本发明属于煤层气利用，涉及一种低浓度煤层气安全氧化热能利用装置。
背景技术：
1、煤层气，作为一种重要的能源资源，其有效利用率在我国却相对较低。这主要是由于低浓度(低于10％)抽采煤层气的安全有效利用途径的缺失。这类煤层气的处理和利用面临多重挑战，尤其是在其浓度处于5％～15％的爆炸极限范围内时，安全隐患尤为突出。目前，业内常见的处理方式是将浓度10％以下的煤层气与空气混合稀释至1％的安全浓度后，采用蓄热氧化技术销毁。然而，此方法不仅需要大量的设备投资，而且处理效率相对较低，造成资源浪费。
2、针对这一现状，急需研发一种能够直接安全氧化5～10％浓度煤层气的装置，以提高能源利用效率。在此过程中，必须解决几个关键安全问题：首先是防止因煤层气气流速度过低导致的氧化回火；其次是避免因煤层气浓度和流量的波动导致的熄火，以及在熄火后煤层气在氧化室内积聚，遇到火源可能引发的爆炸；最后是解决氧化过程中热量过度集中，可能导致氧化器损坏的问题。
3、现有的技术方案未能有效解决上述问题，特别是在安全、效率和热能回收利用方面存在明显不足。因此，本发明旨在提供一种新型的煤层气安全氧化热能利用装置，旨在实现低浓度煤层气的安全、稳定氧化，并有效利用氧化过程中产生的热能，从而提升煤层气的利用率并保障操作过程的安全性。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低浓度煤层气安全氧化热能利用装置，以解决背景技术提出的问题。
2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、一种低浓度煤层气安全氧化热能利用装置，包括用于氧化煤层气的氧化装置、热能利用装置以及煤层气进气系统，所述热能利用装置邻接布置所述氧化装置的顶部且彼此连通，以便于对煤层气氧化后的热量进行热能利用，所述煤层气进气系统包括与所述氧化装置连通的进气管路，以向氧化装置中送入煤层气；
4、所述氧化装置为氧化炉，所述氧化炉包括氧化炉壳体、布置在所述氧化炉壳体内并与所述进气管路连接的金属纤维氧化器以及布置在所述氧化炉壳体内且位于金属纤维氧化器上方的碳化硅氧化器。
5、进一步地，所述煤层气进气系统还包括沿进气方向依次设置在进气管路上的切断阀、第一调节阀、水封罐、浓度传感器、流量计、放空管、第二调节阀、火焰传感器以及压力传感器。
6、进一步地，所述水封罐的顶部还设有泄爆片，
7、进一步地，在所述进气管路上还设有布置在所述火焰传感器两侧的阻火器。
8、进一步地，所述氧化炉还包括布置在金属纤维氧化器与碳化硅氧化器之间的点火器、火焰探针以及第一温度传感器，且所述火焰探针布置在点火器的上方。
9、进一步地，在所述氧化炉壳体上还设有吹扫口，所述吹扫口连接有吹扫风机，以向氧化炉壳体内进行吹扫。
10、进一步地，所述热能利用装置为换热器，所述换热器包括换热器壳体、布置在换热器壳体内的换热管，所述换热管具有贯穿换热器壳体的进水管和出水管，且所述进水管和出水管均设有第二温度传感器，在所述换热器中设有为所述换热管上方的第三温度传感器。
11、进一步地，还包括控制系统，所述控制系统包括plc控制模块，所述变频风机、切断阀、第一调节阀、浓度传感器、流量计、第二调节阀、火焰传感器、压力传感器、吹扫风机、点火器、火焰探针、第一温度传感器、第二温度传感器以及第三温度传感器均连接至plc控制模块，以实现对该低浓度煤层气安全氧化热能利用装置的自动控制。
12、进一步地，所述换热器壳体的底部通过法兰与所述氧化炉壳体的顶部连接并连通，以使得煤层气氧化后直接排入所述换热器中；
13、所述换热器壳体的顶部通过法兰连接并连通烟囱的底部，以使得煤层气氧化换热直接排入所述烟囱中。
14、进一步地，在所述烟囱的出口处设有防雨帽。
15、本发明的有益效果在于：
