通风风机均为现有矿井中的常规设备，故在此不再多做赘述，混合后的气体最终用于煤矿井筒保温。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。