一種低濃度煤層氣或瓦斯發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低濃度煤層氣或瓦斯發(fā)電系統(tǒng)，低濃度煤層氣或瓦斯在多孔介質(zhì)燃燒器中燃燒，在蒸汽鍋爐內(nèi)釋放出熱量，加熱給水，蒸汽進入螺桿膨脹機帶動發(fā)電機發(fā)電，對發(fā)電機做完功的乏汽一部分進入供熱換熱器內(nèi)，由供熱循環(huán)水泵供給循環(huán)水將乏汽的熱量帶走，乏汽凝結(jié)成水后通過管道進入給水泵，做完功的乏汽另一部分進入大氣式凝汽器，通過循環(huán)冷卻水將熱量帶走，凝結(jié)水通過管道進入給水泵，給水泵將水輸送至省煤器中，水在省煤器內(nèi)吸收低濃度煤層氣或瓦斯燃燒產(chǎn)生的煙氣的熱量升溫后，進入蒸汽鍋爐內(nèi)被加熱變成飽和蒸汽再次進入循環(huán)過程。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的低濃度煤層氣或瓦斯發(fā)電系統(tǒng)提高了低濃度煤層氣或瓦斯利用率和能效。
【專利說明】一種低濃度煤層氣或瓦斯發(fā)電系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于燃氣發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種低濃度煤層氣或瓦斯發(fā)電系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]我國煤層氣(瓦斯)資源豐富，距地表以下2000m內(nèi)的儲量約為35萬億m3，僅次于俄羅斯和加拿大。但我國煤礦煤層氣(瓦斯)利用率很低。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2013年我國煤層氣(瓦斯)抽采量156億立方米，利用66億立方米，利用率僅為42.3 %，主要原因在于
(I)煤層氣(瓦斯)濃度低。我國50%以上的抽采煤層氣(瓦斯)濃度在10%以下，其中又有大部分濃度低于5 %?，F(xiàn)有的內(nèi)燃機發(fā)電技術(shù)要求濃度必須大于8 %，才能保證穩(wěn)定運行；燃氣輪機技術(shù)要求煤層氣(瓦斯)濃度更高，需達到40%以上，才能正常燃燒發(fā)電；(2)煤層氣(瓦斯)參數(shù)波動大。隨著抽采過程的進行，煤層氣(瓦斯)濃度和產(chǎn)量波動較大。煤層氣(瓦斯)抽采過程中，濃度高時可以達到80%，低時在5%以下，經(jīng)常導(dǎo)致內(nèi)燃機、燃氣輪機等現(xiàn)有發(fā)電機組長期停機。因此，內(nèi)燃機、燃氣輪機等現(xiàn)有低濃度煤層氣(瓦斯)發(fā)電技術(shù)不能很好地適應(yīng)我國煤礦煤層氣(瓦斯)濃度低和波動大的特點，導(dǎo)致我國煤礦煤層氣(瓦斯)利用率偏低。
[0003]在成功研發(fā)了低濃度煤層氣(瓦斯)燃燒器和低濃度煤層氣(瓦斯)鍋爐的基礎(chǔ)上，結(jié)合螺桿動力發(fā)電技術(shù)，發(fā)明低濃度煤層氣(瓦斯)發(fā)電技術(shù)，滿足礦區(qū)對熱電冷的用能需求。和現(xiàn)有技術(shù)相比，使煤層氣(瓦斯)可利用濃度大大降低，對我國煤層氣(瓦斯)濃度低和波動大的特點具有優(yōu)良的適應(yīng)能力，同時具有效率高、污染小的優(yōu)勢，將大大提高我國煤層氣(瓦斯)的利用率，從而以利用促抽采，對保障煤礦安全也具有重要的意義。
[0004]本發(fā)明，將多孔介質(zhì)燃燒技術(shù)、低濃度煤層氣(瓦斯)鍋爐技術(shù)與螺桿膨脹動力機組相結(jié)合，實現(xiàn)低濃度煤層氣(瓦斯)燃燒與發(fā)電，使低濃度煤層氣(瓦斯)的可利用濃度降低到3%，對煤層氣(瓦斯)濃度、成分和流量的波動有較好的適應(yīng)性，將大大提高低濃度煤層氣(瓦斯)的利用率。同時，該技術(shù)可以實現(xiàn)熱電冷聯(lián)供，滿足礦區(qū)對蒸汽、熱、電、冷的需求，實現(xiàn)能量梯級利用，總能利用效率提高到85%。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種低濃度煤層氣或瓦斯發(fā)電系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有煤層氣(瓦斯)發(fā)電系統(tǒng)對低濃度煤層氣(瓦斯)利用率低的問題。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是包括蒸汽鍋爐，低濃度煤層氣(瓦斯)通過低濃度煤層氣(瓦斯)燃燒器燃燒，在低濃度煤層氣(瓦斯)鍋爐爐膛內(nèi)釋放-熱量，加熱給水，鍋爐連接螺桿膨脹機，鍋爐產(chǎn)生低壓的飽和蒸汽進入螺桿膨脹機，螺桿膨脹機將熱能轉(zhuǎn)換成動力，帶動發(fā)電機發(fā)電，做完功的乏汽一部分進入供熱換熱器內(nèi)，釋放出的熱量被供熱循環(huán)水帶走，乏汽凝結(jié)成水后進入凝汽器熱井，做完功的乏汽另一部分進入大氣式凝汽器，凝結(jié)成凝結(jié)水，釋放的熱量被循環(huán)冷卻水帶走，凝結(jié)水經(jīng)給水泵輸送至省煤器中，水在省煤器內(nèi)吸收低濃度煤層氣(瓦斯)燃燒產(chǎn)生的煙氣的熱量升溫后，進入鍋爐內(nèi)被加熱變成飽和蒸汽再次進入循環(huán)過程。
