一种瓦斯煤矿三废热能发生装置及瓦斯煤矿三废综合治理方法

摘要

本发明公开了一种瓦斯煤矿三废热能发生装置及瓦斯煤矿三废综合治理方法，涉及瓦斯煤矿三废治理技术领域，以在降低瓦斯煤矿煤泥、矸石治理成本的前提下，解决瓦斯煤矿乏风治理过程中乏风利用率较低和乏风大量逃逸的问题。该瓦斯煤矿三废热能发生装置包括气化室、加压装置和换热装置；加压装置的入口与煤矿瓦斯管道相连通，加压装置的出口与换热装置的吸热侧的入口相连，换热装置的吸热侧的出口分别与乏风反应室的入口和气化室的入口相连，气化室的出口与乏风反应室的入口相连，乏风反应室的出口经换热装置的放热侧与外界连通。本发明提供的瓦斯煤矿三废热能发生装置及瓦斯煤矿三废综合治理方法用于煤矿三废的处理利用。

权利要求

1.一种瓦斯煤矿三废热能发生装置，其特征在于，包括用于使煤矿废渣气化的气化室，用于向煤矿废渣提供气化压力的加压装置，以及用于使乏风预热达到活性温度的换热装置；

所述加压装置的入口与煤矿瓦斯管道相连通，所述加压装置的出口与所述换热装置的吸热侧的入口相连，所述换热装置的吸热侧的出口分别与乏风反应室的入口和所述气化室的入口相连，所述气化室的出口与所述乏风反应室的入口相连，所述乏风反应室的出口经换热装置的放热侧与外界连通；

所述换热装置包括第一换热单元和第二换热单元；所述加压装置包括气体输送鼓风机和向煤矿废渣提供气化压力的加压鼓风机；其中，所述气体输送鼓风机的入口与所述煤矿瓦斯管道相连通，所述气体输送鼓风机的第一出口与所述第一换热单元的吸热侧入口相连，所述第一换热单元的吸热侧出口与所述乏风反应室的入口相连；

所述气体输送鼓风机的第二出口通过加压鼓风机与所述第二换热单元的吸热侧入口相连，所述第二换热单元的吸热侧出口与所述气化室的入口相连；所述乏风反应室的出口分别经所述第一换热单元的放热侧和所述第二换热单元的放热侧与外界连通；

所述第一换热单元的放热侧和所述第二换热单元的放热侧分别设有引风机和/或烟气处理装置。

2.根据权利要求1所述的瓦斯煤矿三废热能发生装置，其特征在于，所述换热装置还包括第一吸热单元和第二吸热单元；所述第一换热单元包括第一低温预热模块、第一中温预热模块、第一高温预热模块；所述第二换热单元包括第二低温预热模块、第二中温预热模块、第二高温预热模块；

所述第一低温预热模块与所述第一中温预热模块之间的管路，以及所述第二低温预热模块与所述第二中温预热模块之间的管路均设置所述第一吸热单元；

所述第一中温预热模块与所述第一高温预热模块之间的管路，以及所述第二中温预热模块与所述第二高温预热模块之间的管路均设置所述第二吸热单元。

3.根据权利要求2所述的瓦斯煤矿三废热能发生装置，其特征在于，

所述第一吸热单元为软水加热器；

所述第二吸热单元包括省煤器、蒸发器和蒸汽过热器。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的瓦斯煤矿三废热能发生装置，其特征在于，所述第一换热单元的吸热侧出口与所述乏风反应室的入口之间设有直接燃烧室；所述第一换热单元的吸热侧出口分别与所述乏风反应室的入口和所述直接燃烧室的第一入口相连，所述气化室的出口与所述直接燃烧室的第二入口相连，所述直接燃烧室的出口与所述乏风反应室的入口相连。

5.根据权利要求1所述的瓦斯煤矿三废热能发生装置，其特征在于，所述煤矿瓦斯管道通过混合装置与所述加压装置的入口相连；所述煤矿瓦斯管道包括乏风管道和超低浓度瓦斯管道，所述乏风管道的出口与所述混合装置的第一入口相连，所述超低浓度瓦斯管道的出口与所述混合装置的第二入口相连；其中，所述超低浓度瓦斯是指煤矿所产生的甲烷浓度介于0.75％～6％之间的瓦斯。

6.根据权利要求5所述的瓦斯煤矿三废热能发生装置，其特征在于，所述瓦斯煤矿三废热能发生装置还包括信号采集单元和电子控制单元；其中，所述信号采集单元包括第一瓦斯浓度传感器、第二瓦斯浓度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器以及换热出口温度传感器；所述第一瓦斯浓度传感器、第二瓦斯浓度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器以及换热出口温度传感器分别与电子控制单元信号连接；

所述第一瓦斯浓度传感器设在超低浓度瓦斯管道上，第二瓦斯浓度传感器设在所述混合装置的出口处；所述第一压力传感器设在所述加压装置的入口处，所述第二压力传感器设在所述加压装置的出口处；所述换热出口温度传感器设在所述换热装置的出口处；

