蓄热氧化装置排风管中瓦斯浓度在线测试与精确补氧系统及方法与流程

本发明属于瓦斯处理，具体涉及一种蓄热氧化装置排风管中瓦斯浓度在线测试与精确补氧系统及方法，以保障瓦斯蓄热氧化炉排风管中瓦斯浓度满足排放标准。

背景技术：

1、这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

2、由于技术限制，煤炭开采过程中抽排的低浓度瓦斯气一直未能得到有效回收利用，被迫放空，造成资源浪费及环境污染。甲烷的温室效应比co2高25倍，每利用1kg甲烷相当于减排21kg co2。抽采瓦斯并加以利用是降低开采过程中的瓦斯涌出量、防止瓦斯超限和积聚、预防瓦斯爆炸和煤与瓦斯突发事故及提高煤矿尾气附加值的重要措施。低浓度瓦斯若直接排空而不利用，既浪费大量洁净能源，又污染大气环境。采用瓦斯蓄热氧化工艺技术对抽排放的低浓度瓦斯进行氧化处理，产生的蒸汽替代原有燃煤锅炉向矿区供热，并入矿区蒸汽管网，供矿区生活、生产，回收利用抽排的煤层气，替代燃煤，减少资源浪费与环境污染。

3、目前在抽排瓦斯蓄热氧化处理过程中，为保证排放气体中的瓦斯浓度满足标准，需要实时监测瓦斯蓄热氧化炉排风管中的瓦斯浓度，在瓦斯浓度水平高于排放标准时，对排风管补充氧气，使得瓦斯进一步氧化，把瓦斯浓度降低到一定水平。

4、如果不根据排风管内的瓦斯浓度进行补氧，直接无差别的通入大量空气，一方面由于排风管中的排气量很大，需要通入大量空气，进而需要耗费大量的电能，造成能源的浪费，过量氧气会导致排风管温度降低，不利于瓦斯发生氧化反应，而且排风管中氧气浓度过高容易加大爆炸风险；另一方面，大量低温空气的通入会显著降低排风管内热风的温度，进而显著降低瓦斯的氧化效率，不利于实现瓦斯的完全氧化。

5、蓄热氧化炉排风管中的温度高达850℃，由于现有瓦斯传感器不能适用于高温环境中瓦斯浓度的测量，只能将气体抽出并冷却到常温后再利用瓦斯传感器等方法进行测量，因此难以实现对瓦斯蓄热氧化炉排风管中瓦斯浓度进行在线测量，补充氧气的操作具有滞后性。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种蓄热氧化装置排风管中瓦斯浓度在线测试与精确补氧系统及方法。可以实时获取瓦斯蓄热氧化炉排风管中的瓦斯浓度，并根据瓦斯浓度进行精确补充氧气，以保障瓦斯蓄热氧化炉排风管中瓦斯浓度满足排放标准。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、第一方面，本发明提供一种蓄热氧化装置排风管中瓦斯浓度在线测试与精确补氧系统，包括气体富集器、铠装热电偶、氧气分布器和电源，其中，

4、所述气体富集器为筒状结构，其包括第一变径段和恒径段，第一变径段的小径端与恒径段连接；

5、铠装热电偶的头部连接金属板电极，尾部通过三通式bnc接头与温度测量装置、电容测量装置和电源连接，电容测量装置与补氧控制器连接；

6、金属板电极嵌合固定于所述恒径段的侧壁上，且测量面暴露于恒径段的内部；

7、氧气分布器，至少为一个，设置于第一变径段的上游，且通过高压风机与所述补氧系统控制器连接。

8、发明人经过研究发现，瓦斯蓄热氧化炉的排风管内瓦斯浓度很低，采用点状测量方法难以对排风管内的瓦斯浓度进行精确检测，检测误差较大，需要对排放管内气体进行富集之后进行测量。

9、本发明中设置了气体富集器，在进行实际测量时，将气体富集器安装于排风管中，第一变径段的小径端与恒径段连接，其大径端朝向排风管的来风方向，排风管中的热风经过大径端收集后进入恒径段，对热风中的气体进行富集，可以在一定程度上提高排风管中瓦斯浓度的检测准确性。