16、1、本发明提供的一种低浓度煤层气安全氧化热能利用装置，采用金属纤维氧化器和碳化硅氧化器相结合的结构形式进行煤层气的氧化，金属纤维氧化器能有效防止回火，碳化硅氧化器能将金属纤维氧化器没有氧化的煤层气氧化，防止煤层气在氧化炉内大量聚集，同时也能起到热量分散均匀的作用。
17、2、本发明采用氧化炉壳体与换热器壳体结合的一体式结构，并在换热器壳体顶部直接设置大直径烟囱，使得换热器尽量靠近氧化炉，将产生的热量尽快带走，防止氧化装置超温，也能减少整个炉体内部空间，尽量减少煤层气聚集的量，减少意外爆炸的能量；顶部的烟囱可以形成抽吸效益，如果煤层气在金属纤维和碳化硅氧化器上都意外熄火了，那么在烟囱的自然抽吸下，煤层气能很快排出氧化炉，防止过多的在氧化炉内聚集，同时打开氧化装置底部的吹扫风机，快速排出煤层气；并且，即使上述安全措施都失效，在氧化炉内发生了煤层气爆炸，氧化炉墙壁强度也足以支撑爆炸的冲击，烟囱相当于一个泄爆口，爆炸的能量能够快速从烟囱卸出。
18、3、通过在煤层气的进气管路上设置有水封罐、阻火器以及压力传感器，当金属纤维氧化器的金属纤维织物发生破损时，压力传感器压力会减少，可以提示更换金属丝网传感器；
19、当金属丝网破损而发生了回火时，有阻火器和水封罐两道安全防护装置，也能够防止火焰继续往泵房传播，从而阻断事故的发生。
20、4、本发明中，氧化装置、热能利用装置以及烟囱之间，以及各个管道口之间均采用法兰连接，使得检修和部件更换更加便捷。
21、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。
1.一种低浓度煤层气安全氧化热能利用装置，其特征在于：包括用于氧化煤层气的氧化装置、热能利用装置以及煤层气进气系统，所述热能利用装置邻接布置所述氧化装置的顶部且彼此连通，以便于对煤层气氧化后的热量进行热能利用，所述煤层气进气系统包括与所述氧化装置连通的进气管路，以向氧化装置中送入煤层气；
2.根据权利要求1所述的低浓度煤层气安全氧化热能利用装置，其特征在于：所述煤层气进气系统还包括沿进气方向依次设置在进气管路上的切断阀、第一调节阀、水封罐、浓度传感器、流量计、放空管、第二调节阀、火焰传感器以及压力传感器。
3.根据权利要求2所述的低浓度煤层气安全氧化热能利用装置，其特征在于：所述水封罐的顶部还设有泄爆片。
4.根据权利要求2所述的低浓度煤层气安全氧化热能利用装置，其特征在于：在所述进气管路上还设有布置在所述火焰传感器两侧的阻火器。
5.根据权利要求2所述的低浓度煤层气安全氧化热能利用装置，其特征在于：所述氧化炉还包括布置在金属纤维氧化器与碳化硅氧化器之间的点火器、火焰探针以及第一温度传感器，且所述火焰探针布置在点火器的上方。
6.根据权利要求5所述的低浓度煤层气安全氧化热能利用装置，其特征在于：在所述氧化炉壳体上还设有吹扫口，所述吹扫口连接有吹扫风机，以向氧化炉壳体内进行吹扫。
7.根据权利要求6所述的低浓度煤层气安全氧化热能利用装置，其特征在于：所述热能利用装置为换热器，所述换热器包括换热器壳体、布置在换热器壳体内的换热管，所述换热管具有贯穿换热器壳体的进水管和出水管，且所述进水管和出水管均设有第二温度传感器，在所述换热器中设有为所述换热管上方的第三温度传感器。
8.根据权利要求7所述的低浓度煤层气安全氧化热能利用装置，其特征在于：还包括控制系统，所述控制系统包括plc控制模块，所述变频风机、切断阀、第一调节阀、浓度传感器、流量计、第二调节阀、火焰传感器、压力传感器、吹扫风机、点火器、火焰探针、第一温度传感器、第二温度传感器以及第三温度传感器均连接至plc控制模块，以实现对该低浓度煤层气安全氧化热能利用装置的自动控制。
9.根据权利要求7～8任一项中所述的低浓度煤层气安全氧化热能利用装置，其特征在于：所述换热器壳体的底部通过法兰与所述氧化炉壳体的顶部连接并连通，以使得煤层气氧化后直接排入所述换热器中；
10.根据权利要求9所述的低浓度煤层气安全氧化热能利用装置，其特征在于：在所述烟囱的出口处设有防雨帽。