所述电子控制单元根据接收到的所述第一瓦斯浓度传感器采集的超低浓度瓦斯的浓度信号和所述第二瓦斯浓度传感器采集的乏风的浓度信号，输出控制指令调整所述超低浓度瓦斯的输入流量；

所述电子控制单元根据接收到的所述第一压力传感器和所述第二压力传感器采集的乏风的压力信号，输出控制指令调整所述加压装置的施加压力；

所述电子控制单元根据接收到的所述换热出口温度传感器采集的乏风的温度信号，输出控制指令调整所述换热装置的输入热源的流量。

7.一种瓦斯煤矿三废综合治理方法，其特征在于，使用权利要求1或5所述的瓦斯煤矿三废热能发生装置，所述瓦斯煤矿三废综合治理方法包括：步骤一、煤矿瓦斯管道输出的乏风通过所述加压装置和所述换热装置的吸热侧；所述乏风的压力在所述加压装置被加压到所述煤矿废渣气化所需的气化压力，所述乏风的温度在所述换热装置的吸热侧被预热到活性温度，得到加压预热乏风；

步骤二、所述加压预热乏风分为两路，第一路加压预热乏风进入所述乏风反应室，第二路加压预热乏风进入所述气化室；

所述第二路加压预热乏风向所述气化室内的煤矿废渣提供气化所需的气化压力，所述气化室给所述煤矿废渣提供气化所需的气化温度，以所述第二路加压预热乏风作为所述煤矿废渣气化所需的气化剂，使所述煤矿废渣气化为高温煤气，将所述高温煤气输送到所述乏风反应室；

所述第一路加压预热乏风在所述乏风反应室内与所述高温煤气进行燃烧，生成高温烟气；

步骤三、所述高温烟气通过所述换热装置的放热侧放热，使所述乏风通过所述换热装置的吸热侧时吸收所述高温烟气中含有的热量，所述高温烟气在所述换热装置的放热侧放热后向外界排出。

8.根据权利要求7所述的瓦斯煤矿三废综合治理方法，其特征在于，

所述步骤一包括：

所述煤矿瓦斯管道输出的乏风通过所述气体输送鼓风机；

所述气体输送鼓风机将所述乏风输送给所述第一换热单元的吸热侧，所述第一换热单元的吸热侧对所述乏风进行预热后，将得到的低压预热乏风作为第一路加压预热乏风输送到所述乏风反应室中；

所述气体输送鼓风机将所述乏风输送给所述加压鼓风机，所述加压鼓风机对所述乏风进行加压，使所述乏风的压力达到所述煤矿废渣气化所需的气化压力后，将得到的高压乏风输送给所述第二换热单元的吸热侧；所述第二换热单元的吸热侧对所述高压乏风进行预热，将得到的高压预热乏风作为第二路加压预热乏风输送到所述气化室中。

9.根据权利要求8所述的瓦斯煤矿三废综合治理方法，其特征在于，

所述第一换热单元的吸热侧出口与所述乏风反应室的入口之间设有直接燃烧室；所述第一换热单元的吸热侧出口分别与所述乏风反应室的入口和所述直接燃烧室的第一入口相连，所述气化室的出口与所述直接燃烧室的第二入口相连，所述直接燃烧室的出口与所述乏风反应室的入口相连；

所述第一换热单元的吸热侧将第一路加压预热乏风分别输送到所述乏风反应室和所述直接燃烧室中，所述气化室将所述高温煤气输送到所述直接燃烧室中，所述高温煤气和所述第一路加压预热乏风在所述直接燃烧室内燃烧，以生成高温烟气；所述直接燃烧室将所述高温烟气输送至所述乏风反应室。

说明书

一种瓦斯煤矿三废热能发生装置及瓦斯煤矿三废综合治理

方法

技术领域

[0001] 本发明涉及瓦斯煤矿三废治理技术领域，尤其涉及一种瓦斯煤矿三废热能发生装置及瓦斯煤矿三废综合治理方法。

背景技术

[0002] 在现代的瓦斯煤矿工业生产过程中，一般会产生乏风、煤泥和矸石这些废料，其被统称为“煤矿三废”；其中，煤泥、矸石因其热值低且价格低廉，常被远距离运输到洗煤厂或砖厂、水泥厂等进行处理利用，但是在这个过程中，其远距离的运输会增大成本，其运费可能也远远大于煤泥、矸石的出厂价格，此外，若煤泥、矸石长时间存放于瓦斯煤矿，也会增加一定的存放成本；而乏风是指煤矿所产生的甲烷浓度低于0.75％的瓦斯，其经常以余热回收的方式被加以利用，以处理其中所含有的甲烷，减少乏风直接排放到空气中所造成的温室气体污染。

