[发明专利]一种煤矿低浓度瓦斯及乏风瓦斯热氧化发电系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矿低浓度瓦斯及乏风瓦斯热氧化发电系统及方法，尤其适用于对煤矿瓦斯进行氧化并对反应热进行高效热电的转换。

背景技术

在我国常规能源构成中，煤炭资源总量约5.57万亿吨，地下2000m以内的瓦斯(煤层气)资源量约30～35万亿m³，有效开采和利用煤炭及瓦斯资源在我国国民经济发展中的重要地位日益凸显。瓦斯是一种与煤伴生的、不可再生的资源，同时瓦斯也是一种清洁、高效的能源，其发热量可达33.5～36.8MJ/m³，1m³瓦斯相当于1.3kg标准煤的发热量，并且其利用过程不会产生氮氧化合物及硫化物等有害物质。

我国50％以上的煤层为高瓦斯煤层，2009年我国煤矿生产过程中释放的瓦斯总量超过150亿m³，但将近2/3的瓦斯则以乏风的形式直接排入了大气，既浪费了大量宝贵的能源资源，也污染了大气环境。更加重要的是，瓦斯(煤层气)的温室效应是二氧化碳的21倍，对臭氧层的破坏是CO₂的7倍。按照目前世贸组织中减排权购买价格，目前在国际碳汇市场，每吨碳的减排量可以卖85元人民币，每年150亿m³瓦斯的减排和利用，可获得170亿人民币的收益。随着《应对气候变换国家方案》的实施，我国的节能减排问题已成为现阶段的重要战略任务。因此，煤矿瓦斯特别是乏风瓦斯的综合利用，不仅可以在瓦斯利用方面获得直接的经济收益，又可在节能减排方面获得丰厚的回报。

煤矿瓦斯的利用主要包括民用、发电、工业及化工燃料、燃气车辆等，其中煤矿瓦斯发电是煤矿瓦斯利用的主流发展方向。目前，对于中高浓度(＞30％)的煤矿瓦斯发电技术，已比较成熟；对于10％～30％的低浓度煤矿瓦斯发电技术，山东胜动集团采用内燃式发电机组开展了一定的工作，在部分矿区进行了试点研究，尽管如此，目前大多矿区对该浓度范围的瓦斯仍以排空为主；而对于浓度在1％～10％的煤矿低浓度瓦斯在甚至浓度小于1％的煤矿乏风瓦斯发电技术，目前尚属空白。

由于煤矿低浓度瓦斯及乏风瓦斯的特点(风量大、瓦斯浓度低且波动范围大)，使得传统的燃烧技术特别是如何产生高品位电能方面存在较大困难。所以，煤矿低浓度瓦斯(≤30％)及乏风瓦斯(≤1％)用于发电至今尚未实现大范围的应用。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于克服已有技术中的不足，提供一种系统结构简单、单机容量匹配合理、操作方便、效果好的煤矿低浓度瓦斯及乏风瓦斯热氧化发电系统及方法。

技术方案：本发明的煤矿低浓度瓦斯及乏风瓦斯热氧化发电系统，包括瓦斯氧化装置、分别与瓦斯氧化装置相连接的进、排气装置、循环水处理系统和与发电机相连的螺杆式膨胀机；其中：瓦斯氧化装置包括多孔陶瓷氧化床、间隔平行排列在多孔陶瓷氧化床上下部的多个内置式换热器，多孔陶瓷氧化床的中部设有至少一个氧化床启动加热器，多个内置式换热器的端口分别经管线与循环水处理系统锅筒和螺杆式膨胀机相连接；进、排气装置包括分别与多孔陶瓷氧化床上下风室相连通的进、排气管，进、排气管上分别连接送、引气风机，送、引气风机经四通换向阀与乏风瓦斯氧化装置相连；所述的水处理循环系统包括锅筒、与锅筒给水泵管线相连的储水箱，储水箱上分别连接有与螺杆式膨胀机相连的冷凝器、与给水泵相连的水处理器，储水箱与锅筒相连的管线上连有锅筒给水泵，锅筒出口通向一个内置式换热器的管线上连有内置式换热器循环水泵。

所述的螺杆式膨胀机为单螺杆式膨胀机或双螺杆式膨胀机；所述的冷凝器为风冷式或水冷式冷凝器。

本发明的煤矿低浓度瓦斯及乏风瓦斯热氧化发电方法：先开启加热器启动多孔陶瓷氧化床，将抽采的煤矿低浓度瓦斯及乏风瓦斯由进风管经送风机加压后送入多孔陶瓷氧化床内，通过控制四通换向阀，使煤矿低浓度瓦斯及乏风瓦斯气体在多孔陶瓷氧化床内周期性往复流动并发生过焓氧化反应，从而维持瓦斯氧化装置自稳定连续运行；氧化产生的高温气体经内置式换热器提取热量后由引风机从排气管排出；经给水泵加压后的工质水先经水处理装置处理后引入储水箱内，再经水泵加压后进入多孔陶瓷氧化床的锅筒，给水在内置式换热器循环水泵的作用下进入内置式换热器内，所产生的蒸汽经管线进入锅筒内，经锅筒汽水分离后进一步过热再进入螺杆式膨胀机膨胀做功，将热能转换为机械能，带动发电机进行发电，做功后的工质水经冷凝器冷凝后返回至储水箱以循环利用。

有益效果：