基于煤層氣的多余熱資源分布式能源系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于煤層氣的多余熱資源分布式能源系統(tǒng)，包括：低濃度煤層氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、礦井廢水余熱供熱系統(tǒng)、礦井乏風(fēng)余熱利用系統(tǒng)和冬季供暖夏季制冷系統(tǒng)。將礦井低濃度煤層氣和空氣通入內(nèi)燃機(jī)做功發(fā)電；將礦井乏風(fēng)引至熱逆流催化氧化反應(yīng)器產(chǎn)生一定溫度的煙氣；內(nèi)燃機(jī)與氧化反應(yīng)器的排氣進(jìn)入余熱鍋爐產(chǎn)生過熱蒸汽去蒸汽輪機(jī)做功發(fā)電；采用吸收式熱泵實(shí)現(xiàn)冬季供暖和夏季制冷，使系統(tǒng)排煙溫度降至80℃以下；將生活廢水和礦井排水送至廢水處理裝置凈化后由水源熱泵提供生活熱水。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)低濃度煤層氣的開采和高效利用及礦井余熱的高效利用，是為煤礦企業(yè)提供電、熱、冷的高效分布式能源系統(tǒng)，顯著減少煤礦企業(yè)的污染物排放。
【專利說明】基于煤層氣的多余熱資源分布式能源系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及分布式能源系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其是一種基于煤層氣的多余熱資源分布式能源系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]分布式能源系統(tǒng)是相對于傳統(tǒng)的集中式供電方式而言的，采用冷熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)、同時(shí)提供電力、蒸汽、熱水和空調(diào)冷水或冷風(fēng)的能源服務(wù)系統(tǒng)，分布式能源系統(tǒng)的能源利用效率高達(dá)90%以上。目前研究的分布式能源系統(tǒng)中，主要是以風(fēng)能和太陽能分布式能源系統(tǒng)為主，由于自然資源的特性，可再生能源用于發(fā)電時(shí)，其功率輸出具有明顯的間歇性和波動(dòng)性，其變化甚至是隨機(jī)的，容易對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)電網(wǎng)事故。
[0003]根據(jù)我國的能源資源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和能源利用中存在的問題，開展相應(yīng)的分布式能源技術(shù)研究，是我國分布式能源發(fā)展的必由之路。現(xiàn)階段我國煤礦工業(yè)廣場所使用的的井口防凍、洗浴熱水和建筑采暖等用熱需求一般是通過燃煤(燃油)鍋爐提供，不僅消耗了大量的燃煤或燃油，而且也向周圍環(huán)境排放了大量的污染物。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:根據(jù)煤礦企業(yè)的能源資源特點(diǎn)及電、熱、冷需求，發(fā)明一種基于煤層氣的多余熱資源分布式能源系統(tǒng)，有效利用資源，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。
[0005]本發(fā)明解決技術(shù)問題所選用的技術(shù)方案是:提供一種基于煤層氣的多余熱資源分布式能源系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)包括:由內(nèi)燃機(jī)、余熱鍋爐、蒸汽輪機(jī)和凝汽器等裝置組成的煤層氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)；由廢水處理裝置和水源熱泵組成的礦井廢水余熱供熱系統(tǒng)；由礦井乏風(fēng)熱逆流催化氧化反應(yīng)器和余熱鍋爐組成的礦井乏風(fēng)余熱利用系統(tǒng)；由吸收式熱泵2、煙氣換熱器和儲(chǔ)熱裝置組成的冬季供暖夏季制冷系統(tǒng)；吸收式熱泵I供熱系統(tǒng)。