[0003] 逆流蓄热式乏风氧化装置是一种常见的乏风余热回收装置，乏风余热回收装置又可以称为热能发生装置，其工作原理是通过蓄热氧化炉对乏风进行氧化，乏风氧化所产生的热量一部分用于维持蓄热氧化炉的自热平衡，另一部分通过热交换的方式得到回收。但是，在逆流蓄热式乏风氧化装置进行逆流转换换向的过程中，部分乏风发生逃逸，使得乏风不能得到完全有效的处理，因此，通过逆流蓄热式乏风氧化装置进行乏风余热回收时，乏风的利用率偏低。此外，逆流蓄热式乏风氧化装置进行乏风余热回收存在一定的条件限制，当乏风中的甲烷浓度达不到预设值时，逆流蓄热式乏风氧化装置会停止工作，而使大量乏风直接排入空气中。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种瓦斯煤矿三废热能发生装置及瓦斯煤矿三废综合治理方法，以在降低瓦斯煤矿煤泥、矸石治理成本的前提下，解决瓦斯煤矿乏风治理过程中乏风利用率较低和乏风大量逃逸的问题。

[0005] 为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

[0006] 一种瓦斯煤矿三废热能发生装置，包括用于使煤矿废渣气化的气化室，用于向煤矿废渣提供气化压力的加压装置，以及用于使乏风预热达到活性温度的换热装置；加压装置的入口与煤矿瓦斯管道相连通，加压装置的出口与换热装置的吸热侧的入口相连，换热装置的吸热侧的出口分别与乏风反应室的入口和气化室的入口相连，气化室的出口与乏风反应室的入口相连，乏风反应室的出口经换热装置的放热侧与外界连通。

[0007] 与现有技术相比，本发明提供的瓦斯煤矿三废热能发生装置具有如下有益效果：

[0008] 本发明提供的瓦斯煤矿三废热能发生装置中，煤矿瓦斯管道依次与加压装置和换热装置的吸热侧相连，使得煤矿瓦斯管道输出的乏风能够通过加压装置加压，通过换热装置的吸热侧预热而得到加压预热乏风，而换热装置的吸热侧又分别与乏风反应室的入口和气化室的入口相连，且气化室的出口与乏风反应室的入口相连，因此，加压预热乏风可以分为两路，一路作为气化剂在气化室使煤矿废渣气化为高温煤气，另一路进入乏风反应室与来自气化室的高温煤气燃烧，生成高温烟气；而乏风反应室的出口经换热装置的放热侧与外界连通，这样高温烟气就可以经换热装置的放热侧放热实现余热回收；可见，加压预热乏风可以分为两路，在乏风反应室燃烧的同时，又在气化室中作为气化剂实现煤矿废渣的气化形成高温煤气，进而在乏风反应室中向乏风提供燃烧所需的高温环境，实现助燃乏风的目的，以达到对乏风的综合利用；而且，由于乏风进入气化室的部分即使没有被完全消耗，也能够在后续的乏风反应室中充分燃烧，这样就能提高乏风的利用效率。

[0009] 另外，由于加压预热乏风作为气化剂时，煤矿废渣气化形成的高温煤气能够在乏风反应室中为乏风燃烧提供高温环境，起到助燃乏风的目的，极大的提高了乏风在乏风反应室中燃烧稳定性，避免了因乏风燃烧不稳定所导致的乏风反应室停止工作的问题，这样就能降低乏风逃逸的可能性。

[0010] 需要说明的是，上述煤矿废渣是指瓦斯煤矿工业生产过程中产生的煤泥和矸石这些废料。通过对煤矿废渣煤泥和矸石的有效利用，可以就地销毁煤矿废渣，省掉煤矿废渣的存放和运输成本，从而减少资本投入，降低瓦斯煤矿煤泥、矸石的治理成本。而且将煤矿废渣气化为高温煤气与乏风进行燃烧，以生成高温烟气换热，可以在煤矿废渣热值较低的情况下完成对煤矿废渣的有效利用，使煤矿废渣提纯出可燃物而燃烧放热，增加瓦斯煤矿三废热能发生装置的总热能输出。

[0011] 本发明还提供了一种瓦斯煤矿三废综合治理方法，包括如下步骤：

[0012] 步骤一、煤矿瓦斯管道输出的乏风通过加压装置和换热装置的吸热侧；乏风的压力在加压装置被加压到煤矿废渣气化所需的气化压力，乏风的温度在换热装置的吸热侧被预热到活性温度，得到加压预热乏风；

[0013] 步骤二、加压预热乏风分为两路，第一路加压预热乏风进入乏风反应室，第二路加压预热乏风进入气化室；

[0014] 第二路加压预热乏风向气化室内的煤矿废渣提供气化所需的气化压力，气化室给煤矿废渣提供气化所需的气化温度，以第二路加压预热乏风作为煤矿废渣气化所需的气化剂，使煤矿废渣气化为高温煤气，将高温煤气输送到乏风反应室；

[0015] 第一路加压预热乏风在乏风反应室内与高温煤气进行燃烧，生成高温烟气；

[0016] 步骤三、高温烟气通过换热装置的放热侧放热，使乏风通过换热装置的吸热侧时吸收高温烟气中含有的热量，高温烟气在换热装置的放热侧放热后向外界排出。

[0017] 与现有技术相比，本发明提供的瓦斯煤矿三废综合治理方法所能实现的有益效果，与上述技术方案提供的瓦斯煤矿三废热能发生装置所能达到的有益效果相同，在此不做赘述。

