[发明专利]一种矿区多能互补清洁供热系统及使用方法

说明书

本发明提供了一种矿区多能互补清洁供热系统及使用方法，通过将矿井中已有的多种能源进行有效分配，可根据矿区生产用热需求，按照基本负荷和调峰负荷将热泵、余热、光热、生物质、光伏等集成一体，构建多能互补供热微网，可通过供热基本负荷单元的持续供热，以及供热调峰负荷单元的调节供热，解决了单一供热能力不足、不稳定的问题，实现多能互补协同清洁供热，为完全替代锅炉燃煤供热提供了解决方案。

技术领域

本发明涉及矿区供热领域，具体为一种矿区多能互补清洁供热系统及使用方法。

背景技术

随着小型燃煤锅炉供热的关停，矿区供热近年来由原来的燃煤锅炉供热开始逐步由热泵供热替代。但不同地区环境气温差异较大，且不同矿井余热资源可利用量也不尽相同，单一的热泵供热难以完全替代燃煤锅炉供热。矿井供热有其自身的特殊性，热负荷通常较大，且涉及井筒防冻及工业厂房供暖等会影响矿井的安全生产。此外，矿井开采过程中也产生了大量的瓦斯、废水和废热，在矿区地表也形成了大量的采煤沉陷区。在燃煤锅炉替代的背景下，采用多能互补的清洁供热方式是未来的大趋势，将矿井原排放的废气、废水和废热以及大量空置的土地进行资源化利用，并与新能源耦合起来，通过协同优化实现清洁采暖。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种矿区多能互补清洁供热系统及使用方法，结构简单，操作方便，为解决未来矿区清洁供热提供了解决思路，集成热泵、余热、光热、生物质、光伏等多种能源，配备储热系统，通过不同清洁能源的合理配置和优化组合，使多能互补协同效应发挥到最佳。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种矿区多能互补清洁供热系统，包括矿井、供热基本负荷单元、用热终端、供热调峰负荷单元、沼气发酵池、储气罐、热水罐、冷水罐、用电终端和烟囱；

所述矿井的输出端包括矿井水输出端、乏风输出端、瓦斯输出端和采煤沉陷区输出端，其中矿井水输出端和乏风输出端连接供热基本负荷单元的输入端，瓦斯输出端与沼气发酵池的沼气输出端混合连接后接入储气罐的输入端；采煤沉陷区输出端连接用电终端；

所述供热基本负荷单元的输出端连接用热终端；储气罐的输出端连接供热调峰负荷单元；其中供热调峰负荷单元的输出端包括发电输出端、废气输出端和换热水输出端，所述发电输出端接入用电终端，废气输出端接入烟囱；换热水输出端连接热水罐的进水口，热水罐的出水口分两路支管设置，其中一路支管经过沼气发酵池，另一路支管经过用热终端后与经过沼气发酵池的管路合并后连接冷水罐的进水口，冷水罐的出水口连接供热调峰负荷单元的输入端，形成水的换热循环。

优选的，供热基本负荷单元包括水源热泵和乏风热泵；所述矿井的矿井水输出端连接水源热泵；矿井的乏风输出端连接乏风热泵，所述水源热泵的输出端和乏风热泵的输出端合并连接后接入至用热终端。

具体的，供热基本负荷单元还包括空压机冷却余热单元，所述空压机冷却余热单元的输出端与水源热泵的输出端和乏风热泵的输出端合并连接后接入至用热终端。

优选的，供热调峰负荷单元包括光热采暖设备和沼气发电机组；所述沼气发电机组的输入端连接储气罐的输出端，沼气发电机组的输出端包括发电输出端、废气输出端和换热水输出端，其中发电输出端连接用电终端(14)；废气输出端至烟囱，换热水输出端连接热水罐的进水口，热水罐的出水口分两路支管设置，其中一路支管经过沼气发酵池，另一路支管经过用热终端后与经过沼气发酵池的管路合并后连接冷水罐的进水口，冷水罐的出水口分两路支管，其中一路支管连接至沼气发电机组，另一路支管经过光热采暖设备后与沼气发电机组的换热水输出端合并连接至热水罐的进水口处。

进一步的，供热调峰负荷单元还包括烟气余热换热器，所述烟气余热换热器的输入端分别连接沼气发电机组的废气输出端和换热水输出端，其中废气输出端通过烟气余热换热器接入烟囱，换热水输出端通过烟气余热换热器接入热水罐。

优选的，矿井的采煤沉陷区输出端布置若干光伏发电设备，若干光伏发电设备接入用电终端，用于提供电能。