一种低浓度瓦斯高效掺混装置及方法与流程

1.本发明属于气动掺混技术领域，具体涉及一种低浓度瓦斯高效掺混装置及方法。


背景技术：

2.由于煤矿生产流程的设计，我国煤矿在生产过程中通常会产生不同瓦斯浓度的瓦斯气体，其中高浓度瓦斯气可以直接使用，而低浓度瓦斯气特别是通风瓦斯气，由于瓦斯甲烷浓度过低(＜0.3％)且波动大，不利于氧化装置的稳定运行。例如，有效处理超低浓度、气量大的煤矿通风瓦斯气时，最重要、最具有前景的技术则是蓄热氧化技术，而进行蓄热氧化前，需要进行低浓度瓦斯与空气的掺混，形成蓄热氧化装置所需瓦斯浓度的瓦斯混合气。
3.直接管道交叉掺混是最常见最简单的掺混方式，但这种掺混方式的气体混合强度较差，常用于对气体浓度均匀性要求不高或者掺混后经长距离输送的场合。专利技术《一种利用文丘里引射器掺混煤矿瓦斯气的装置》(cn201367915y)中所述的引射掺混，得益于一股高速射流气体的卷吸作用，这种掺混方式不适合管径较大场合的掺混。专利技术《旋流掺混装置》(cn105032225a)中提到的旋流叶片掺混是能够实现较好掺混均匀度的方法，但这种掺混方式无法根据需求来有效调节掺混装置的掺混强度。专利技术《一种煤矿瓦斯掺混装置》(cn106237880a)中利用环形管形成不同气流方向的气体来进行掺混，这种方式结构简单，掺混压损较低，但是这种方式的掺混效果明显低于专利技术(cn105032225a)中掺混方式。
4.针对上述技术难题，本发明则是利用扰流器增加掺混装置的掺混强度，并在掺混装置不同位置设置扰流进气口，不仅可以增加掺混装置的掺混效果，还可以在掺混过程中根据具体需求来调节掺混装置的掺混强度，从而达到精准控制混合气的掺混均匀度。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种设计合理、性能可靠、用于气体掺混的低浓度瓦斯高效掺混装置及方法。
6.本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种低浓度瓦斯高效掺混装置，包括混合腔、进气管口和出气管口，所述混合腔为圆柱形状的空腔体结构，所述混合腔的进气端连接有进气管口，所述进气管口沿着气体流动方向为扩张管道，所述混合腔的出气端连接有出气管口，所述出气管口沿着气体流动方向为收缩管道，其特征在于，还包括低浓度瓦斯气进管、空气进气管、法兰、扰流设备和扰流进气端，所述空气进气管通过法兰与进气管口的进气端连接，且空气进气管的进气方向垂直于混合腔的中心轴线，所述空气进气管还连接有低浓度瓦斯气进管，且低浓度瓦斯气进管的进气方向平行于混合腔的中心轴线，所述扰流设备具有n个，且n个扰流设备沿着气体流动方向均匀分布在混合腔的内侧，n≥1，所述扰流进气端具有m个，且m个扰流进气端沿着气体流动方向均匀分布在混合腔前半段的外侧，m≥1。
7.进一步的，所述法兰为活动结构，且空气进气管通过法兰可以沿着混合腔的中心
轴线旋转。
8.进一步的，所述扰流设备由x个扰流板组成，且x个扰流板沿着混合腔的中心轴线环形均匀布置在混合腔的内侧，x≥2，所述扰流板为三角形结构。
9.进一步的，还包括布置在混合腔中心轴线处的扰流器，所述扰流器也具有n个，且n个扰流器在混合腔内部沿着气体流动方向与扰流设备同等位置分布，n≥1，所述扰流器为三角形结构的扰流板。
10.进一步的，所述扰流器固定在扰流设备上。
11.进一步的，所述扰流进气端由y个进气口组成，且y个进气口沿着混合腔中心轴线环形均匀布置在混合腔的外侧，y≥1。
12.进一步的，通过扰流进气端向混合腔内输送的扰流气体或是新鲜空气，或是低温烟气，或是新鲜空气和低温烟气的混合气体。
13.进一步的，当n≥2时，相邻扰流设备的扰流板在混合腔内部交叉分布，且交叉的角度为
14.所述的低浓度瓦斯高效掺混装置的掺混方法，其特征在于，掺混方法如下：来自空气进气管的空气与来自低浓度瓦斯气进管的低浓度瓦斯气首先初步混合后，再经过扩张段的进气管口来增加混合气的湍流强度，然后进入混合腔内进行充分混合，此时，在混合腔内利用扰流设备和扰流器增加空气与瓦斯气的混合强度，并通过扰流进气端向混合腔内输入扰流气体，进一步增加混合腔内增加空气与瓦斯气的混合强度，然后空气和瓦斯气进行充分高效混合后形成所需的混合气，在经过收缩段的出气管口来改善气流的均匀性和降低混合气的湍流强度；此时，可以通过调节空气的流速、低浓度瓦斯气的流速和扰流气体的流速，来改变混合腔内气体的混合强度，从而精准控制低浓度瓦斯气和空气的混合效果；此时，还可以通过调节空气的流量、低浓度瓦斯气的流量和扰流气体的流量，来改变混合腔内气体混合的瓦斯浓度，从而精准控制形成的所需混合气的瓦斯浓度。
15.根据用户对掺混装置形成混合气体的瓦斯浓度要求，来选择通过空气进气管进入混合腔内的气体类型，气体类型为新鲜空气，或者为低温烟气，或者为新鲜空气与低温烟气的混合气，或者为不同瓦斯浓度的瓦斯混合气。
