CN109372601A - 一种回收利用通风瓦斯的分布式综合供能*** - Google Patents

一种回收利用通风瓦斯的分布式综合供能*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种回收利用通风瓦斯的分布式综合供能***，包括瓦斯掺混供给***、换向阀门组、通风瓦斯氧化装置、余热锅炉及蒸汽轮机发电供热***及烟气型吸收式制冷机制冷***；瓦斯掺混供给***通过换向阀门组与通风瓦斯氧化装置连接；通风瓦斯氧化装置通过高温引气管路与余热锅炉及蒸汽轮机发电供热***连接，用于通过余热锅炉及蒸汽轮机发电供热***进行供电及供热；通风瓦斯氧化装置通过高温引气支路与烟气型吸收式制冷机制冷***，用于通过烟气型吸收式制冷机制冷***进行供冷。本发明既解决了废气通风瓦斯的利用问题，提高了煤矿区矿井通风的积极性和安全意识，同时实现了能源回收利用，解决了孤岛型煤矿区的经济用能需求。

Description

一种回收利用通风瓦斯的分布式综合供能***
技术领域
本发明属于煤矿瓦斯减排以及分布式能源***领域，尤其涉及一种回收利 用通风瓦斯的分布式综合供能***。
背景技术
我国煤炭开采过程中排出的瓦斯总量超过200亿m3，其中70％是通过煤矿 通风瓦斯排出，其甲烷总量相当于西气东输一年的输气量。按照《煤矿安全规 程》规定，通风瓦斯浓度须低于0.75％，随着煤矿企业安全意识的不断提升， 煤矿在实际运行中，通常采用大功率通风机，使得通风井口的瓦斯浓度进一步 降低到0.3％以下。上述低浓度的通风瓦斯气体难以直接燃烧利用处理难度极 大。此外，煤矿区通常远离中心城区，大电网和集中热网解决煤矿区用能需求 的经济性不足，煤矿区在能源的需求和供给上呈现一种孤岛型式，因此，利用 煤矿开采过程中排放的大量的免费的瓦斯气体设计自给自足的冷热电联供***对煤矿而言意义重大。
蓄热氧化技术是目前处理通风瓦斯重要的、最具发展前景的技术。蓄热氧 化装置在实际运行中，通风瓦斯甲烷浓度过低且波动大，不利于氧化装置的稳 定运行；且考虑到冷、热、电等供能需求，通常在浓度极低的通风瓦斯气体中 掺混甲烷浓度较高的抽采瓦斯(8～30％)，保证瓦斯气体浓度维持在较稳定的数 值，瓦斯浓度提高后，氧化装置可产生可控的高温瓦斯温度和流量，在实现蓄 热氧化装置稳定运行基础上还有剩余热能可加以利用，其中，在氧化装置中加 装管式换热器加热热水是一种较为常见的方案，该方案对入口瓦斯浓度的稳定 性要求较高，通常只能运行在设计浓度及以下，瓦斯浓度波动升高时容易造成 管路烧蚀，并且这种方法不能实现烟温的梯级利用，多用于单一供热***。
发明内容
本发明的目的是提供一种回收利用通风瓦斯的分布式综合供能***，实现 对煤矿区排放的超低浓度通风瓦斯回收利用，减少温室气体排放，同时，通过 高温引气梯级利用实现***发电、供热和供冷的目的。
本发明提供了一种回收利用通风瓦斯的分布式综合供能***，包括瓦斯掺 混供给***、换向阀门组、通风瓦斯氧化装置、余热锅炉及蒸汽轮机发电供热 ***及烟气型吸收式制冷机制冷***；
瓦斯掺混供给***通过换向阀门组与通风瓦斯氧化装置连接，用于为通风 瓦斯氧化装置提供由抽采瓦斯与通风瓦斯掺混后的瓦斯气体；
通风瓦斯氧化装置通过高温引气管路与余热锅炉及蒸汽轮机发电供热*** 连接，用于通过高温引气提供热源给余热锅炉及蒸汽轮机发电供热***进行供 电及供热；
通风瓦斯氧化装置通过高温引气支路与烟气型吸收式制冷机制冷***，用 于通过高温引气提供热源给烟气型吸收式制冷机制冷***进行供冷。
进一步地，瓦斯掺混供给***包括抽采瓦斯管路、通风瓦斯管路及掺混装 置，抽采瓦斯管路的进端用于与抽采瓦斯泵站连接，并依次设有手动切断阀、 第一除尘脱水装置、快切阀门及流量调节阀；通风瓦斯管路的进端用于与通风 瓦斯出口连接，并设有电动开关蝶阀；抽采瓦斯管路及通风瓦斯管路的出端与 掺混装置的进端连接，掺混装置的出端通过第二除尘脱水装置与换向阀门组连 接。