[0006]將礦井低濃度煤層氣和空氣通入內(nèi)燃機(jī)做功發(fā)電；將礦井乏風(fēng)引至熱逆流催化氧化反應(yīng)器利用乏風(fēng)中的甲烷熱量而產(chǎn)生一定溫度的煙氣；內(nèi)燃機(jī)排氣和熱逆流催化氧化反應(yīng)器排氣一起進(jìn)入余熱鍋爐產(chǎn)生過熱蒸汽去蒸汽輪機(jī)做功發(fā)電，余熱鍋爐排氣進(jìn)入煙氣換熱器加熱來自吸收式熱泵2的低溫水。吸收式熱泵I以蒸汽輪機(jī)抽汽為驅(qū)動(dòng)熱源利用凝汽器循環(huán)水和內(nèi)燃機(jī)冷卻水的低溫余熱產(chǎn)生生活熱水。吸收式熱泵2以蒸汽輪機(jī)抽汽為驅(qū)動(dòng)熱源利用低溫水熱量冬季供暖。儲(chǔ)熱裝置可將多余的煙氣余熱儲(chǔ)存以備需要時(shí)調(diào)度。將生活廢水和礦井排水送至廢水處理裝置凈化后由水源熱泵利用其低溫?zé)崃慨a(chǎn)生生活熱水。吸收式熱泵2夏季制冷，熱量通過涼水塔散失到環(huán)境中。
[0007]本發(fā)明的有益效果為:能夠?qū)崿F(xiàn)低濃度煤層氣的就地開采和高效利用及礦井余熱的高效利用，是為煤礦企業(yè)提供電、熱、冷的高效分布式能源系統(tǒng)，顯著減少煤礦企業(yè)的污染物排放。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為基于煤層氣的多余熱資源分布式能源系統(tǒng)示意圖。
[0009]圖1中，1.內(nèi)燃機(jī)；2.余熱鍋爐；3.熱逆流催化氧化反應(yīng)器；4.蒸汽輪機(jī)；5.減溫減壓閥；6.發(fā)電機(jī)；7.發(fā)電機(jī)；8.凝汽器；9.吸收式熱泵I ;10.廢水處理裝置；11.水源熱泵；12.煙氣換熱器；13.儲(chǔ)熱裝置；14.吸收式熱泵2;15.涼水塔。

【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作出詳細(xì)說明。
[0011]礦井低濃度煤層氣和空氣進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)燃燒做功發(fā)電，電功率由發(fā)電機(jī)(6)輸出。礦井乏風(fēng)引至熱逆流催化氧化反應(yīng)器(3)將乏風(fēng)中的甲烷氧化而產(chǎn)生一定溫度的煙氣，若乏風(fēng)中甲烷含量太低不能夠使反應(yīng)器自熱操作，則將低濃度煤層氣補(bǔ)調(diào)入反應(yīng)器；內(nèi)燃機(jī)排氣和熱逆流催化氧化反應(yīng)器排氣一起進(jìn)入余熱鍋爐(2)產(chǎn)生過熱蒸汽去蒸汽輪機(jī)(4)做功發(fā)電，電功率由發(fā)電機(jī)(7)輸出；余熱鍋爐排氣進(jìn)入煙氣換熱器(12)加熱來自吸收式熱泵2(14)的低溫水；吸收式熱泵I (9)以蒸汽輪機(jī)抽汽為驅(qū)動(dòng)熱源利用凝汽器(8)的循環(huán)水和內(nèi)燃機(jī)(I)的缸套冷卻水的低溫余熱產(chǎn)生生活熱水；吸收式熱泵2 (14)以蒸汽輪機(jī)抽汽為驅(qū)動(dòng)熱源利用低溫水熱量冬季供暖；儲(chǔ)熱裝置(13)可將多余的煙氣余熱儲(chǔ)存以備需要時(shí)調(diào)度；減溫減壓閥(5)可將余熱鍋爐(2)產(chǎn)生的蒸汽減溫減壓后作為吸收式熱泵I (9)和吸收式熱泵2 (14)的驅(qū)動(dòng)熱源；將生活廢水和礦井排水送至廢水處理裝置(10)凈化后由水源熱泵(11)利用其低溫?zé)崃慨a(chǎn)生生活熱水；吸收式熱泵2 (14)夏季制冷，熱量通過涼水塔(15)散失到環(huán)境中。
[0012]具體實(shí)施情況如下所述。
[0013]a.由內(nèi)燃機(jī)(I)、余熱鍋爐(2)、蒸汽輪機(jī)(4)和吸收式熱泵I (9)組成燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電用燃料為9%-30%低瓦斯含量煤層氣，汽輪機(jī)乏汽余熱和內(nèi)燃機(jī)缸套冷卻水余熱通過溴化鋰吸收式熱泵I利用為用戶提供一年四季的生活熱水，熱泵取代涼水塔。
