基于瓦斯蓄热氧化的熔盐储热系统预热方法与流程

本发明属于瓦斯蓄热技术领域，涉及基于瓦斯蓄热氧化的熔盐储热系统预热方法。

背景技术：

煤矿低浓度瓦斯为煤矿瓦斯最主要的排放源，因缺乏有效利用途径而长期大量排空，造成显著的温室效应趋势和能源浪费，也是导致我国煤层气利用率偏低的重要原因。统计数据表明，2017年我国抽采瓦斯总量为128亿立方米，利用量为49亿立方米，利用率占比仅约38％。

低浓度瓦斯在蓄热氧化装置内发生氧化反应释放出热量，其中一部分热量用于维持氧化装置自身热量平衡多余的热量以高温烟气的形式输出，高温烟气余热量大，长期排放不仅浪费资源，也对大气环境造成了不可忽视的热污染，因此，开发储热材料进行热能的综合有效利用至关重要。

可参考公开号为cn103306716b的中国专利，其公开了一种乏风瓦斯蓄热氧化系统及其联合预热启动方法，乏风瓦斯蓄热氧化系统包括与煤矿风井出口连通的乏风瓦斯进气管、依次与乏风瓦斯进气管连通不少于2台的瓦斯蓄热氧化装置和依次与氧化装置连通的烟气出气管，乏风瓦斯进气管和烟气出气管与每台氧化装置之间均分别设置有进气阀和出气阀，还包括烟气抽取管和与烟气抽取管连通且用于抽取第一台氧化装置ⅰ内烟气的抽气泵ⅰ，烟气抽取管与每台氧化装置之间均设置有抽气阀，氧化装置中仅最接近煤矿风井出口的氧化装置ⅰ内设置有预热装置。

上述专利具有达到乏风瓦斯蓄热氧化系统联合预热启动，减少预热装置的重复配置，节省大量投资和能源的优点，但是其也存在缺陷，如：其无法对瓦斯氧化后可利用的高温烟气热量进行储存，进而无法实现热能的合理分配，导致热能循环利用效率较低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于瓦斯蓄热氧化的熔盐储热系统预热方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于瓦斯蓄热氧化的熔盐储热系统预热方法，包括以下步骤：

步骤一.预热：将瓦斯泵站排放的低浓度瓦斯与空气混合，然后将混合气体通入预热装置内进行预热，预热至反应起始温度后，将混合气体通入蓄热氧化装置的燃烧室内进行氧化反应，反应的同时产生高温烟气；

步骤二.储热：然后将高温烟气通入熔盐换热器内，通过高温烟气与熔盐流向逆转，并依靠高温烟气的流速与反应热波移动速度的差异，使高温烟气与熔盐之间进行热量传递，即与来自低温熔盐罐的低温熔盐进行换热，同时对低温熔盐进行加热熔融，得到高温熔融盐，最后将高温熔融盐注入至熔盐罐内进行储存；

步骤三.放热：在用能高峰期时，开启高温放热熔盐泵，将高温熔融盐注入热风换热器中与经过空气预热器的热风进行换热，得到高温热空气，然后与来自混兑风机的冷风进行混合，得到适用于井筒防冻的热空气。

优选的，所述步骤二储热中高温烟气的温度为850-950℃，通过所述熔盐换热器后，烟气温度降至200-260℃，然后被送往用能区域使用；

在所述熔盐换热器旁设置一台800kw的熔盐电加热器作为备用，在高温烟气不足时用于加热熔盐。

优选的，所述步骤三放热中需要对冷空气进行预热，从储热系统中的高温空气主管道抽出热空气作为热源预热冷空气，将冷空气预热至130℃后送往换热器与熔盐进行换热，得到350℃的高温空气，再与所述混兑风机的冷风进行混合，得到适用与井筒防冻的40-50℃热风。

优选的，所述步骤一预热中开启预热装置后，对进入的混合气体进行预热，然后升高所述预热装置的温度至600-1000℃，使混合气体中甲烷浓度大于0.3％的瓦斯气体完全被消耗。

优选的，所述步骤二储热之前将高温烟气通入过滤器内，将高温烟气中的灰尘杂质除去，同时在过滤器的排气管处设置检测仪对排出高温烟气中的粉尘杂质进行检测。

优选的，所述熔盐包括占总质量分数95％的基盐与5％的添加剂。

优选的，所述基盐包括占总质量分数53％的硝酸钾、7％的硝酸钠以及40％的亚硝酸钠，所述添加剂为碳酸钠。

优选的，所述熔盐的制备方法如下：

s11.称取占总量百分比为50.35％的硝酸钾、6.65％的硝酸钠、38％的亚硝酸钠以及5％碳酸钠备用；

s12.然后将称重好的硝酸钾、硝酸钠、亚硝酸钠以及碳酸钠依次放入研磨机内，研磨完成后将硝酸钾粉末、硝酸钠粉末、亚硝酸钠粉末以及碳酸钠粉末放入混料机内进行充分混合，得到混合盐粉末即为本熔盐。