10、此外，本发明在铠装热电偶的头部安装金属板电极，其测量面为金属板电极的侧面，金属板电极侧面与对面的恒径段之间构成测量区域，由此形成的瓦斯浓度测量区域较大，可以较好地提高排风管中瓦斯浓度检测的准确性。

11、氧气分布器设置于气体富集器的上游，将氧气均匀分布于气体富集器上游的热风中，由于热风的温度较高，利用补充的氧气可以及时将瓦斯氧化处理，所以气体富集器内检测的是反应后的瓦斯的残余浓度，如果残余浓度不达标，则可以适当提高氧气的通入量。

12、通过该方法可以精确检测排风管中瓦斯的残余量，并精确控制氧气的通入量，在保证排风中瓦斯的浓度达标的同时，最大限定降低能耗。

13、在一些实施例中，第一变径段的大径端内径与恒径段的内径之比为2-10:1。

14、在一些实施例中，铠装热电偶的屏蔽层与气体富集器壳体之间设置绝缘层。

15、在一些实施例中，铠装热电偶与屏蔽层之间留有空腔，屏蔽层的侧壁上安装有冷风送风管和热风排风管，冷风送风管用于与冷风源连接。

16、由于排风管中的温度很高，可能导致铠装热电偶连接的头部金属板电极与气体富集器之间发生位移，对瓦斯的浓度检测产生不利影响，所以采用向空腔内通入冷风的方式对铠装热电偶进行降温，以提高检测的准确性。

17、在一些实施例中，金属板电极的测量面的面积为50-200cm2。

18、在一些实施例中，所述氧气分布器包括锥形壳体以及在锥形壳体内部分层填充的耐高温颗粒，不同层的耐高温颗粒的粒径不同，且自氧气分布器的进口至出口，耐高温颗粒的粒径依次降低。采用该种方式将空气分隔成很多股细小气流，再排入排风管内时，可以快速分散，在热风中迅速分散均匀，有效避免氧气分布不均匀导致的热风中瓦斯残余量分布不均匀的问题。

19、优选的，氧气分布器的出口在排风管横截面上的覆盖率为50％-150％。如果覆盖率偏低，容易影响氧气的分布均匀性，如果覆盖率偏高，则容易对热风产生较大的流动阻力，不利于热风的快速外排。

20、第二方面，本发明提供一种蓄热氧化装置排风管中瓦斯浓度在线测试与精确补氧方法，包括如下步骤：

21、将氧气均匀分布于排风管内，然后采用扩口结构收集下游的热风，并压缩富集后采用金属板电极对其中的瓦斯浓度进行检测，同时向铠装热电偶与屏蔽层之间的腔室中通入流动低温气体，对铠装热电偶进行降温；

22、补氧系统控制器根据反馈的瓦斯浓度调节高压风机的功率，进而调节向排风管中排入的空气量。

23、上述本发明的一种或多种实施例取得的有益效果如下：

24、基于电容原理设计新型传感电极，对瓦斯蓄热氧化炉中瓦斯浓度变化造成的电容变化进行监测，可对瓦斯蓄热氧化炉中瓦斯浓度进行直接在线测量；

25、铠装热电偶的头部连接一个金属板电极并安装在气体富集器一侧，铠装热电偶外壳上施加一个高频的交流电流，铠装热电偶头部的金属板电极与接地的气体富集器之间形成一个电容，该电容即为瓦斯浓度测量区域。采用电容测量装置获得该电容值，进而根据被测区域内瓦斯浓度变化造成的电容值变化规律，计算气体中的瓦斯浓度。

26、屏蔽层上施加与铠装热电偶外壳相同的电压，消除铠装热电偶外壳与周围环境之间的附加电容，保证电容测量装置测得的信号只与测量区域内的瓦斯浓度相关。

27、补氧系统控制器对瓦斯蓄热氧化炉排风管中的温度、瓦斯浓度进行分析，在瓦斯浓度超过排风标准的情况下，控制高压风机对排风管补充氧气以促进瓦斯氧化，保证排风管中甲烷浓度满足排放标准。

28、本发明实现对排风管中气体温度和瓦斯浓度的同时在线测量，可以根据瓦斯温度确定瓦斯氧化反应速率，并结合瓦斯浓度水平对排风管精确补充氧气。