附图说明

[0018] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0019] 图1为本发明实施例的结构示意图一；

[0020] 图2为本发明实施例的结构示意图二；

[0021] 图3为本发明实施例的换热装置的结构示意图。

[0022] 附图标记：

[0023] 20-混合装置，                  30-加压装置，

[0024] 31-气体输送鼓风机，            32-加压鼓风机，

[0025] 40-换热装置，                  41-第一低温预热模块，

[0026] 42-第一中温预热模块，          43-第一高温预热模块，

[0027] 44-第二低温预热模块，          45-第二中温预热模块，

[0028] 46-第二高温预热模块，          47-第一吸热单元，

[0029] 48-第二吸热单元，              50-直接燃烧室，

[0030] 60-气化室，                    70-乏风反应室，

[0031] 80-烟气处理装置，              90-引风机，

[0032] 100-电子控制单元，             101-第一瓦斯浓度传感器，

[0033] 102-第二瓦斯浓度传感器，       103-第一压力传感器，

[0034] 104-第二压力传感器，           105-换热出口温度传感器。

具体实施方式

[0035] 为便于理解，下面结合说明书附图，对本发明实施例提供的瓦斯煤矿三废热能发生装置及瓦斯煤矿三废综合治理方法进行详细描述。

[0036] 参阅图1，本发明实施例提供的瓦斯煤矿三废热能发生装置包括：用于使煤矿废渣气化的气化室60，用于向煤矿废渣提供气化压力的加压装置30，以及用于使乏风预热达到活性温度的换热装置40；加压装置30的入口与煤矿瓦斯管道相连通，加压装置30的出口与换热装置40的吸热侧的入口相连，换热装置40的吸热侧的出口分别与乏风反应室70的入口和气化室60的入口相连，气化室60的出口与乏风反应室70的入口相连，乏风反应室70的出口经换热装置40的放热侧与外界连通。

[0037] 回收余热时，煤矿瓦斯管道输出的乏风通过加压装置30和换热装置40的吸热侧；乏风的压力在加压装置30被加压到煤矿废渣气化所需的气化压力，乏风的温度在换热装置
40的吸热侧被预热到活性温度，得到加压预热乏风；加压预热乏风分为两路，第一路加压预热乏风进入乏风反应室70，第二路加压预热乏风进入气化室60；第二路加压预热乏风向气化室60内的煤矿废渣提供气化所需的气化压力，气化室60给煤矿废渣提供气化所需的气化温度，以第一路加压预热乏风作为煤矿废渣气化所需的气化剂，使煤矿废渣气化为高温煤气，将高温煤气输送到乏风反应室70；第一路加压预热乏风在乏风反应室70内与高温煤气进行燃烧，生成高温烟气；高温烟气通过换热装置40的放热侧放热，使乏风通过换热装置40的吸热侧时吸收高温烟气中含有的热量，高温烟气在换热装置40的放热侧放热后向外界排出。

[0038] 通过上述回收余热过程可知，煤矿瓦斯管道依次与加压装置30和换热装置40的吸热侧相连，使得煤矿瓦斯管道输出的乏风能够通过加压装置30加压，通过换热装置40的吸热侧预热而得到加压预热乏风，而换热装置40的吸热侧又分别与乏风反应室70的入口和气化室60的入口相连，且气化室60的出口与乏风反应室70的入口相连，因此，加压预热乏风可以分为两路，一路作为气化剂在气化室60使煤矿废渣气化为高温煤气，另一路进入乏风反应室70与来自气化室60的高温煤气燃烧，生成高温烟气；而乏风反应室70的出口经换热装置40的放热侧与外界连通，这样高温烟气就可以经换热装置40的放热侧放热实现余热回收；可见，加压预热乏风可以分为两路，在乏风反应室70燃烧的同时，又在气化室60中作为气化剂实现煤矿废渣的气化形成高温煤气，进而在乏风反应室70中向乏风提供燃烧所需的高温环境，实现助燃乏风的目的，以达到对乏风的综合利用；而且，由于乏风进入气化室60的部分即使没有被完全消耗，也能够在后续的乏风反应室70中充分燃烧，这样就能提高乏风的利用效率。

[0039] 另外，由于加压预热乏风作为气化剂时，煤矿废渣气化形成的高温煤气能够在乏风反应室70中为乏风燃烧提供高温环境，起到助燃乏风的目的，极大的提高了乏风在乏风反应室70中燃烧稳定性，避免了因乏风燃烧不稳定所导致的乏风反应室70停止工作的问题，这样就能降低乏风逃逸的可能性。

[0040] 而且，煤矿废渣气化形成的高温煤气能够在乏风反应室70中为乏风燃烧提供高温环境，可使乏风反应室70内的加压预热乏风全部进行燃烧，其中包括加压预热乏风中相对温度较低而比较不容易燃烧的部分乏风。

