專利名稱：一種煤礦低濃度瓦斯及乏風(fēng)瓦斯熱氧化發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種煤礦低濃度瓦斯及乏風(fēng)瓦斯熱氧化發(fā)電系統(tǒng)，尤其適用于對 煤礦瓦斯進行氧化并對反應(yīng)熱進行高效熱電的轉(zhuǎn)換。
背景技術(shù)：
在我國常規(guī)能源構(gòu)成中，煤炭資源總量約5. 57萬億噸，地下2000m以內(nèi)的瓦斯 (煤層氣)資源量約30 35萬億m3，有效開采和利用煤炭及瓦斯資源在我國國民經(jīng)濟發(fā) 展中的重要地位日益凸顯。瓦斯是一種與煤伴生的、不可再生的資源，同時瓦斯也是一種清 潔、高效的能源，其發(fā)熱量可達33. 5 36. 8MJ/m3，Im3瓦斯相當(dāng)于1. 3kg標準煤的發(fā)熱量， 并且其利用過程不會產(chǎn)生氮氧化合物及硫化物等有害物質(zhì)。我國50%以上的煤層為高瓦斯煤層，2009年我國煤礦生產(chǎn)過程中釋放的瓦斯總 量超過150億m3，但將近2/3的瓦斯則以乏風(fēng)的形式直接排入了大氣，既浪費了大量寶貴的 能源資源，也污染了大氣環(huán)境。更加重要的是，瓦斯(煤層氣)的溫室效應(yīng)是二氧化碳的21 倍，對臭氧層的破壞是(X)2的7倍。按照目前世貿(mào)組織中減排權(quán)購買價格，目前在國際碳匯 市場，每噸碳的減排量可以賣85元人民幣，每年150億m3瓦斯的減排和利用，可獲得170億 人民幣的收益。隨著《應(yīng)對氣候變換國家方案》的實施，我國的節(jié)能減排問題已成為現(xiàn)階段 的重要戰(zhàn)略任務(wù)。因此，煤礦瓦斯特別是乏風(fēng)瓦斯的綜合利用，不僅可以在瓦斯利用方面獲 得直接的經(jīng)濟收益，又可在節(jié)能減排方面獲得豐厚的回報。煤礦瓦斯的利用主要包括民用、發(fā)電、工業(yè)及化工燃料、燃氣車輛等，其中煤礦瓦 斯發(fā)電是煤礦瓦斯利用的主流發(fā)展方向。目前，對于中高濃度(> 30% )的煤礦瓦斯發(fā)電 技術(shù)，已比較成熟；對于10% 30%的低濃度煤礦瓦斯發(fā)電技術(shù)，山東勝動集團采用內(nèi)燃 式發(fā)電機組開展了一定的工作，在部分礦區(qū)進行了試點研究，盡管如此，目前大多礦區(qū)對該 濃度范圍的瓦斯仍以排空為主；而對于濃度在 10%的煤礦低濃度瓦斯在甚至濃度小 于的煤礦乏風(fēng)瓦斯發(fā)電技術(shù)，目前尚屬空白。由于煤礦低濃度瓦斯及乏風(fēng)瓦斯的特點(風(fēng)量大、瓦斯?jié)舛鹊颓也▌臃秶?，使 得傳統(tǒng)的燃燒技術(shù)特別是如何產(chǎn)生高品位電能方面存在較大困難。所以，煤礦低濃度瓦斯 (^30%)及乏風(fēng)瓦斯(< )用于發(fā)電至今尚未實現(xiàn)大范圍的應(yīng)用。
實用新型內(nèi)容技術(shù)問題本實用新型的目的在于克服已有技術(shù)中的不足，提供一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡 單、單機容量匹配合理、操作方便、效果好的煤礦低濃度瓦斯及乏風(fēng)瓦斯熱氧化發(fā)電系統(tǒng)及 方法。技術(shù)方案本實用新型的煤礦低濃度瓦斯及乏風(fēng)瓦斯熱氧化發(fā)電系統(tǒng)，包括瓦斯 氧化裝置、分別與瓦斯氧化裝置相連接的進、排氣裝置、循環(huán)水處理系統(tǒng)和與發(fā)電機相連的 螺桿式膨脹機；其中瓦斯氧化裝置包括多孔陶瓷氧化床、間隔平行排列在多孔陶瓷氧化 床上下部的多個內(nèi)置式換熱器，多孔陶瓷氧化床的中部設(shè)有至少一個氧化床啟動加熱器，多個內(nèi)置式換熱器的端口分別經(jīng)管線與循環(huán)水處理系統(tǒng)鍋筒和螺桿式膨脹機相連接；進、 排氣裝置包括分別與多孔陶瓷氧化床上下風(fēng)室相連通的進、排氣管，進、排氣管上分別連接 送、引氣風(fēng)機，送、引氣風(fēng)機經(jīng)四通換向閥與乏風(fēng)瓦斯氧化裝置相連；所述的水處理循環(huán)系 統(tǒng)包括鍋筒、與鍋筒給水泵管線相連的儲水箱，儲水箱上分別連接有與螺桿式膨脹機相連 的冷凝器、與給水泵相連的水處理器，儲水箱與鍋筒相連的管線上連有鍋筒給水泵，鍋筒出 口通向一個內(nèi)置式換熱器的管線上連有內(nèi)置式換熱器循環(huán)水泵。