进一步地，通风瓦斯氧化装置包括由隔热墙隔开的双侧蓄热室和燃烧室组 成，蓄热室填充有蜂窝型蓄热体。
进一步地，余热锅炉及蒸汽轮机发电供热***包括余热锅炉及蒸汽轮机， 余热锅炉的进端与高温引气管路连接，出端依次连接有手动切断阀、电动调节 阀及余热锅炉引风机；
蒸汽轮机通过蒸汽管路与余热锅炉连接，并通过与其连接的发电机进行供 电；蒸汽轮机通过蒸汽管路与换热站连接，通过换热站进行供热。
进一步地，蒸汽轮机采用凝汽式蒸汽轮机和背压式蒸汽轮机组合方式。
进一步地，通风瓦斯氧化装置通过换向阀门组连接排气管路，排气管路设 有引风机。
进一步地，烟气型吸收式制冷机制冷***包括烟气型吸收式制冷机，烟气 型吸收式制冷机的进端与高温引气支路及引冷排气管路连接；高温引气支路与 引冷排气管路相连，用于掺混形成烟气型吸收式制冷机所需温区的烟气；烟气 型吸收式制冷机的出端依次连接有手动切断阀、电动调节阀及制冷引风机；引 冷排气管路与排气管路连接，引冷排气管路设有电动调节阀。
进一步地，高温引气管路及高温引气支路由耐高温浇筑料浇筑而成，外部 设有保温层。
借由上述方案，通过回收利用通风瓦斯的分布式综合供能***，既解决了 废气通风瓦斯的利用问题，提高了煤矿区矿井通风的积极性和安全意识，同时 实现了能源回收利用，解决了孤岛型煤矿区的经济用能需求。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术 手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附 图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明一种回收利用通风瓦斯的分布式综合供能***的示意图；
图2为本发明一种回收利用通风瓦斯的分布式综合供能***通风瓦斯氧化 装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以 下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参图1及图2所示，本实施例提供了一种回收利用通风瓦斯的分布式综合 供能***，包括瓦斯掺混供给***、换向阀门组2、通风瓦斯氧化装置3、余热 锅炉及蒸汽轮机发电供热***及烟气型吸收式制冷机制冷***；
瓦斯掺混供给***通过换向阀门组2与通风瓦斯氧化装置3连接，用于为 通风瓦斯氧化装置3提供由抽采瓦斯与通风瓦斯掺混后的瓦斯气体；
通风瓦斯氧化装置3通过高温引气管路41与余热锅炉及蒸汽轮机发电供热 ***连接，用于通过高温引气提供热源给余热锅炉及蒸汽轮机发电供热***进 行供电及供热；
通风瓦斯氧化装置3通过高温引气支路51与烟气型吸收式制冷机制冷系 统，用于通过高温引气提供热源给烟气型吸收式制冷机制冷***进行供冷。
通过该分布式综合供能***，既解决了废气通风瓦斯的利用问题，提高了 煤矿区矿井通风的积极性和安全意识，同时实现了能源回收利用，解决了孤岛 型煤矿区的经济用能需求。
在本实施例中，瓦斯掺混供给***包括抽采瓦斯管路、通风瓦斯管路及掺 混装置16，抽采瓦斯管路的进端用于与抽采瓦斯泵站连接，并依次设有手动切 断阀11、第一除尘脱水装置12、快切阀门13及流量调节阀14；通风瓦斯管路 的进端用于与通风瓦斯出口连接，并设有电动开关蝶阀15；抽采瓦斯管路及通 风瓦斯管路的出端与掺混装置16的进端连接，掺混装置16的出端通过第二除 尘脱水装置17与换向阀门组2连接。
在本实施例中，通风瓦斯氧化装置3包括由隔热墙32隔开的双侧蓄热室(第 一蓄热室33、第二蓄热室34)和燃烧室31组成，蓄热室填充有蜂窝型蓄热体 (第一蜂窝型蓄热体35、第二蜂窝型蓄热体36)。可根据实际情况，设置多个 蓄热室。