优选的，所述s12后对熔盐粉末进行热物性实验，具体步骤如下：

s21.将混合盐粉末放入坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中进行加热，马弗炉的温度最初设为350℃，若混合盐粉末达到熔融状态则将其在350℃下保温3小时，若混合盐粉末未达到熔融状态，则升温至500℃再进行保温，直到混合盐粉末完全熔融；

s22.然后将完全熔融的混合盐从马弗炉中取出，随即在室温下冷却，冷却后将固体混合物放入研磨设备内进行充分研磨，再次得到混合物粉末，最后使用差示扫描量热仪对混合粉末进行测试，测试结束后得到dsc曲线图。

优选的，所述热物性实验中使用氮气对混合盐粉末进行保护，使混合盐粉末中的亚硝酸钠不与氧气接触发生氧化。

本发明的有益效果在于：通过预热、储热与放热三个流程，可以将低浓度瓦斯进行预热，使其与反应温度一致，进而提高反应效率，然后通过将反应得到的高温烟气与熔盐进行换热，在热能过剩时将其储存在熔融盐内，最后在热能不足时，将高温熔融盐中的热能释放出来，实现热能的存储与合理分配利用，有效避免了热能的浪费，提高了热能的利用率，同时节约了能源，保护了大气环境。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明的流程框图；

图2为本发明的dsc曲线图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1-2

实施例1

基于瓦斯蓄热氧化的熔盐储热系统预热方法，包括以下步骤：

步骤一.预热：将瓦斯泵站排放的低浓度瓦斯与空气混合，然后将混合气体通入预热装置内进行预热，预热至反应起始温度后，将混合气体通入蓄热氧化装置的燃烧室内进行氧化反应，反应的同时产生高温烟气；

步骤二.储热：然后将高温烟气通入熔盐换热器内，通过高温烟气与熔盐流向逆转，并依靠高温烟气的流速与反应热波移动速度的差异，使高温烟气与熔盐之间进行热量传递，即与来自低温熔盐罐的低温熔盐进行换热，同时对低温熔盐进行加热熔融，得到高温熔融盐，最后将高温熔融盐注入至熔盐罐内进行储存；

步骤三.放热：在用能高峰期时，开启高温放热熔盐泵，将高温熔融盐注入热风换热器中与经过空气预热器的热风进行换热，得到高温热空气，然后与来自混兑风机的冷风进行混合，得到适用于井筒防冻的热空气。

本实施例中，优选的，步骤二储热中高温烟气的温度为950℃，通过熔盐换热器后，烟气温度降至240℃，然后被送往用能区域使用；

在熔盐换热器旁设置一台800kw的熔盐电加热器作为备用，在高温烟气不足时用于加热熔盐。

本实施例中，优选的，步骤三放热中需要对冷空气进行预热，从储热系统中的高温空气主管道抽出热空气作为热源预热冷空气，将冷空气预热至130℃后送往换热器与熔盐进行换热，得到350℃的高温空气，再与混兑风机的冷风进行混合，得到适用与井筒防冻的50℃热风。

本实施例中，优选的，步骤一预热中开启预热装置后，对进入的混合气体进行预热，然后升高预热装置的温度至1000℃，使混合气体中甲烷浓度大于0.3％的瓦斯气体完全被消耗。

本实施例中，优选的，步骤二储热之前将高温烟气通入过滤器内，将高温烟气中的灰尘杂质除去，同时在过滤器的排气管处设置检测仪对排出高温烟气中的粉尘杂质进行检测。

本实施例中，优选的，熔盐包括占总质量分数95％的基盐与5％的添加剂。

本实施例中，优选的，基盐包括占总质量分数53％的硝酸钾、7％的硝酸钠以及40％的亚硝酸钠，添加剂为碳酸钠。

本实施例中，优选的，熔盐的制备方法如下：

s11.称取占总量百分比为50.35％的硝酸钾、6.65％的硝酸钠、38％的亚硝酸钠以及5％碳酸钠备用；

s12.然后将称重好的硝酸钾、硝酸钠、亚硝酸钠以及碳酸钠依次放入研磨机内，研磨完成后将硝酸钾粉末、硝酸钠粉末、亚硝酸钠粉末以及碳酸钠粉末放入混料机内进行充分混合，得到混合盐粉末即为本熔盐。