所述的螺桿式膨脹機為單螺桿式膨脹機或雙螺桿式膨脹機；所述的冷凝器為風(fēng)冷 式或水冷式冷凝器。有益效果1、采用多孔陶瓷氧化床作為氧化反應(yīng)器，不僅可以有效實現(xiàn)煤礦低濃度瓦斯及乏 風(fēng)瓦斯的過焓氧化，還有效拓展了煤礦瓦斯自維持穩(wěn)定氧化反應(yīng)的濃度極限；2、以單機容量較小的螺桿式膨脹機作為熱能與機械能轉(zhuǎn)換的裝置，可實現(xiàn)能量轉(zhuǎn) 換裝置與瓦斯氧化床的有效合理匹配，避免了傳統(tǒng)蒸汽透平機單機容量過大、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù) 雜而與低濃度煤礦瓦斯氧化裝置的不匹配。3、系統(tǒng)冷凝器既可采用水冷式，也可采用風(fēng)冷式，可因地制宜的選擇；作為工質(zhì)介 質(zhì)的水可采用循環(huán)利用的方式，有效的節(jié)約利用水資源。
附圖是本實用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖中1-進氣管，2-排氣管，3-送風(fēng)機，4.-引風(fēng)機，5-四通換向閥，6-多孔陶瓷氧 化床，7.-內(nèi)置式換熱器，8.-鍋筒，9-螺桿式膨脹機，10-發(fā)電機，11-冷凝器，12-給水泵， 13-水處理器，14-儲水箱，15-鍋筒給水泵，16-內(nèi)置式換熱器循環(huán)水泵，17-氧化床啟動加 熱器。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型的一個實施例作進一步的描述附圖所示，煤礦低濃度瓦斯及乏風(fēng)瓦斯熱氧化發(fā)電系統(tǒng)主要由瓦斯氧化裝置、分 別與瓦斯氧化裝置相連接的進、排氣裝置、循環(huán)水處理系統(tǒng)和與發(fā)電機10相連的螺桿式膨 脹機9構(gòu)成，其中瓦斯氧化裝置包括多孔陶瓷氧化床6、間隔平行排列在多孔陶瓷氧化床 6上下部的多個內(nèi)置式換熱器7，多孔陶瓷氧化床6的中部設(shè)有至少一個氧化床啟動加熱器 17,多個內(nèi)置式換熱器7的端口分別經(jīng)管線與循環(huán)水處理系統(tǒng)鍋筒8和螺桿式膨脹機9相 連接，螺桿式膨脹機9采用單螺桿式膨脹機或雙螺桿式膨脹機。多孔陶瓷氧化床6用于煤 礦低濃度瓦斯及乏風(fēng)瓦斯的氧化及氧化熱量的提取，螺桿式膨脹機9用于熱能與機械能的 轉(zhuǎn)換并帶動發(fā)電機10進行發(fā)電。進、排氣裝置包括分別與多孔陶瓷氧化床6上下風(fēng)室相連 通的進、排氣管1、2，進、排氣管1、2上分別連接送、引氣風(fēng)機3、4，送、引氣風(fēng)機3、4經(jīng)四通 換向閥5與乏風(fēng)瓦斯氧化裝置相連；所述的水處理循環(huán)系統(tǒng)包括鍋筒8、與鍋筒給水泵管線 相連的儲水箱14，儲水箱14上分別連接有與螺桿式膨脹機9相連的冷凝器11、與給水泵12 相連的水處理器13，冷凝器11采用風(fēng)冷式或水冷式冷凝器。儲水箱14與鍋筒8相連的管 線上連有鍋筒給水泵15，鍋筒8出口通向一個內(nèi)置式換熱器7的管線上連有內(nèi)置式換熱器循環(huán)水泵16。水處理器13及給水泵12、鍋筒給水泵15和內(nèi)置式換熱器循環(huán)水泵16用于 工作介質(zhì)水的凈化并實現(xiàn)在系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)。 工作原理采用煤礦低濃度瓦斯及乏風(fēng)瓦斯在多孔陶瓷氧化床6內(nèi)進行周期性往 復(fù)流動式的過焓氧化反應(yīng)，反應(yīng)熱由工作介質(zhì)水經(jīng)內(nèi)置式換熱器7進行提取，所產(chǎn)生的過 熱蒸汽進入螺桿式膨脹機9進行做功，將熱能轉(zhuǎn)換為機械能并帶動發(fā)電機進行發(fā)電。