一种低浓度甲烷逆流式热氧化装置的燃气启动装置

摘要

一种燃气启动装置，包括：燃烧室，其一端为掺混段，燃料室的另一端连接至低浓度甲烷逆流式热氧化装置；一旋流器，该旋流器的边缘开有切向的空气槽口，形成空气旋流器；在空气旋流器的中部开有切向的燃料孔，形成燃料旋流器；空气旋流器的空气槽口与燃料旋流器的燃料孔的切向方向相反；该旋流器的喷嘴一面与该掺混段连接，且旋流器与掺混段之间安装有一扩张型延伸段，以加大轴向和切向速度峰值之间径向隔开距离和反向质量流量；空气旋流器的进气一面连接一空气流道，该空气流道内套设一燃料流道；掺混段的一侧设有一掺混空气进口，以掺冷高温燃气，调节旋流器的燃料量和空气量以及掺混空气进口的空气量，以实现调节燃气的出口速度和温度可调。

说明书

技术领域

本发明属于煤层气处理和温室气体减排领域，具体地涉及一种低浓度甲烷逆流式热氧化装置的燃气启动装置。

背景技术

我国每年因采煤向大气排放的甲烷气体达190亿m³，居世界第一，约占中国工业生产中甲烷排放量的三分之一。矿井乏风具有甲烷浓度低(＜0.75％)、难收集、气量大(40-500m³/s)以及气体流速和流量不稳定等特点，因此常规的燃烧处理方法根本不起作用。

目前国内外已有针对矿井乏风中低浓度甲烷氧化处理装置的实验，还存在许多问题有待解决，其中在装置的启动方式上基本都选择电加热启动，而电加热的启动时间长，启动成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低浓度甲烷逆流式热氧化装置的燃气启动装置，采用此种燃气启动方式，可以在反应床层内建立低浓度甲烷氧化反应的高温温度场，缩短启动时间，并实现逐级启动运行。

为实现上述目的，本发明提供的一种用于低浓度甲烷流式热氧化装置的燃气启动装置，其中包括：

一燃烧室，其一端为掺混段，燃料室的另一端连接至低浓度甲烷逆流式热氧化装置；

一旋流器，该旋流器的边缘开有切向的空气槽口，形成空气旋流器；在空气旋流器的中部开有切向的燃料孔，形成燃料旋流器；空气旋流器的空气槽口与燃料旋流器的燃料孔的切向方向相反，以产生空气和燃料的共混回流区；

该旋流器的喷嘴一面与该掺混段连接，且旋流器与掺混段之间安装有一扩张型延伸段，以加大轴向和切向速度峰值之间径向隔开距离和反向质量流量；

空气旋流器的进气一面连接一空气流道，该空气流道内套设一燃料流道；

掺混段的一侧设有一掺混空气进口，以掺冷高温燃气，

调节旋流器的燃料量和空气量以及掺混空气进口的空气量，以实现调节燃气的出口速度和温度可调。

本发明的燃气启动装置适用于低浓度甲烷逆流式热氧化装置的燃气快速逐级启动系统，使得装置建立低浓度甲烷氧化反应的高温温度场的同时，缩短了启动时间，节约了启动成本。

附图说明

图1为本发明的燃气启动装置(即旋流器)的示意图；其中：

a是图1的俯视图；

b是沿图1中A-A线的剖视图；

c是沿图1中B向的视图。

图2是本发明的燃气启动装置的结构示意图。

图3是本发明的燃气启动装置安装在甲烷逆流式热氧化装置中的示意图。

具体实施方式

本发明的理论依据是鉴于扩散火焰比预混火焰具有更宽的稳定范围，因此本发明采用旋流扩散燃烧系统，其适用于天然气、合成气等多种气体燃料。

请参阅图1和图2，本发明的燃气启动装置100包括空气旋流器10和燃料旋流器11。本发明将两种旋流器加工成一体，中部为燃料旋流器，开设有切向的燃料孔12，旋流器的四周为切向的空气槽13。

燃料孔12的切向和空气槽13的切向方向相反(参阅图1a、b、c所示)，可以产生比同向旋流更大的回流区，其主要原因是由于内外旋流边界上强烈的剪切导致了内圈旋流的扩散和耗散，从而导致了更强的逆向压力梯度，因此回流增强。这样可以在较小旋流数下实现更好的掺混和大的回流区。

请参阅图2，为本发明的燃气启动装置100的结构示意图，燃烧室22的一端为掺混段20，空气旋流器10和燃料旋流器11的喷嘴一面与该掺混段20连接，在旋流器10与掺混段20之间安装有一石英玻璃观察窗21，以在实际应用时观察点火情况。旋流器10与石英观察窗21之间安装有扩张型延伸段25，这样可以产生使轴向和切向速度峰值之间径向隔开距离加大，并使反向质量流量加大的综合影响。在扩张型延伸段25的一侧安装有点火孔28。空气旋流器10的进气一面连接一空气流道26，该空气流道26内套设一燃料流道27。掺混段20的一侧设有一掺混空气进口24，用以掺冷高温燃气，实现均匀的燃烧室出口温度场。通过调节旋流器的燃料量和空气量以及掺混空气进口的空气量，以实现调节燃气的出口速度和温度可调。

扩张型延伸段21和燃烧室22的壁面均采用水冷方式。燃烧室段22内侧采用耐火材料23。

扩张型延伸段25和掺混段20之间用螺栓连接，中间为石英玻璃观察窗21。旋流器10与扩张型延伸段21之间为螺纹连接。

燃料室22的另一端A如图3所示连接至低浓度甲烷逆流式热氧化装置200(此为公知技术，不展开叙述)。