[0041] 需要说明的是，上述煤矿废渣是指瓦斯煤矿工业生产过程中产生的煤泥和矸石这些废料。通过对煤矿废渣煤泥和矸石的有效利用，可以就地销毁煤矿废渣，省掉煤矿废渣的存放和运输成本，从而减少资本投入，降低瓦斯煤矿煤泥、矸石的治理成本。而且将煤矿废渣气化为高温煤气与乏风进行燃烧，以生成高温烟气换热，可以在煤矿废渣热值较低的情况下完成对煤矿废渣的有效利用，使煤矿废渣提纯出可燃物而燃烧放热，增加瓦斯煤矿三废热能发生装置的总热能输出。另外，上述实施例中提到的煤矿废渣除了是瓦斯煤矿工业生产过程中产生的煤泥和矸石这些废料外，还可以是能气化为可燃气体的其他废渣料，而不仅限于煤矿。

[0042] 值得注意的是，通常能被直接利用的煤矿其他浓度的瓦斯，由于受其瓦斯处理装置和处理条件的限制，有时难免会存在一些无法被平衡利用的多余瓦斯，为了实现煤矿瓦斯最大程度的利用，可将该部分多余瓦斯引入乏风反应室70中与乏风一起处理利用。

[0043] 需要说明的是，上述实施例中的加压装置30和换热装置40的安装顺序并无先后顺序的限定，因此，煤矿瓦斯管道先与换热装置40的吸热侧的入口相连，或煤矿瓦斯管道先与加压装置30的入口相连均可，只要将换热装置40的吸热侧和加压装置30串联在气化室60的入口，可以对煤矿瓦斯管道输出的乏风进行预热加压并输送到气化室60即可。

[0044] 上述实施例中的加压装置30和换热装置40可以采用常见的各种类型的加压装置和换热装置，也可以选用如图1中所含有的加压装置30和如图3所示的换热装置40，下面结合附图说明图1中所含有的加压装置30和图3所示的换热装置40的具体结构。

[0045] 请参阅图1和图3，该换热装置40包括第一换热单元和第二换热单元；加压装置30包括气体输送鼓风机31和向煤矿废渣提供气化压力的加压鼓风机32；其中，[0046] 气体输送鼓风机31的入口与煤矿瓦斯管道相连通，气体输送鼓风机31的第一出口与第一换热单元的吸热侧入口相连，第一换热单元的吸热侧出口与乏风反应室70的入口相连；气体输送鼓风机31的第二出口通过加压鼓风机32与第二换热单元的吸热侧入口相连，第二换热单元的吸热侧出口与气化室60的入口相连；乏风反应室70的出口分别经第一换热单元的放热侧和第二换热单元的放热侧与外界连通。

[0047] 具体实施时，煤矿瓦斯管道输出的乏风通过气体输送鼓风机31，气体输送鼓风机31将乏风输送给第一换热单元的吸热侧，第一换热单元的吸热侧对乏风进行预热后，将得到的低压预热乏风作为第一路加压预热乏风输送到乏风反应室70中；气体输送鼓风机31将乏风输送给加压鼓风机32，加压鼓风机32对乏风进行加压，使乏风的压力达到煤矿废渣气化所需的气化压力后，将得到的高压乏风输送给第二换热单元的吸热侧；第二换热单元的吸热侧对高压乏风进行预热，将得到的高压预热乏风作为第二路加压预热乏风输送到气化室60中。

[0048] 通过上述具体实施过程可知，进入气化室60的乏风除了要求预热到活性温度外，还因用于为煤矿废渣提供气化压力而对压力要求较高，故加压装置30将煤矿瓦斯管道输出的乏风分为两路：第一路乏风并不作加压处理，直接输送至换热装置40的第一换热单元进行预热；第二路乏风单独加压处理后输送至换热装置40的第二换热单元进行预热；因此，加压装置30通过对乏风分流而单独加压的设置，无需对全部的乏风进行加压，可以减小后续对大量高压乏风进行预热的危险，保证瓦斯煤矿三废热能发生装置的安全使用。

[0049] 需要说明的是，上述实施例中选用的气体输送鼓风机31的输出风量可远远大于设计要求风量，以在最短的时间内完成煤矿瓦斯浓度的调节，例如：经试验证明，在所选的气体输送鼓风机31的输出风量大于等于设计要求风量的两倍时，煤矿瓦斯浓度在瞬间变化3倍的情况下仍然能够得到快速调整，从而使瓦斯浓度稳定在瓦斯爆炸极限的下限值以下，可见，气体输送鼓风机31的最大输出风量可以不受设计要求风量的具体限制，但是得保证气体输送鼓风机31的最小输出风量能够满足系统使用要求，即达到设计要求风量。

[0050] 为了进一步回收高温烟气中所含有的热量，上述实施例中的换热装置40还可以包括第一吸热单元47和第二吸热单元48；第一换热单元包括第一低温预热模块41、第一中温预热模块42、第一高温预热模块43；第二换热单元包括第二低温预热模块44、第二中温预热模块45、第二高温预热模块46；第一低温预热模块41与第一中温预热模块42之间的管路，以及第二低温预热模块44与第二中温预热模块45之间的管路均设置第一吸热单元47；第一中温预热模块42与第一高温预热模块43之间的管路，以及第二中温预热模块45与第二高温预热模块46之间的管路均设置第二吸热单元48。