[0007]進一步，所述鍋爐為燃燒低濃度煤層氣(瓦斯)的低壓蒸汽鍋爐。
[0008]進一步，所述大氣式凝汽器當(dāng)需要供熱時，采用大氣式除氧方法除去凝結(jié)水含有的氧氣，當(dāng)不需要供熱時，采用真空除氧方式。
[0009]進一步，所述供熱換熱器的熱源是鍋爐出口的飽和蒸汽，或者是螺桿膨脹機中間抽汽。
[0010]進一步，當(dāng)?shù)蜐舛让簩託?瓦斯)流量大，鍋爐汽源穩(wěn)定時，采用汽輪發(fā)電機代替螺桿膨脹機。
[0011]本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的低濃度煤層氣(瓦斯)發(fā)電系統(tǒng)大大提高了煤層氣(瓦斯)利用率和能效。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明一種低濃度煤層氣或瓦斯發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖中，1.蒸汽鍋爐，2.螺桿膨脹機，3.發(fā)電機，4.供熱換熱器，5.供熱循環(huán)水泵，
6.大氣式凝汽器，7.冷卻水循環(huán)泵，8.給水泵，9.省煤器。

【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0015]本發(fā)明用多孔介質(zhì)過焓燃燒技術(shù)燃燒低濃度煤層氣(瓦斯)，與蒸汽鍋爐I相結(jié)合產(chǎn)生低壓飽和蒸汽，驅(qū)動螺桿膨脹機2做功帶動發(fā)電機3發(fā)電，同時，余熱用來制冷和供熱，在礦區(qū)實現(xiàn)分布式冷熱電聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供。該技術(shù)一方面利用過焓燃燒技術(shù)，可以實現(xiàn)濃度大于3%的低濃度煤層氣(瓦斯)的清潔高效燃燒，和現(xiàn)有的煤層氣(瓦斯)發(fā)電技術(shù)相比，該燃燒技術(shù)大大擴展了煤層氣(瓦斯)可利用濃度范圍，根本上解決低濃度煤層氣(瓦斯)的利用問題；另一方面，利用螺桿膨脹機2發(fā)電技術(shù)，與高效換熱和吸收式制冷技術(shù)相結(jié)合，進行冷熱電聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供，該技術(shù)可以提高煤層氣(瓦斯)發(fā)電效率，實現(xiàn)能源的梯級利用，具有巨大的節(jié)能減排效益。
[0016]本發(fā)明系統(tǒng)如圖1所示，包括蒸汽鍋爐I，低濃度煤層氣(瓦斯)通過低濃度煤層氣(瓦斯)燃燒器燃燒，在蒸汽鍋爐I的爐膛內(nèi)釋放出熱量，加熱給水，蒸汽鍋爐I連接螺桿膨脹機2，蒸汽鍋爐I產(chǎn)生低壓的飽和蒸汽進入螺桿膨脹機2，螺桿膨脹機2將熱能轉(zhuǎn)換成動力，帶動發(fā)電機3發(fā)電，發(fā)電機3產(chǎn)生的電力經(jīng)過外部的變壓設(shè)備供給外部的用戶或送入外部電網(wǎng)。對發(fā)電機3做完功的乏汽一部分進入供熱換熱器4內(nèi)，供熱換熱器4由供熱循環(huán)水泵5供給循環(huán)水，循環(huán)水將乏汽釋放的熱量帶走，乏汽凝結(jié)成水后通過管道進入給水泵8，做完功的乏汽另一部分進入大氣式凝汽器6，冷卻水循環(huán)泵7提供循環(huán)冷卻水給大氣式凝汽器6，進入大氣式凝汽器6的乏汽凝結(jié)成凝結(jié)水，釋放的熱量被循環(huán)冷卻水帶走，凝結(jié)水通過管道進入給水泵8，給水泵8將水輸送至省煤器9中，水在省煤器9內(nèi)吸收燃燒產(chǎn)生的煙氣的熱量升溫后，進入蒸汽鍋爐I內(nèi)被加熱變成飽和蒸汽再次進入循環(huán)過程。蒸汽鍋爐I為燃燒低濃度煤層氣(瓦斯)的低壓蒸汽鍋爐。
[0017]低濃度煤層氣(瓦斯)燃燒器采用多孔介質(zhì)過焓燃燒技術(shù)燃燒低濃度煤層氣(瓦斯)。大氣式凝汽器6內(nèi)采用大氣式除氧方法除去凝結(jié)水含有的氧氣。這樣就完成了一個熱力循環(huán)，將煤層氣(瓦斯)的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。生產(chǎn)過程中損失的水，依靠軟化水裝置制取的軟化水在凝汽器下面的熱井處補充。