[0014]b.采用熱逆流催化氧化反應(yīng)器(3)回收礦井乏風(fēng)中的低濃度甲烷熱量，反應(yīng)器自熱氧化(初始熱量由內(nèi)置的電加熱器提供)，甲烷氧化反應(yīng)物為CO2、H2O, N2和O2。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了乏風(fēng)-煤層氣補(bǔ)給環(huán)節(jié)，當(dāng)乏風(fēng)中的甲烷濃度低于極限值而不足以使反應(yīng)器自熱氧化時(shí)，通過補(bǔ)入適量煤層氣以提高乏風(fēng)中的甲烷濃度，保障反應(yīng)器自熱操作，氧化反應(yīng)器排氣溫度為 400-500°C。
[0015]c.氧化反應(yīng)器排氣同內(nèi)燃機(jī)排氣一起進(jìn)入余熱鍋爐(2)(兩者溫度相當(dāng))，增加余熱鍋爐做功蒸汽量的產(chǎn)出，保障發(fā)電機(jī)組在低濃度煤層氣時(shí)的正常工作。
[0016]d.雙壓余熱鍋爐排氣溫度為120°C左右，系統(tǒng)設(shè)置煙氣換熱器(12)，加熱水作為吸收式熱泵2 (14)的低溫?zé)嵩?，為用戶提供冬季所需的供暖?fù)荷，排煙溫度可降至80°C以下，系統(tǒng)的能源利用效率顯著提高。采用吸收式熱泵2 (14)用于冬季供暖，夏季制冷，熱量通過涼水塔散發(fā)到大氣中。e.采用高效水源熱泵(11)利用礦井排水和生活廢水的余熱，為廠區(qū)提供生活熱水，礦井排水和生活廢水余熱利用之前先經(jīng)廢水處理裝置凈化。
[0017]f.設(shè)置了相變儲(chǔ)熱裝置，將系統(tǒng)中的多余熱量儲(chǔ)存，當(dāng)?shù)蜏責(zé)嵩吹臒崃坎蛔銜r(shí)釋放熱量，保障供熱供暖需求。廢水處理器可看作具有儲(chǔ)熱能力的裝置。
[0018]g.設(shè)置過熱蒸汽旁路系統(tǒng)，過熱蒸汽通過減溫減壓閥(5)后作為熱泵的驅(qū)動(dòng)蒸汽。當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)故障或檢修停機(jī)時(shí)，礦井乏風(fēng)自熱氧化反應(yīng)器的反應(yīng)物進(jìn)入余熱鍋爐產(chǎn)生過熱蒸汽，過熱蒸汽經(jīng)過旁路系統(tǒng)進(jìn)入熱泵，可保障用戶的熱負(fù)荷和冷負(fù)荷需求。
[0019]h.形成電一吸收式熱泵I (9)生活熱水一7jC源熱泵(11)生活熱水一吸收式熱泵
2(14)供暖水和冷凍水一儲(chǔ)熱水的能源總線系統(tǒng)。
[0020]1.基于煤層氣的分布式能源系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)孤網(wǎng)運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行。當(dāng)孤網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，可從大電網(wǎng)取電，使水源熱泵(11)和熱逆流催化氧化反應(yīng)器(3)工作，為用戶提供冷暖熱負(fù)荷。
【權(quán)利要求】
1.基于煤層氣的多余熱資源分布式能源系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)由低濃度煤層氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、礦井乏風(fēng)余熱利用系統(tǒng)、礦井廢水余熱供熱系統(tǒng)和冬季供暖夏季制冷及全年供熱水系統(tǒng)組成。