[0051] 在换热装置40的第一换热单元和第二换热单元中，根据不同的温度范围分别设置不同级别的预热模块，如低温预热模块、中温预热模块和高温预热模块，以便于乏风在通过换热装置40的第一换热单元和第二换热单元的吸热侧时，可跟随温度由低到高的变化而逐步回收流经换热装置40放热侧的高温烟气所含的热量，保证流经换热装置40放热侧的高温烟气所含的热量都能被有效利用，提高瓦斯煤矿三废热能发生装置的热效率；此外，在低温预热模块和中温预热模块之间的管路设置第一吸热单元47，在中温预热模块和高温预热模块之间的管路设置第二吸热单元48，第一吸热单元47和第二吸热单元48分别具有不同的温度要求，将二者设定在适合的温度范围内，以增加对流经换热装置40放热侧的高温烟气所含的热量的回收利用，进一步提高瓦斯煤矿三废热能发生装置的热效率。

[0052] 第一换热单元和第二换热单元可采用结构相同的换热装置，只需根据温度等级的不同而设计选用不同的材质以适应工作环境，例如：低温预热模块选用普通碳钢材质并进行适当的翅化，以解决由于换热温差大造成的换热面积和体积过大的问题；中温预热模块选用加以翅化的热管结构，热管结构中的热管是一种具有均温特性特殊材料且中空的金属管，其质轻，有优异的热超导性能；而高温预热模块选用耐高温的不锈钢材质的换热管、管道以及钢板组成。

[0053] 此外，换热装置40是否能够充分回收高温烟气途经低温预热模块阶段时的烟气余热，是提高整个瓦斯煤矿三废热能发生装置热效率的关键，例如：低温预热模块可采用分段式换热装置，使全部的烟气和乏风通过低温预热模块，最大程度的利用低温预热模块进行余热回收，降低高温烟气的排出温度，以提高换热装置40对高温烟气所含有热量的利用率。

[0054] 第一吸热单元47和第二吸热单元48的具体类型可按照实际需要设定，只要能合理有效的回收乏风反应室输出的高温烟气的热能即可。例如：第一吸热单元47可选择为软水加热器，以回收中温热量；第二吸热单元48包括省煤器、蒸发器和蒸汽过热器，以回收高温热量；具体而言，省煤器的出口与蒸发器的入口相连，蒸发器的出口与蒸汽过热器的入口相连，蒸汽过热器的出口与外界供热设备相连：省煤器通过吸收高温烟气所含的热量将流经省煤器的加压水流(由锅炉给水泵或其他给水装置提供)升温，然后将升温后的水输送至蒸发器；蒸发器通过对高温烟气所含热量的吸收，将水加热蒸发为水蒸汽，并输送至蒸汽过热器；蒸汽过热器通过对高温烟气所含热量的吸收，进一步对水蒸汽进行加热，最后将过热的水蒸汽输送至外界供热设备，以供使用。此外，上述产生的水蒸汽也可输送给蒸汽轮机用于发电使用。

[0055] 为了进一步提高乏风的利用率，上述实施例中的第一换热单元的吸热侧出口与乏风反应室70的入口之间设有直接燃烧室50；第一换热单元的吸热侧出口分别与乏风反应室70的入口和直接燃烧室50的第一入口相连，气化室60的出口与直接燃烧室50的第二入口相连，直接燃烧室50的出口与乏风反应室70的入口相连。

[0056] 具体实施时，第一换热单元的吸热侧将第一路加压预热乏风分别输送到乏风反应室70和直接燃烧室50中，气化室60将高温煤气输送到直接燃烧室50中，高温煤气和第一路加压预热乏风在直接燃烧室50内燃烧，以生成高温烟气；直接燃烧室50将高温烟气输送至乏风反应室70。

[0057] 通过上述具体实施过程可知，将第一路加压预热乏风分别输送到乏风反应室70和直接燃烧室50中，使进入直接燃烧室50的第一路加压预热乏风与高温煤气进行燃烧，然后将燃烧生成的高温烟气输送至乏风反应室70中提供稳定的高温环境，从而使进入乏风反应室70的第一路加压预热乏风在高温烟气提供的高温环境中可进行稳定反应；乏风在该余热回收系统中能实现两次燃烧，以保证全部的乏风都能被有效利用，并提高乏风处理利用后输出的热能。

[0058] 需要说明的是，为了使直接燃烧室50内预热低压乏风燃烧充分，直接燃烧室50中可设有环形布置的乏风分布通道。

[0059] 而为了保护环境和加快烟气的排空，在换热装置40的放热侧出口一般会设有引风机90和/或烟气处理装置80，以利用引风机90加快烟气排放流通，利用烟气处理装置80可对烟气净化处理和回收利用。另外，引风机90和烟气处理装置80可择一使用，也可同时使用；当引风机90和烟气处理装置80同时使用时，二者的安装顺序并不作限定，可根据现场的实际情况选择并联或串联安装。