本实施例中，优选的，s12后对熔盐粉末进行热物性实验，具体步骤如下：

s21.将混合盐粉末放入坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中进行加热，马弗炉的温度最初设为350℃，若混合盐粉末达到熔融状态则将其在350℃下保温3小时，若混合盐粉末未达到熔融状态，则升温至500℃再进行保温，直到混合盐粉末完全熔融；

s22.然后将完全熔融的混合盐从马弗炉中取出，随即在室温下冷却，冷却后将固体混合物放入研磨设备内进行充分研磨，再次得到混合物粉末，最后使用差示扫描量热仪对混合粉末进行测试，测试结束后得到dsc曲线图。

本实施例中，优选的，热物性实验中使用氮气对混合盐粉末进行保护，使混合盐粉末中的亚硝酸钠不与氧气接触发生氧化。

实施例2

基于瓦斯蓄热氧化的熔盐储热系统预热方法，包括以下步骤：

步骤一.预热：将瓦斯泵站排放的低浓度瓦斯与空气混合，然后将混合气体通入预热装置内进行预热，预热至反应起始温度后，将混合气体通入蓄热氧化装置的燃烧室内进行氧化反应，反应的同时产生高温烟气；

步骤二.储热：然后将高温烟气通入熔盐换热器内，通过高温烟气与熔盐流向逆转，并依靠高温烟气的流速与反应热波移动速度的差异，使高温烟气与熔盐之间进行热量传递，即与来自低温熔盐罐的低温熔盐进行换热，同时对低温熔盐进行加热熔融，得到高温熔融盐，最后将高温熔融盐注入至熔盐罐内进行储存；

步骤三.放热：在用能高峰期时，开启高温放热熔盐泵，将高温熔融盐注入热风换热器中与经过空气预热器的热风进行换热，得到高温热空气，然后与来自混兑风机的冷风进行混合，得到适用于井筒防冻的热空气。

本实施例中，优选的，步骤二储热中高温烟气的温度为850℃，通过熔盐换热器后，烟气温度降至250℃，然后被送往用能区域使用；

在熔盐换热器旁设置一台800kw的熔盐电加热器作为备用，在高温烟气不足时用于加热熔盐。

本实施例中，优选的，步骤三放热中需要对冷空气进行预热，从储热系统中的高温空气主管道抽出热空气作为热源预热冷空气，将冷空气预热至130℃后送往换热器与熔盐进行换热，得到350℃的高温空气，再与混兑风机的冷风进行混合，得到适用与井筒防冻的45℃热风。

本实施例中，优选的，步骤一预热中开启预热装置后，对进入的混合气体进行预热，然后升高预热装置的温度至850℃，使混合气体中甲烷浓度大于0.3％的瓦斯气体完全被消耗。

本实施例中，优选的，步骤二储热之前将高温烟气通入过滤器内，将高温烟气中的灰尘杂质除去，同时在过滤器的排气管处设置检测仪对排出高温烟气中的粉尘杂质进行检测。

本实施例中，优选的，熔盐包括占总质量分数95％的基盐与5％的添加剂。

本实施例中，优选的，基盐包括占总质量分数53％的硝酸钾、7％的硝酸钠以及40％的亚硝酸钠，添加剂为碳酸钠。

本实施例中，优选的，熔盐的制备方法如下：

s11.称取占总量百分比为50.35％的硝酸钾、6.65％的硝酸钠、38％的亚硝酸钠以及5％碳酸钠备用；

s12.然后将称重好的硝酸钾、硝酸钠、亚硝酸钠以及碳酸钠依次放入研磨机内，研磨完成后将硝酸钾粉末、硝酸钠粉末、亚硝酸钠粉末以及碳酸钠粉末放入混料机内进行充分混合，得到混合盐粉末即为本熔盐。

本实施例中，优选的，s12后对熔盐粉末进行热物性实验，具体步骤如下：

s21.将混合盐粉末放入坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中进行加热，马弗炉的温度最初设为350℃，若混合盐粉末达到熔融状态则将其在350℃下保温3小时，若混合盐粉末未达到熔融状态，则升温至500℃再进行保温，直到混合盐粉末完全熔融；

s22.然后将完全熔融的混合盐从马弗炉中取出，随即在室温下冷却，冷却后将固体混合物放入研磨设备内进行充分研磨，再次得到混合物粉末，最后使用差示扫描量热仪对混合粉末进行测试，测试结束后得到dsc曲线图。

本实施例中，优选的，热物性实验中使用氮气对混合盐粉末进行保护，使混合盐粉末中的亚硝酸钠不与氧气接触发生氧化。

本发明的工作原理及使用流程：

本基于瓦斯蓄热氧化的熔盐储热系统预热方法，通过预热、储热与放热三个流程，可以将低浓度瓦斯进行预热，使其与反应温度一致，进而提高反应效率，然后通过将反应得到的高温烟气与熔盐进行换热，在热能过剩时将其储存在熔融盐内，最后在热能不足时，将高温熔融盐中的热能释放出来，实现热能的存储与合理分配利用，有效避免了热能的浪费，提高了热能的利用率，同时节约了能源，保护了大气环境。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。