专利名称：低浓度瓦斯热对流浮升收集装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及瓦斯气体的收集，特别是涉及一种低浓度瓦斯热对流浮升收集装置。
技术背景我国是煤炭生产大国，据统计矿井煤层气资源总量达35亿万m3，与陆地上天然气的 储量相当，仅次于俄罗斯、加拿大的第三大煤层气储藏国。我国每年有100 150亿m3 的纯甲烷混入矿井风流中以低浓度的形式通过乏风排空。一方面损失了巨大的不可再生能 源资源，造成了严重浪费；另一方面甲垸对环境是强污染气体，其臭氧层破坏效果是C02 的7倍，温室效应是C02的21倍；此外，煤矿通风瓦斯的排放还会给煤矿生产带来严重 的安全隐患。因此如何收集浓度低于1. 5%的风排瓦斯混合气体就成为一个急需解决的问题。 发明内容针对上述缺陷，本发明提供的低浓度瓦斯热对流浮升收集装置，用于分离收集浓度低 于1. 5%的风排瓦斯混合气体，可在保证瓦斯气体安全浓度的范围内对矿井风排瓦斯气体 实现减量收集，为后续工艺对瓦斯混合气体进行浓縮创造条件。本发明提供的低浓度瓦斯热对流浮升收集装置，包括壳体(8)，该壳体(8)内设置 有导入段(1)、与该导入段(1)连通的浮升收集段(2)和与该浮升收集段(2)连通的 分离段(3)，所述导入段(1)内竖直方向设置有至少一块导入隔板(4)，该导入隔板(4) 将导入段(1)分隔成至少两个导入流道，所述浮升收集段(2)内竖直方向设置有至少一 块收集隔板(5)，该收集隔板(5)将浮升收集段(2)分隔成至少两个收集流道，两侧两 个收集流道中的至少一个流道设置有加热装置(7)，所述分离段(3)内横向设置有分离 隔板(6),,该分离隔板(6)将分离段(3)分隔成两个分离流道。优选地，上述导入隔板(4)有三块，并且将导入段(1)分隔成四个导入流道，上述 收集隔板(5)有三块，将浮升收集段(2)分隔成四个收集流道，并且所述三块收集隔板 (5)中中间一块收集隔板(5)的上下两端都长于其他两块，两侧两个收集流道中分别设 置有加热装置(7)。优选地，上述三块收集隔板(5)中中间一块收集隔板(5)的上下两端都接触壳体(8)， 将收集流道隔断。优选地，上述导入隔板(4)有五块，并且将导入段(1)分隔成六个导入流道，上述 收集隔板(5)有五块，将浮升收集段(2)分隔成六个收集流道，并且所述五块收集隔板 (5)中中间一块收集隔板(5)的上下两端都长于其他四块，两侧两个收集流道中分别设 置有加热装置(7)。
优选地，上述五块收集隔板(5)中中间一块收集隔板(5)的上下两端都接触壳体(8)， 将收集流道隔断。
优选地，上述导入隔板(4)有七块，并且将导入段(1)分隔成八个导入流道，上述 收集隔板(5)有七块，将浮升收集段(2)分隔成八个收集流道，并且所述七块收集隔板 (5)中中间一块收集隔板(5)的上下两端都长于其他六块，两侧两个收集流道中分别设 置有加热装置(7)。
优选地，上述七块收集隔板(5)中中间一块收集隔板(5)的上下两端都接触壳体(8)， 将收集流道隔断。
优选地，上述浮升收集段(2)为倾斜设置
发明提供的低浓度瓦斯热对流浮升收集装置，根据低浓度瓦斯气体的平面层流流动和 扩散规律，采用狭长矩形截面收集流道并用加热装置加热，使收集流道中至少一个收集流 道中的瓦斯混合气体产生向上的热对流,而其他流道中相对温度较低的瓦斯混合气体则产 生向下的对流，并通过收集段底部通道对加热的收集流道进行补充，使用狭长矩形截面流 道的目的是使低浓度瓦斯气体的流动保持为层流。
根据N-S方程，当某气体微团与周围气体存在温度差而产生体积膨胀导致其密度降 低，从而产生"浮力"A化。当该气体微团的浮力大于阻碍其运动的阻力时产生浮升。 在至少一个收集流道中安装适当形式的加热器，当低浓度瓦斯混合气体流过此通道时，气体受热膨胀，密度降低，因而产生了导致其上升对流的"浮力"，而其他收集流道,于气 体未被加热，温度较低，因此形成循环对流。为确保产生稳定的层流对流，浮升收集段的 上部保持气体流通，以方便热瓦斯气体的扩散和流动，热瓦斯混合气体浮升到流道上部后 由于与气体混合使其温度降低。在后续热瓦斯混合气体的推动下，根据重力浮升原理，其 中的空气由于其密度较大而继续下降。而密度相对较低的瓦斯气体基本停留在浮升收集段 的上部空间内，并随主流动一起向前流动。为确保瓦斯气体能在浮升后富集在流道的上部 空间内，因此控制浮升过程中的气体对流速度和沿流道轴向运动速度就成为整个问题的关 键。控制浮升速度的关键是控制浮升气体与周围其他气体的温度差及流道的几何尺寸。为更有效地进行瓦斯气体的浮升分离，将流道设计成倾斜上升或下降的形式，使主流动配合 重力浮升。