工作 時，先開啟加熱器17啟動多孔陶瓷氧化床6，將抽采的煤礦低濃度瓦斯及乏風(fēng)瓦斯由進風(fēng) 管1經(jīng)送風(fēng)機3加壓后送入多孔陶瓷氧化床6內(nèi)，通過控制四通換向閥5，使煤礦低濃度瓦 斯及乏風(fēng)瓦斯氣體在多孔陶瓷氧化床6內(nèi)周期性往復(fù)流動并發(fā)生過焓氧化反應(yīng)，從而維持 瓦斯氧化裝置自穩(wěn)定連續(xù)運行；氧化產(chǎn)生的高溫氣體經(jīng)內(nèi)置式換熱器7提取熱量后由引風(fēng) 機4從排氣管2排出；作為工質(zhì)的給水由給水泵12先經(jīng)水處理裝置13處理后進入儲水箱 14，再由鍋筒給水泵15加壓進入多孔陶瓷氧化床6的鍋筒8，在內(nèi)置式換熱器循環(huán)水泵16 的作用下工質(zhì)水進入多孔陶瓷氧化床6的內(nèi)置式換熱器7，所產(chǎn)生的蒸汽由鍋筒8內(nèi)的汽水 分離器分離后經(jīng)進一步過熱再進入螺桿式膨脹機9膨脹做功，將熱能轉(zhuǎn)換為機械能，從而 帶動發(fā)電機10進行發(fā)電，做功后的蒸汽經(jīng)冷凝器11冷凝后返回至儲水箱14以循環(huán)利用。
權(quán)利要求1.一種煤礦低濃度瓦斯及乏風(fēng)瓦斯熱氧化發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于它包括瓦斯氧化裝 置、分別與瓦斯氧化裝置相連接的進、排氣裝置、循環(huán)水處理系統(tǒng)和與發(fā)電機相連的螺桿式 膨脹機(9)；其中瓦斯氧化裝置包括多孔陶瓷氧化床(6)、間隔平行排列在多孔陶瓷氧化 床(6)上下部的多個內(nèi)置式換熱器(7)，多孔陶瓷氧化床(6)的中部設(shè)有至少一個氧化床 啟動加熱器(17)，多個內(nèi)置式換熱器(7)的端口分別經(jīng)管線與循環(huán)水處理系統(tǒng)鍋筒(8)和 螺桿式膨脹機(9)相連接；進、排氣裝置包括分別與多孔陶瓷氧化床(6)上下風(fēng)室相連通的 進、排氣管(1、2)，進、排氣管(1,2)上分別連接送、引氣風(fēng)機(3、4)，送、引氣風(fēng)機(3,4)經(jīng) 四通換向閥( 與乏風(fēng)瓦斯氧化裝置相連；所述的水處理循環(huán)系統(tǒng)包括鍋筒(8)、與鍋筒給 水泵管線相連的儲水箱(14)，儲水箱(14)上分別連接有與螺桿式膨脹機(9)相連的冷凝 器(11)、與給水泵(12)相連的水處理器(13)，儲水箱(14)與鍋筒(8)相連的管線上連有 鍋筒給水泵(15)，鍋筒(8)出口通向一個內(nèi)置式換熱器(7)的管線上連有內(nèi)置式換熱器循 環(huán)水泵(16)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦低濃度瓦斯及乏風(fēng)瓦斯熱氧化發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于 所述的螺桿式膨脹機(9)為單螺桿式膨脹機或雙螺桿式膨脹機。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦低濃度瓦斯及乏風(fēng)瓦斯熱氧化發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于 所述的冷凝器(11)為風(fēng)冷式或水冷式冷凝器。
專利摘要一種煤礦低濃度瓦斯及乏風(fēng)瓦斯熱氧化發(fā)電系統(tǒng)，主要由多瓦斯氧化裝置、水處理裝置、螺桿式膨脹機、發(fā)電機、冷凝器等設(shè)備組成。采用煤礦低濃度瓦斯及乏風(fēng)瓦斯在多孔陶瓷氧化床內(nèi)進行周期性往復(fù)流動式的過焓氧化反應(yīng)，反應(yīng)熱由工作介質(zhì)水經(jīng)內(nèi)置式換熱器進行提取，所產(chǎn)生的過熱蒸汽進入螺桿式膨脹機進行做功，將熱能轉(zhuǎn)換為機械能并帶動發(fā)電機進行發(fā)電。該系統(tǒng)及方法簡單、單機容量匹配合理、操作方便、使用效果好。
文檔編號E21F7/00GK201835858SQ20102055441
公開日2011年5月18日 申請日期2010年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者李慶釗, 林柏泉 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)