在本实施例中，余热锅炉及蒸汽轮机发电供热***包括余热锅炉42及蒸汽 轮机46，余热锅炉42的进端与高温引气管路41连接，出端依次连接有手动切 断阀43、电动调节阀44及余热锅炉引风机45；高温引气量由管路末端变频引 风机45调节。
蒸汽轮机46通过蒸汽管路与余热锅炉42连接，并通过与其连接的发电机 47进行供电(余热锅炉产蒸汽推动汽轮机做功发电)；蒸汽轮机46通过蒸汽管 路与换热站48连接，通过换热站48进行供热。
在本实施例中，根据用户热电需求比，蒸汽轮机46采用凝汽式蒸汽轮机和 背压式蒸汽轮机组合方式。
在本实施例中，通风瓦斯氧化装置3通过换向阀门组3连接排气管路61， 排气管路61设有引风机62。制冷***烟气量由烟气管路末端引风机62变频控 制。
在本实施例中，烟气型吸收式制冷机制冷***包括烟气型吸收式制冷机54， 烟气型吸收式制冷机的进端与高温引气支路51及引冷排气管路52连接；高温 引气支路51与引冷排气管路52相连，用于掺混形成烟气型吸收式制冷机54所 需温区的烟气；烟气型吸收式制冷机54的出端依次连接有手动切断阀55、电动 调节阀56及制冷引风机57；引冷排气管路52与排气管路61连接，引冷排气管 路2设有电动调节阀53。高温引气管路41及高温引气支路51，其上均不设置 高温关断或调节阀。
在本实施例中，高温引气管路41及高温引气支路51由耐高温浇筑料浇筑 而成，外部设有保温层。
该分布式综合供能***的工作过程如下：
浓度低于8％不能直接用于内燃机瓦斯发电的抽采瓦斯经泵站输送至本*** 抽采瓦斯管路，经手动切断阀11、第一除尘脱水装置12、快切阀门13以及流 量调节阀14进入掺混装置16，除尘脱水装置用于抽采瓦斯在输送过程中携带的 大量尘和水雾，快切阀门13用于保证掺混后瓦斯浓度超过安全设定值(1.2％) 时快速切断抽采瓦斯，流量调节阀14根据抽采瓦斯与通风瓦斯掺混运行浓度调 节抽采瓦斯流量。抽采瓦斯与来自矿井通风口的通风瓦斯(浓度极低，低于 0.75％)在掺混装置中掺混至运行要求浓度(0.8～1％)，掺混装置16的目的是使 二者掺混更加均匀，掺混后的瓦斯气体经第二除尘脱水装置17除尘脱水后经换 向阀门组2进入通风瓦斯氧化装置3。瓦斯气体在通过瓦斯氧化装置3中经第一 蜂窝蓄热体35加热升温至约700～800℃，在燃烧室31中发生无焰氧化放热反应， 高温烟气流经第二蜂窝蓄热体36加热第二蜂窝蓄热体36降温后经换向阀门组2 排出，通风瓦斯氧化装置3示意图如附图2所示，瓦斯气体交替从第一蓄热室 33、第二蓄热室34进入和排出，周期性往复循环。瓦斯气体在燃烧室31中释 放的热量一则经散热和排烟损失掉，二则可通过高温引气的方式加以利用。
冬季工况下，煤矿区有大量的供热负荷和热水负荷，通过高温引气(约 800～900℃)管路的热烟气进入余热锅炉，产生高温高压蒸汽，高温高压蒸汽推 动蒸汽轮机46做功发电，蒸汽轮机46设置抽汽口，引低压蒸汽至换热站48加 热产热水，用于煤矿区办公、食堂、宿舍供暖和热水供应。特别的，蒸汽轮机 46通常设置凝汽式汽轮机和背压式汽轮机组合形式，提高冬季供热量。此外， 通风瓦斯氧化装置3排气(70～100℃)在冬季工况下用作井口防冻风。
夏季工况下，煤矿区有冷负荷需求，通过高温引气支路51引高温烟气和低 温排烟掺混至约400℃，用作烟气型吸收式制冷机54热源。其中，引冷排气管 路52上设置有电动调节阀53，用于调节冷烟气流量。本***采用烟气型吸收式 制冷机，相比于蒸汽或热水型吸收式制冷机能效系数更高。