流道的形状可以是矩形或其它形状，如顶部为弧形等。当瓦斯混合气体进入有流道分 隔板和加热装置等组成的倾斜的浮升收集段。倾斜的形式可以是向上倾斜，也可以是向下 倾斜。从浮升收集段流出的瓦斯混合气体中，绝大部分都富集在上部，因此在分离段根据 出口处瓦斯气体的浓度监测情况调节分离隔板的高度， 一方面确保流道下部的空气被分离 出去，另一方面保证所收集的瓦斯混合气体的浓度低于5%的安全线。
本发明提供的低浓度瓦斯热对流浮升收集装置可在保证瓦斯气体安全浓度的范围内 对矿井风排瓦斯气体实现减量收集，为后续工艺对瓦斯混合气体进行浓縮创造条件。
图1是本发明实施例1的整体结构示意图2是本发明实施例1的导入段结构示意图3是本发明实施例1的收集段结构示意图4是本发明实施例1的分离段结构示意图5是本发明实施例1的气体流向示意图6是本发明实施例组合结构的导入段结构示意图7是本发明实施例组合结构的收集段结构示意图8是本发明实施例组合结构的分离段结构示意图。
具体实施例方式
实施例h
如图l、图2、图3和图4所示，本发明实施例l提供的低浓度瓦斯热对流浮升收集 装置，包括壳体(8)，该壳体(8)内设置有导入段(1)、与该导入段(1)连通的.浮升收 集段(2)和与该浮升收集段(2)连通的分离段(3)，所述导入段(1)内竖直方向设置 有五块导入隔板(4)，该五块导入隔板(4)将导入段(1)分隔成六个导入流道，所述浮 升收集段(2)内竖直方向设置有五块收集隔板(5)，该五块收集隔板(5)将浮升收集段 (2)分隔成六个收集流道，两侧的收集流道中分别设置有加热装置(7)，所述分离段(3) 内横向设置有分离隔板(6)，该分离隔板(6)将分离段(3)分隔成上下两个分离流道， 各个流道的顶部为弧形，收集段(2)向下倾斜设置。上述五块收集隔板(5)中中间一块 收集隔板(5)的上下两端都接触壳体(8)，将收集流道隔断。当然，流道的形状也可以是矩形或其它形状，倾斜的形式也可以是向上倾斜，五块收 集隔板(5)中中间一块收集隔板(5)也可以上下两端都接触壳体(8)，而是上下两端都 长于其他四块。如图5所示，本发明实施例1提供的低浓度瓦斯热对流浮升收集装置，根据低浓度瓦 斯气体的平面层流流动和扩散规律，采用狭长矩形截面收集流道并用加热装置加热，使收 集流道中两侧的收集流道中的瓦斯混合气体产生向上的热对流，而其他流道中相对温度较 低的瓦斯混合气体则产生向下的对流，并通过收集段底部通道对加热的收集流道进行补 充，使用狭长矩形截面流道的目的是使低浓度瓦斯气体的流动保持为层流。根据N-S方程，当某气体微团与周围气体存在温度差而产生体积膨胀导致其密度降 低，从而产生"浮力"A浮。当该气体微团的浮力大于阻碍其运动的阻力时产生浮升。 在至少一个收集流道中安装适当形式的加热器，当低浓度瓦斯混合气体流过此通道时，气体受热膨胀，密度降低，因而产生了导致其上升对流的"浮力"，而其他收集流道由于气 体未被加热，温度较低，因此形成循环对流。为确保产生稳定的层流对流，浮升收集段的 上部保持气体流通，以方便热瓦斯气体的扩散和流动，热瓦斯混合气体浮升到流道上部后 由于与气体混合使其温度降低。在后续热瓦斯混合气体的推动下，根据重力浮升原理，其中的空气由于其密度较大而继续下降。而密度相对较低的瓦斯气体基本停留在浮升收集段 的上部空间内，并随主流动一起向前流动。为确保瓦斯气体能在浮升后富集在流道的上部 空间内，因此控制浮升过程中的气体对流速度和沿流道轴向运动速度就成为整个问题的关 键。控制浮升速度的关键是控制浮升气体与周围其他气体的温度差及流道的几何尺寸。为 更有效地进行瓦斯气体的浮升分离，将流道设计成倾斜上升或下降的形式，使主流动配合 重力浮升。