[0060] 考虑到煤矿生产中形成的超低浓度瓦斯由于目前无法被利用，只能通过稀释而归于乏风，作为乏风进行处理利用，此处的超低浓度瓦斯是指煤矿所产生的甲烷浓度介于0.75％～6％之间的瓦斯。

[0061] 而为了稀释超低浓度瓦斯，以对超低浓度瓦斯实现有效利用，上述实施例中的瓦斯煤矿三废热能发生装置还包括有混合装置20，煤矿瓦斯管道通过混合装置20与加压装置30的入口相连；煤矿瓦斯管道包括乏风管道和超低浓度瓦斯管道，乏风管道的出口与混合装置20的第一入口相连，超低浓度瓦斯管道的出口与混合装置20的第二入口相连。

[0062] 乏风管道输出的乏风和超低浓度瓦斯管道输出的超低浓度瓦斯分别通过第一入口和第二入口进入混合装置20，且混合装置20中超低浓度瓦斯的含量最好远远小于乏风的含量，以保证超低浓度瓦斯与乏风混合后形成的混合气体中，甲烷的浓度可被稀释至0.75％以下，而使该混合气体可作为乏风利用；可见，本发明实施例将超低浓度瓦斯和乏风进行混合稀释后可使该混合气体作为乏风直接利用，增加了可利用乏风的总量，并实现超低浓度瓦斯的有效利用。

[0063] 需要补充的是，上述实施例中的混合装置20的结构多种多样，例如：混合装置中设置有环翼喷流混合构件和旋流导流构件，环翼喷流混合构件包括旋流配风构件和环翼喷流构件，以利用环翼喷流构件向混合装置中喷流超低浓度瓦斯的同时，利用旋流配风构件将乏风导入混合装置中，以实现乏风和超低浓度瓦斯的均匀混合，从而使超低浓度瓦斯的稀释，并通过旋流导流构件将作为乏风的稀释后低浓度瓦斯导入加压装置30中。另外，经试验证明，旋流导流构件可以防止煤矿瓦斯管道及混合装置20因部分气体流动不畅所引起的瓦斯浓度富集。

[0064] 而为了实现瓦斯煤矿三废热能发生装置的自动化控制，参阅图2，上述实施例还包括信号采集单元和电子控制单元100；其中，

[0065] 信号采集单元包括第一瓦斯浓度传感器101、第二瓦斯浓度传感器102、第一压力传感器103、第二压力传感器104以及换热出口温度传感器105；第一瓦斯浓度传感器101、第二瓦斯浓度传感器102、第一压力传感器103、第二压力传感器104以及换热出口温度传感器105分别与电子控制单元100信号连接。

[0066] 第一瓦斯浓度传感器101设在超低浓度瓦斯管道上，第二瓦斯浓度传感器102设在混合装置20的出口处，电子控制单元100根据接收到的第一瓦斯浓度传感器采集的超低浓度瓦斯的浓度信号和第二瓦斯浓度传感器采集的乏风的浓度信号，输出控制指令调整所述超低浓度瓦斯的输入流量；具体控制时，电子控制单元100输出的控制指令可由第一瓦斯浓度传感器和第二瓦斯浓度传感器自带的调节器执行，也可由设置在超低浓度瓦斯管道上的调节器执行；在本实施例中，控制超低浓度瓦斯流量的调节器优选用阀门，通过电子控制单元100控制阀门的开合，可实时对超低浓度瓦斯管道进行调控，防止超低浓度瓦斯的瓦斯浓度超过系统要求，且保证超低浓度瓦斯和乏风混合后输出的瓦斯浓度位于瓦斯爆炸浓度限值以下。

[0067] 第一压力传感器103设在加压装置30的入口处，第二压力传感器104设在加压装置30的出口处；电子控制单元100根据接收到的第一压力传感器103和第二压力传感器104采集的乏风的压力信号，输出控制指令调整加压装置30的施加压力；具体控制时，电子控制单元100输出的控制指令具体可由第一压力传感器103和第二压力传感器104自带的调节器执行，也可由设置在加压装置30上的调节器执行；在本实施例中，通过电子控制单元100控制第一压力传感器103和第二压力传感器104自带的调节器，调控加压装置30的输出功率，从而实现加压装置30施加压力的调控，保证输出乏风的压力可满足系统使用要求。

[0068] 换热出口温度传感器105设在换热装置40的出口处；电子控制单元100根据接收到的换热出口温度传感器105采集的乏风的温度信号，输出控制指令调整换热装置40的输入热源的流量；具体控制时，由于本实施例中的换热装置40包括第一换热单元和第二换热单元，因此分别在第一换热单元和第二换热单元的出口设置温度传感器，用于采集通过换热装置40预热后输出的两路乏风的温度信号，并发送到电子控制单元100；电子控制单元100对该两路乏风的温度信号进行判断，并根据该两路乏风的温度是否达到活性温度的判断情况，输出控制指令调整换热装置40的输入热源的流量，即控制进入换热装置40的高温烟气的流量，以保证换热装置40预热后输出的乏风的温度已达到系统使用要求。