16.本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：(1)本发明创造通过在掺混装置的混合腔内设置有效的扰流设备，并沿着气体掺混流动路径中合理布置扰流进气口，不仅增加了掺混装置的掺混强度，达到很好的掺混均匀度，还可以在掺混过程中根据具体需求来调节掺混装置的掺混强度，从而达到精准控制混合气的掺混均匀度；(2)本发明创造将扰流进气口布置在混合腔的前半段，从而避免了由于扰流进气的因素，导致掺混装置输出的掺混气存在均匀性差、湍流强度大等特点，对掺混后蓄热氧化等工艺产生不利影响；(3)本发明创造通过增加掺混装置的掺混强度，大大缩短了混合时间，减小了混合段长度，从而降低了掺混装置的投资成本，也改善了掺混装置的安装空间环境，具有显著的推广价值。
附图说明
17.图1是本发明实施例中一种低浓度瓦斯高效掺混装置的结构示意图。
18.图2是本发明实施例中x＝3时混合腔内侧相邻两个扰流设备的布置示意图。
19.图3是本发明实施例中x＝4时混合腔内侧相邻两个扰流设备的布置示意图。
20.图4是本发明实施例中x＝3时混合腔内侧扰流设备与扰流器的布置示意图。
21.图5是本发明实施例中x＝3且y＝3时混合腔内侧扰流设备和混合腔外侧扰流进气端的布置示意图。
22.图6是本发明实施例中x＝4且y＝4时混合腔内侧扰流设备和混合腔外侧扰流进气端的布置示意图。
23.图中：1
‑
混合腔、2
‑
进气管口、3
‑
出气管口、4
‑
低浓度瓦斯气进管、5
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空气进气管、6
‑
法兰、7
‑
扰流设备、8
‑
扰流进气端、9
‑
扰流器。
具体实施方式
24.下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
25.实施例
26.参见图1，本实施例中，一种低浓度瓦斯高效掺混装置，包括：混合腔1、进气管口2、出气管口3、低浓度瓦斯气进管4、空气进气管5、法兰6、扰流设备7、扰流进气端8和扰流器9，混合腔1为圆柱形状的空腔体结构，混合腔1的进气端连接有进气管口2，进气管口2沿着气体流动方向为扩张管道，混合腔1的出气端连接有出气管口3，出气管口3沿着气体流动方向为收缩管道，空气进气管5通过法兰6与进气管口2的进气端连接，且空气进气管5的进气方向垂直于混合腔1的中心轴线，空气进气管5还连接有低浓度瓦斯气进管4，且低浓度瓦斯气进管4的进气方向平行于混合腔1的中心轴线，扰流设备7具有n个，且n个扰流设备7沿着气体流动方向均匀分布在混合腔1的内侧，n≥1，扰流进气端8具有m个，且m个扰流进气端8沿着气体流动方向均匀分布在混合腔1前半段的外侧，m≥1，扰流器9也具有n个，且n个扰流器9沿着气体流动方向均匀分布在混合腔1内部的中心轴线处，n≥1。
27.本实施例中，参见图4，n个扰流器9均为三角形结构的扰流板，n个扰流器9在混合腔1内部沿着气体流动方向与扰流设备7同等位置分布，n≥1，且n个扰流器9均固定在与其重叠的扰流设备7上。
28.本实施例中，法兰6为活动结构，且空气进气管5通过法兰6可以沿着混合腔1的中心轴线旋转。
29.本实施例中，参见图2和图3，扰流设备7由x个扰流板组成，且x个扰流板沿着混合腔1的中心轴线环形均匀布置在混合腔1的内侧，x≥2，所有扰流板也均为三角形结构，
30.本实施例中，参见图5和图6，扰流进气端8由y个进气口组成，且y个进气口沿着混合腔1中心轴线环形均匀布置在混合腔1的外侧，y≥1。
31.本实施例中，通过扰流进气端8向混合腔1内输送的扰流气体或是新鲜空气，或低温烟气，或是新鲜空气和低温烟气的混合气体。
32.本实施例中，参见图2和图3，当n≥2时，相邻扰流设备7的扰流板在混合腔1内部交叉分布，且交叉的角度为
33.本实施例涉及的掺混方法如下：
来自空气进气管5的空气与来自低浓度瓦斯气进管4的低浓度瓦斯气首先初步混合后，再经过扩张段的进气管口2来增加混合气的湍流强度，然后进入混合腔1内进行充分混合，此时，在混合腔1内利用扰流设备7和扰流器9增加空气与瓦斯气的混合强度，并通过扰流进气端8向混合腔1内输入扰流气体，进一步增加混合腔1内增加空气与瓦斯气的混合强度，然后空气和瓦斯气进行充分高效混合后形成所需的混合气，在经过收缩段的出气管口3来改善气流的均匀性和降低混合气的湍流强度；此时，可以通过调节空气的流速、低浓度瓦斯气的流速和扰流气体的流速，来改变混合腔1内气体的混合强度，从而精准控制低浓度瓦斯气和空气的混合效果；此时，还可以通过调节空气的流量、低浓度瓦斯气的流量和扰流气体的流量，来改变混合腔1内气体混合的瓦斯浓度，从而精准控制形成的所需混合气的瓦斯浓度。
34.在本实施例的掺混方法中，根据用户对掺混装置形成混合气体的瓦斯浓度要求，来选择通过空气进气管5进入混合腔1内的气体类型，气体类型为新鲜空气，或者为低温烟气，或者为新鲜空气与低温烟气的混合气，或者为不同瓦斯浓度的瓦斯混合气。
35.本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
36.虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。