从收集段流出的瓦斯混合气体中，绝大部分都富集在上部，因此在分离段根据出口处 瓦斯气体的浓度监测情况调节分离隔板的高度， 一方面确保流道下部的空气被分离出去， 另一方面保证所收集的瓦斯混合气体的浓度低于5%的安全线。实施例2:本发明实施例2提供的低浓度瓦斯热对流浮升收集装置，包括壳体(8)，该壳体(8) 内设置有导入段(1)、与该导入段(1)连通的浮升收集段(2)和与该浮升收集段(2) 连通的分离段(3)，所述导入段(1)内竖直方向设置有一块导入隔板(4)，该一块导入 隔板(4)将导入段(1)分隔成两个导入流道，所述浮升收集段(2)内竖直方向设置有一块收集隔板(5)，该一块收集隔板(5)将浮升收集段(2)分隔成两个收集流道，两侧 的收集流道中的一个设置有加热装置(7)，所述分离段(3)内横向设置有分离隔板(6)， 该分离隔板(6)将分离段(3)分隔成上下两个分离流道，各个流道的顶部为弧形，收集 段(2)向下倾斜设置。当然，流道的形状也可以是矩形或其它形状，倾斜的形式也可以 是向上倾斜。
本发明实施例2与实施例1的原理一样，主要区别在于收集段中瓦斯混合气体只在两 个流道中循环。 实施例3:
本发明实施例3提供的低浓度瓦斯热对流浮升收集装置，包括壳体(8)，该壳体(8) 内设置有导入段(1)、与该导入段(1)连通的浮升收集段(2)和与该浮升收集段(2) 连通的分离段(3)，所述导入段(1)内竖直方向设置有三块导入隔板(4)，该三块导入 隔板(4)将导入段(1)分隔成四个导入流道，所述浮升收集段(2)内竖直方向设置有 三块收集隔板(5)，该三块收集隔板(5)将浮升收集段(2)分隔成四个收集流道，两侧 的收集流道中分别设置有加热装置(7)，所述分离段(3)内横向设置有分离隔板(6)， 该分离隔板(6)将分离段(3)分隔成上下两个分离流道，各个流道的顶部为弧形，收集 段(2)向下倾斜设置。当然，流道的形状也可以是矩形或其它形状，倾斜的形式也可以 是向上倾斜，三块收集隔板(5)中中间的一块可以是上下两端都接触壳体(8)，也可以 上下两端都长于其他两块。
本发明实施例3与实施例1的原理一样当三块收集隔板(5)中中间的一块上下两 端都接触壳体(8)时，在收集段中瓦斯混合气体分别在两个流道中循环；当三块收集隔 板(5)中中间的一块上下两端都长于其他两块而不接触壳体(8)时，在收集段中瓦斯混 合气体在两侧的两个流道中上升，而在中间的两个流道中下降，实现循环。
实施例4:
本发明实施例4提供的低浓度瓦斯热对流浮升收集装置，包括壳体(8)，该壳体(8) 内设置有导入段(1)、与该导入段(1)连通的浮升收集段(2)和与该浮升收集段(2) 连通的分离段(3)，所述导入段(1)内竖直方向设置有七块导入隔板(4)，该七块导入 隔板(4)将导入段(1)分隔成八个导入流道，所述浮升收集段(2)内竖直方向设置有 七块收集隔板(5)，该七块收集隔板(5)将浮升收集段(2)分隔成八个收集流道，两侧 的收集流道中分别设置有加热装置(7),所述分离段(3)内横向设置有分离隔板(6)，该分离隔板(6)将分离段(3)分隔成上下两个分离流道，各个流道的顶部为弧形，收集 段(2)向下倾斜设置。当然，流道的形状也可以是矩形或其它形状，倾斜的形式也可以 是向上倾斜，七块收集隔板(5)中中间的一块可以是上下两端都接触壳体(8)，也可以
上下两端都长于其他六块。
本发明实施例4与实施例1的原理一样当七块收集隔板(5)中中间的一块上下两 端都接触壳体(8)时，在收集段中瓦斯混合气体分别在三个流道中循环；当七块收集隔 板(5)中中间的一块上下两端都长于其他两块而不接触壳体(8)时，在收集段中瓦斯混 合气体在两侧的两个流道中上升，而在中间的四个流道中下降，实现循环。
实施例5:
本发明实施例5提供的低浓度瓦斯热对流浮升收集装置，将实施例1提供的低浓度瓦 斯热对流浮升收集装置作为一个单元，把三个这样的单元组合在一起形成组合装置，该组 合装置的导入段结构如图6所示，该组合装置的收集段结构如图7所示，该组合装置的分 离段结构如图8所示，各个单元内的工作原理与本发明实施例l相同。当然，还可以把两 个、四个或五个这样的单元进行组合，形成组合装置。