2.如權(quán)利要求1所述的基于煤層氣的多余熱資源分布式能源系統(tǒng)，其特征在于:所述低濃度煤層氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)由內(nèi)燃機(jī)、熱逆流催化氧化反應(yīng)器、余熱鍋爐、蒸汽輪機(jī)和凝汽器裝置組成，發(fā)電用燃料為9%-30%低瓦斯?jié)舛让簩託狻?br> 3.如權(quán)利要求1所述的基于煤層氣的多余熱資源分布式能源系統(tǒng)，其特征在于:所述低濃度煤層氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中，熱逆流氧化反應(yīng)器排氣同內(nèi)燃機(jī)排氣一起進(jìn)入余熱鍋爐(兩者溫度相當(dāng))，保障余熱鍋爐的產(chǎn)汽量，保障汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組在低負(fù)荷下的正常工作。
4.如權(quán)利要求1所述的基于煤層氣的多余熱資源分布式能源系統(tǒng)，其特征在于:所述礦井乏風(fēng)余熱利用系統(tǒng)由礦井乏風(fēng)熱逆流催化氧化反應(yīng)器和余熱鍋爐組成；熱逆流催化氧化反應(yīng)器回收礦井乏風(fēng)中的低濃度甲烷熱量，反應(yīng)器自熱氧化，其初始熱量由內(nèi)置的電加熱器提供；系統(tǒng)設(shè)計(jì)了煤層氣補(bǔ)調(diào)，當(dāng)乏風(fēng)中的甲烷濃度低于極限值而不足以使反應(yīng)器自熱氧化時(shí)，通過補(bǔ)入適量煤層氣以提高乏風(fēng)中的甲烷濃度，保障反應(yīng)器自熱操作，反應(yīng)器排氣溫度為400-500°C。
5.如權(quán)利要求1所述的基于煤層氣的多余熱資源分布式能源系統(tǒng)，其特征在于:所述冬季供暖夏季制冷及全年供熱水系統(tǒng)由吸收式熱泵2、煙氣換熱器和儲(chǔ)熱裝置組成；吸收式熱泵2冬季以來自煙氣換熱器的熱水為低溫?zé)嵩?，通過汽輪機(jī)抽汽驅(qū)動(dòng)，為用戶提供冬季所需的供暖負(fù)荷；吸收式熱泵2夏季用于制冷，熱量通過涼水塔散發(fā)到大氣中。
6.如權(quán)利要求1所述的基于煤層氣的多余熱資源分布式能源系統(tǒng)，其特征在于:所述冬季供暖夏季制冷及全年供熱水系統(tǒng)是由汽輪機(jī)乏汽余熱和內(nèi)燃機(jī)缸套冷卻水余熱通過溴化鋰吸收式熱泵I利用，為用戶提供一年四季的生活熱水，熱泵取代涼水塔。
7.如權(quán)利要求1所述的基于煤層氣的多余熱資源分布式能源系統(tǒng)，其特征在于:所述冬季供暖夏季制冷及全年供熱水系統(tǒng)中設(shè)置了煙氣-水換熱器，被加熱水作為吸收式熱泵2的低溫?zé)嵩?，排煙溫度可降?0°C以下，系統(tǒng)的能源利用效率顯著提高。
8.如權(quán)利要求1所述的基于煤層氣的多余熱資源分布式能源系統(tǒng)，其特征在于:所述冬季供暖夏季制冷及全年供熱水系統(tǒng)設(shè)置了相變儲(chǔ)熱裝置，將煙氣的多余熱量儲(chǔ)存，當(dāng)?shù)蜏責(zé)嵩吹臒崃坎蛔銜r(shí)釋放熱量，保障供熱供暖需求，廢水處理器可看作具有儲(chǔ)熱能力的裝置。
9.如權(quán)利要求1所述的基于煤層氣的多余熱資源分布式能源系統(tǒng)，其特征在于:所述礦井廢水余熱供熱系統(tǒng)由廢水處理裝置和水源熱泵組成，為廠區(qū)提供生活熱水。
10.如權(quán)利要求1所述的基于煤層氣的多余熱資源分布式能源系統(tǒng)，其特征在于:設(shè)置過熱蒸汽旁路系統(tǒng)，過熱蒸汽通過減溫減壓閥后作為熱泵的驅(qū)動(dòng)蒸汽，當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)故障或檢修停機(jī)時(shí)，礦井乏風(fēng)自熱氧化反應(yīng)器的反應(yīng)物進(jìn)入余熱鍋爐產(chǎn)生過熱蒸汽，過熱蒸汽經(jīng)過旁路系統(tǒng)進(jìn)入熱泵，可保障用戶的熱負(fù)荷和冷負(fù)荷需求。
【文檔編號(hào)】F01D15/10GK104295364SQ201410541368
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月15日
【發(fā)明者】馬素霞, 馬紅和, 楊燕霞, 李紅格, 張建春, 劉愛成 申請人:太原理工大學(xué)