[0069] 信号采集单元中还可以包括其他多个温度传感器、浓度传感器或压力传感器等，这些传感器可根据实际需要安装在上述瓦斯煤矿三废热能发生装置的任意组成装置中，用于采集需要的信号发送到电子控制单元100中，然后由电子控制单元100对接收到的信号进行判断，并输出控制指令对应进行调控。例如，为了保证直接燃烧室50内预热低压乏风和高温煤气的稳定燃烧，在直接燃烧室50中设有温度传感器，根据该温度传感器采集到的温度信号，电子控制单元100对进入直接燃烧室50的预热低压乏风的输送量进行调控；为了保证乏风反应室70内的温度在安全温度范围内，在乏风反应室70的顶部设有温度传感器，根据该温度传感器采集到的温度信号，电子控制单元100对进入乏风反应室70的预热低压乏风的输送量进行调控。

[0070] 为了保证煤矿瓦斯和乏风处理利用过程中的安全，瓦斯煤矿三废热能发生装置还包括有多个防爆门，按照实际需要设置在该瓦斯煤矿三废热能发生装置的各处。

[0071] 本发明实施例还提供了一种瓦斯煤矿三废综合治理方法，用于使用上述瓦斯煤矿三废热能发生装置，该瓦斯煤矿三废综合治理方法包括：

[0072] 步骤一、煤矿瓦斯管道输出的乏风通过加压装置30和换热装置40的吸热侧；乏风的压力在加压装置30被加压到煤矿废渣气化所需的气化压力，乏风的温度在换热装置40的吸热侧被预热到活性温度，得到加压预热乏风；

[0073] 步骤二、加压预热乏风分为两路，第一路加压预热乏风进入乏风反应室70，第二路加压预热乏风进入气化室60；

[0074] 第二路加压预热乏风向气化室60内的煤矿废渣提供气化所需的气化压力，气化室给煤矿废渣提供气化所需的气化温度，以第二路加压预热乏风作为煤矿废渣气化所需的气化剂，使煤矿废渣气化为高温煤气，将高温煤气输送到乏风反应室70；

[0075] 第一路加压预热乏风在乏风反应室70内与高温煤气进行燃烧，生成高温烟气；

[0076] 步骤三、高温烟气通过换热装置40的放热侧放热，使乏风通过换热装置40的吸热侧时吸收高温烟气中含有的热量，高温烟气在换热装置40的放热侧放热后向外界排出。

[0077] 与现有技术相比，本发明实施例提供的瓦斯煤矿三废综合治理方法所能实现的有益效果，与上述技术方案提供的瓦斯煤矿三废热能发生装置所能达到的有益效果相同，在此不做赘述。

[0078] 采用上述实施例中提到的瓦斯煤矿三废热能发生装置，当换热装置40包括第一换热单元和第二换热单元；加压装置30包括气体输送鼓风机31和向煤矿废渣提供气化压力的加压鼓风机32时；其中，

[0079] 气体输送鼓风机31的入口与煤矿瓦斯管道相连通，气体输送鼓风机31的第一出口与第一换热单元的吸热侧入口相连，第一换热单元的吸热侧出口与乏风反应室70的入口相连；

[0080] 气体输送鼓风机31的第二出口通过加压鼓风机32与第二换热单元的吸热侧入口相连，第二换热单元的吸热侧出口与气化室60的入口相连；乏风反应室70的出口分别经第一换热单元的放热侧和第二换热单元的放热侧与外界连通；

[0081] 步骤一包括：

[0082] 煤矿瓦斯管道输出的乏风通过气体输送鼓风机31；

[0083] 气体输送鼓风机31将乏风输送给第一换热单元的吸热侧，第一换热单元的吸热侧对乏风进行预热后，将得到的低压预热乏风作为第一路加压预热乏风输送到乏风反应室70中；

[0084] 气体输送鼓风机31将乏风输送给加压鼓风机32，加压鼓风机32对乏风进行加压，使乏风的压力达到煤矿废渣气化所需的气化压力后，将得到的高压乏风输送给第二换热单元的吸热侧；第二换热单元的吸热侧对高压乏风进行预热，将得到的高压预热乏风作为第二路加压预热乏风输送到气化室60中。

[0085] 采用上述实施例中提到的瓦斯煤矿三废热能发生装置，当第一换热单元的吸热侧出口与乏风反应室70的入口之间设有直接燃烧室50时；第一换热单元的吸热侧出口分别与乏风反应室70的入口和直接燃烧室50的第一入口相连，气化室60的出口与直接燃烧室50的第二入口相连，直接燃烧室50的出口与乏风反应室70的入口相连；

[0086] 第一换热单元的吸热侧将第一路加压预热乏风分别输送到乏风反应室70和直接燃烧室50中，气化室60将高温煤气输送到直接燃烧室50中，高温煤气和第一路加压预热乏风在直接燃烧室50内燃烧，以生成高温烟气；直接燃烧室50将高温烟气输送至乏风反应室70。

[0087] 在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0088] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。