本发明实施例提供的低浓度瓦斯热对流浮升收集装置的使用范围将瓦斯浓度在 0. 5% 1. 5%的气体浓縮成瓦斯浓度为3% 4%的气体。严格控制在浮升收集过程中，所有区 域的瓦斯浓度低于5%。
本发明实施例提供的低浓度瓦斯热对流浮升收集装置可在保证瓦斯气体安全浓度的 范围内对矿井风排瓦斯气体实现减量收集，为后续工艺对瓦斯混合气体进行浓縮创造条 件。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来 说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视 为本发明的保护范围。
权利要求
1、一种低浓度瓦斯热对流浮升收集装置，其特征在于，包括壳体(8)，该壳体(8)内设置有导入段(1)、与该导入段(1)连通的浮升收集段(2)和与该浮升收集段(2)连通的分离段(3)，所述导入段(1)内竖直方向设置有至少一块导入隔板(4)，该导入隔板(4)将导入段(1)分隔成至少两个导入流道，所述浮升收集段(2)内竖直方向设置有至少一块收集隔板(5)，该收集隔板(5)将浮升收集段(2)分隔成至少两个收集流道，两侧两个收集流道中的至少一个流道设置有加热装置(7)，所述分离段(3)内横向设置有分离隔板(6)，该分离隔板(6)将分离段(3)分隔成两个分离流道。
2、 根据权利要求1所述的低浓度瓦斯热对流浮升收集装置，其特征在于，上述导入隔 板(4)有三块，并且将导入段(1)分隔成四个导入流道，上述收集隔板(5)有三块，将 浮升收集段(2)分隔成四个收集流道，并且所述三块收集隔板(5)中中间一块收集隔板(5) 的上下两端都长于其他两块，两侧两个收集流道中分别设置有加热装置(7)。
3、 根据权利要求2所述的低浓度瓦斯热对流浮升收集装置，其特征在于，上述三块收 集隔板(5)中中间一块收集隔板(5)的上下两端都接触壳体(8)，将收集流道隔断。
4、 根据权利要求1所述的低浓度瓦斯热对流浮升收集装置，其特征在于，上述导入隔 板(4)有五块，并且将导入段(1)分隔成六个导入流道，上述收集隔板(5)有五块，将 浮升收集段(2)分隔成六个收集流道，并且所述五块收集隔板(5)中中间一块收集隔板(5)的上下两端都长于其他四块，两侧两个收集流道中分别设置有加热装置(7)。
5、 根据权利要求4所述的低浓度瓦斯热对流浮升收集装置，其特征在于，上述五块收 集隔板(5)中中间一块收集隔板(5)的上下两端都接触壳体(8)，将收集流道隔断。
6、 根据权利要求1所述的低浓度瓦斯热对流浮升收集装置，其特征在于，上述导入隔 板(4)有七块，并且将导入段(1)分隔成八个导入流道，上述收集隔板(5)有七块，将 浮升收集段(2)分隔成八个收集流道，并且所述七块收集隔板(5)中中间一块收集隔板(5)的上下两端都长于其他六块，两侧两个收集流道中分别设置有加热装置(7)。
7、 根据权利要求6所述的低浓度瓦斯热对流浮升收集装置，其特征在于，上述七块收 集隔板(5)中中间一块收集隔板(5)的上下两端都接触壳体(8)，将收集流道隔断。
8、 根据权利要求1-8中任何一项所述的低浓度瓦斯热对流浮升收集装置，其特征在于， 上述浮升收集段(2)为倾斜设置。
全文摘要
本发明提供的低浓度瓦斯热对流浮升收集装置，包括壳体(8)，该壳体(8)内设置有导入段(1)、与该导入段(1)连通的浮升收集段(2)和与该浮升收集段(2)连通的分离段(3)，所述导入段(1)内竖直方向设置有至少一块导入隔板(4)，该导入隔板(4)将导入段(1)分隔成至少两个导入流道，所述浮升收集段(2)内竖直方向设置有至少一块收集隔板(5)，该收集隔板(5)将浮升收集段(2)分隔成至少两个收集流道，两侧两个收集流道中的至少一个流道设置有加热装置(7)，所述分离段(3)内横向设置有分离隔板(6)，该分离隔板(6)将分离段(3)分隔成两个分离流道。
文档编号E21F7/00GK101408112SQ20081023612
公开日2009年4月15日 申请日期2008年11月24日 优先权日2008年11月24日
发明者陈启东 申请人:常熟理工学院