***中，高温引气经余热锅炉42和烟气型吸收式制冷机54后管路分别设置 有手动切断阀55和电动调节阀56，运行中通过管道后端制冷引风机57变频控 制高温引气量，在仅依靠引风机难以完成风量调节时，通过电动调节阀56辅 助调节管道风量。发电机47发电采用“并网上网”方式，所发电量优先给煤 矿区生产生活供，多余电量上网。
本实施例提供的回收利用通风瓦斯的分布式综合供能***，实现了对煤矿 区排放的超低浓度通风瓦斯回收利用，减少了温室气体排放，同时，通过高温 引气梯级利用实现了***发电、供热和供冷的目的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出， 对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还 可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种回收利用通风瓦斯的分布式综合供能***，其特征在于，包括瓦斯掺混供给***、换向阀门组、通风瓦斯氧化装置、余热锅炉及蒸汽轮机发电供热***及烟气型吸收式制冷机制冷***；
所述瓦斯掺混供给***通过所述换向阀门组与所述通风瓦斯氧化装置连接，用于为所述通风瓦斯氧化装置提供由抽采瓦斯与通风瓦斯掺混后的瓦斯气体；
所述通风瓦斯氧化装置通过高温引气管路与所述余热锅炉及蒸汽轮机发电供热***连接，用于通过高温引气提供热源给所述余热锅炉及蒸汽轮机发电供热***进行供电及供热；
所述通风瓦斯氧化装置通过高温引气支路与所述烟气型吸收式制冷机制冷***，用于通过高温引气提供热源给所述烟气型吸收式制冷机制冷***进行供冷。
2.根据权利要求1所述的一种回收利用通风瓦斯的分布式综合供能***，其特征在于，所述瓦斯掺混供给***包括抽采瓦斯管路、通风瓦斯管路及掺混装置，所述抽采瓦斯管路的进端用于与抽采瓦斯泵站连接，并依次设有手动切断阀、第一除尘脱水装置、快切阀门及流量调节阀；所述通风瓦斯管路的进端用于与通风瓦斯出口连接，并设有电动开关蝶阀；所述抽采瓦斯管路及通风瓦斯管路的出端与所述掺混装置的进端连接，所述掺混装置的出端通过所述第二除尘脱水装置与所述换向阀门组连接。
3.根据权利要求2所述的一种回收利用通风瓦斯的分布式综合供能***，其特征在于，所述通风瓦斯氧化装置包括由隔热墙隔开的双侧蓄热室和燃烧室组成，所述蓄热室填充有蜂窝型蓄热体。
4.根据权利要求3所述的一种回收利用通风瓦斯的分布式综合供能***，其特征在于，所述余热锅炉及蒸汽轮机发电供热***包括余热锅炉及蒸汽轮机，所述余热锅炉的进端与所述高温引气管路连接，出端依次连接有手动切断阀、电动调节阀及余热锅炉引风机；
所述蒸汽轮机通过蒸汽管路与所述余热锅炉连接，并通过与其连接的发电机进行供电；所述蒸汽轮机通过蒸汽管路与换热站连接，通过所述换热站进行供热。
5.根据权利要求4所述的一种回收利用通风瓦斯的分布式综合供能***，其特征在于，所述蒸汽轮机采用凝汽式蒸汽轮机和背压式蒸汽轮机组合方式。
6.根据权利要求4所述的一种回收利用通风瓦斯的分布式综合供能***，其特征在于，所述通风瓦斯氧化装置通过所述换向阀门组连接排气管路，所述排气管路设有引风机。
7.根据权利要求6所述的一种回收利用通风瓦斯的分布式综合供能***，其特征在于，所述烟气型吸收式制冷机制冷***包括烟气型吸收式制冷机，所述烟气型吸收式制冷机的进端与高温引气支路及引冷排气管路连接；所述高温引气支路与所述引冷排气管路相连，用于掺混形成所述烟气型吸收式制冷机所需温区的烟气；所述烟气型吸收式制冷机的出端依次连接有手动切断阀、电动调节阀及制冷引风机；所述引冷排气管路与所述排气管路连接，所述引冷排气管路设有电动调节阀。
8.根据权利要求7所述的一种回收利用通风瓦斯的分布式综合供能***，其特征在于，所述高温引气管路及高温引气支路由耐高温浇筑料浇筑而成，外部设有保温层。
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