[0018]本發(fā)明主要設(shè)備參數(shù)和工藝流程要求如下:
[0019]1.鍋爐I為雙鍋筒縱置、低壓蒸汽鍋爐，由于配備了低濃度煤層氣(瓦斯)燃燒器，可以燃燒濃度3%以上的煤層氣(瓦斯)。鍋爐蒸汽飽和蒸汽，壓力為1.3-3Mpa，溫度190-230°C，以滿足螺桿膨脹機2對蒸汽壓力和溫度的要求。
[0020]2.發(fā)電機組由螺桿膨脹機2配以相應(yīng)大小的發(fā)電機3構(gòu)成。
[0021]3.采用大氣式凝汽器6，乏汽側(cè)參數(shù)為表壓0.02MPa，溫度105°C，適于大氣式除氧。大氣式凝汽器6既可以將飽和濕蒸汽凝結(jié)成水，又能除去水中溶解的氧氣，兼做除氧器，這樣，系統(tǒng)不需要安裝單獨的除氧器，簡化了系統(tǒng)。大氣式凝汽器6內(nèi)蒸汽釋放的熱量被循環(huán)冷卻水帶走。循環(huán)冷卻水再通過自然通風(fēng)或機械通風(fēng)方式冷卻。
[0022]4.供熱蒸汽從乏氣出口取出，經(jīng)過供熱換熱器4加熱供熱循環(huán)水。供熱循環(huán)水被加熱到95°C，由供熱循環(huán)水泵5輸送給熱用戶。當(dāng)熱用戶需要高壓蒸汽時，可從螺桿膨脹機2中部抽氣口抽出一部分氣體，依靠抽氣供熱，也可以由鍋爐蒸汽出口取出。
[0023]以上所述僅是對本發(fā)明的較佳實施方式而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施方式所做的任何簡單修改，等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種低濃度煤層氣或瓦斯發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:包括蒸汽鍋爐(I)，低濃度煤層氣或瓦斯在多孔介質(zhì)燃燒器中燃燒，在蒸汽鍋爐(I)的爐膛內(nèi)釋放出熱量，加熱給水，蒸汽鍋爐(I)連接螺桿膨脹機(2)，蒸汽鍋爐(I)產(chǎn)生低壓的飽和蒸汽進入螺桿膨脹機(2)，螺桿膨脹機(2)將熱能轉(zhuǎn)換成動力帶動發(fā)電機(3)發(fā)電，做完功的乏汽一部分進入供熱換熱器(4)內(nèi)，供熱換熱器(4)由供熱循環(huán)水泵(5)供給循環(huán)水，循環(huán)水將乏汽的熱量帶走，乏汽凝結(jié)成水后通過管道進入給水泵(8)，做完功的乏汽另一部分進入大氣式凝汽器￠)，冷卻水循環(huán)泵(7)提供循環(huán)冷卻水給大氣式凝汽器￠)，進入大氣式凝汽器(6)的乏汽凝結(jié)成凝結(jié)水，釋放的熱量被循環(huán)冷卻水帶走，凝結(jié)水通過管道進入給水泵(8)，給水泵(8)將水輸送至省煤器(9)中，水在省煤器(9)內(nèi)吸收低濃度煤層氣或瓦斯燃燒產(chǎn)生的煙氣的熱量升溫后，進入蒸汽鍋爐(I)內(nèi)被加熱變成飽和蒸汽再次進入循環(huán)過程。
2.按照權(quán)利要求1所述一種低濃度煤層氣或瓦斯發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述蒸汽鍋爐(I)為燃燒低濃度煤層氣或瓦斯的低壓蒸汽鍋爐。
3.按照權(quán)利要求1所述一種低濃度煤層氣或瓦斯發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述大氣式凝汽器(6)當(dāng)需要供熱時，采用大氣式除氧方法除去凝結(jié)水含有的氧氣，當(dāng)不需要供熱時，采用真空除氧器。
4.按照權(quán)利要求1所述一種低濃度煤層氣或瓦斯發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述供熱換熱器(4)的熱源是鍋爐出口的飽和蒸汽，或者是螺桿膨脹機(2)中間抽汽。
5.按照權(quán)利要求1所述一種低濃度煤層氣或瓦斯發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:當(dāng)?shù)蜐舛让簩託饣蛲咚沽髁看?，鍋爐汽源穩(wěn)定時，采用汽輪發(fā)電機代替螺桿膨脹機(2)。
【文檔編號】F22D1/00GK104500158SQ201410720861
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月2日
【發(fā)明者】宋正昶, 張保生 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)