一种低浓度煤矿瓦斯热电联产系统及方法与流程

本发明涉及煤矿瓦斯利用，尤其涉及一种低浓度煤矿瓦斯热电联产系统及方法。

背景技术：

1、煤矿瓦斯主要成分是甲烷（ch4），低浓度瓦斯（<8%，简称乏风）占煤矿瓦斯排放总量的60%以上，这部分瓦斯由于浓度过低无法用于内燃机发电或作为燃料使用，通常采用排空的方式直接排入大气，这不仅造成了资源的浪费，且甲烷的温室效应是二氧化碳的20~24倍，对环境的影响较大，目前乏风减排项目已列入碳减排名录中。

2、当前，针对煤回收不同浓度瓦斯的余热深度利用技术主要有：高浓度瓦斯直接用于驱动燃气轮机做功，燃气轮机排烟利用余热锅炉回收产生蒸汽驱动蒸汽轮机做功，降温后的燃气轮机排烟用于驱动余热型双效吸收式冷热水机组生产冷热水，低浓度瓦斯通过氧化产生蒸汽用于驱动蒸汽轮机做功。其局限性在于：氧化装置的排烟余热未得到充分回收利用，蒸汽轮机的排汽余热直接排放而被浪费。直接利用氧化装置产生的高温烟气温度过高，驱动烟气型吸收式制冷机组造成一定的高品位能浪费；余热锅炉排烟余热未得到充分回收利用；蒸汽轮机排汽直接排放而被浪费；抽汽换热进行供热后的蒸汽疏水余热未得到回收利用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种低浓度瓦斯利用的联产系统及方法。

2、第一方面，本发明提供一种低浓度煤矿瓦斯热电联产系统，包括低浓度瓦斯抽排站、低浓度瓦斯管道输送单元、空气供给单元、汽轮机，还包括控制单元、蓄热氧化单元、瓦斯调节单元、蒸汽锅炉；

3、所述低浓度瓦斯抽排站依次连接所述低浓度瓦斯管道输送单元、所述控制单元、所述蓄热氧化单元、所述蒸汽锅炉及所述汽轮机，所述瓦斯调节单元连接于所述控制单元与所述蓄热氧化单元的通路上；

4、所述蓄热氧化单元包括蓄热氧化装置、换向装置及高温泄热阀，所述蓄热氧化装置的进气口连接所述换向装置，出气口连接所述高温泄热阀；所述进气口采用双孔提升阀，所述进气口上方设有气体分布板，所述气体分布板用于均匀分布进入所述蓄热氧化装置的气体。

5、进一步的，所述提升阀双孔的直径为250mm-400mm。

6、进一步的，所述高温泄热阀包括内阀筒、外阀筒及阀轴，所述外阀筒套设在所述内阀筒外周，所述内阀筒与所述外阀筒之间通过连接筒连接，阀板置于所述内阀筒内，通过所述阀轴与所述内阀筒和外阀筒进行连接。

7、进一步的，所述阀轴沿所述连接筒贯穿所述内阀筒与所述外阀筒，所述连接筒内设有隔热法兰。

8、进一步的，所述蓄热氧化装置中设有催化剂，所述催化剂为镧、锰掺杂的铈锆固溶体催化剂。

9、进一步的，所述蓄热氧化装置还包括多组陶瓷床温度监测热电偶及陶瓷换热床，所述陶瓷换热床安装在所述蓄热氧化装置的内部，所述提升阀的上方；所述陶瓷床温度监测热电偶安装在所述陶瓷换热床内部。

10、进一步的，所述控制单元包括依次连接的水封阻火器、湿式放散装置、脱水器、掺混器、切断阀及瓦斯浓度分析仪，所述瓦斯浓度分析仪用于监测所述掺混器内的瓦斯浓度并反馈给所述切断阀、湿式放散装置、瓦斯调节单元及所述蓄热氧化装置。

11、进一步的，所述瓦斯调节单元包括浓度及压力分析仪以及瓦斯流量调节阀，所述浓度及压力分析仪与所述瓦斯流量调节阀相连。

12、进一步的，所述空气供给单元包括过滤除尘机及配风机，所述过滤除尘机与所述配风机相连。

13、进一步的，所述汽轮机的出口施加背压，压力范围为15kpa-40kpa。

14、第二方面，本发明提供一种低浓度煤矿瓦斯热电联产方法，采用如上任一项所述的低浓度煤矿瓦斯热电联产系统，掺混器内的瓦斯浓度为1%vol-1.2%vol，当所述瓦斯浓度超过1.25% vol时，所述控制单元切断所述瓦斯的进入；所述瓦斯调节单元停止调节所述瓦斯的流量；所述蓄热氧化单元中的蓄热氧化装置停止进气；所述空气供给单元停止气流分配，防止超限瓦斯进入所述蓄热氧化单元。

15、相比于现有技术，本发明至少包括以下有益效果：在低浓度瓦斯气煤矿瓦斯电热联产系统中针对性的在大风量瓦斯热分解装置结构设计、乏气供热技术、一氧化碳减排技术、安全系统进行了研发。在大风量条件下，为稳流和提高阀门耐热性能，通过设计及仿真对热分解装置和高温泄热阀进行优化设计。开发了乏汽供热技术进一步提高了供能效率，实现了全年供电。一氧化碳减排技术通过研发了选择性高效催化剂有效抑制了一氧化碳有害气体的排放。安全系统研发则通过瓦斯掺混安全设计及过程安全设计，确保系统掺混过程的安全性及在各种工况条件下的安全稳定运行。

技术特征：

1.一种低浓度煤矿瓦斯热电联产系统，包括低浓度瓦斯抽排站、低浓度瓦斯管道输送单元、空气供给单元、汽轮机，其特征在于，还包括控制单元、蓄热氧化单元、瓦斯调节单元、蒸汽锅炉；

2.如权利要求1所述的低浓度煤矿瓦斯热电联产系统，其特征在于，所述提升阀双孔的直径为250mm-400mm。

3.如权利要求2所述的低浓度煤矿瓦斯热电联产系统，其特征在于，所述高温泄热阀包括内阀筒、外阀筒及阀轴，所述外阀筒套设在所述内阀筒外周，所述内阀筒与所述外阀筒之间通过连接筒连接，阀板置于所述内阀筒内，通过所述阀轴与所述内阀筒和外阀筒进行连接。

4.如权利要求3所述的低浓度煤矿瓦斯热电联产系统，其特征在于，所述阀轴沿所述连接筒贯穿所述内阀筒与所述外阀筒，所述连接筒内设有隔热法兰。

5.如权利要求4所述的低浓度煤矿瓦斯热电联产系统，其特征在于，所述蓄热氧化装置中设有催化剂，所述催化剂为镧、锰掺杂的铈锆固溶体催化剂。

6.如权利要求5所述的低浓度煤矿瓦斯热电联产系统，其特征在于，所述蓄热氧化装置还包括多组陶瓷床温度监测热电偶及陶瓷换热床，所述陶瓷换热床安装在所述蓄热氧化装置的内部，所述提升阀的上方；所述陶瓷床温度监测热电偶安装在所述陶瓷换热床内部。

7.如权利要求1所述的低浓度煤矿瓦斯热电联产系统，其特征在于，所述控制单元包括依次连接的水封阻火器、湿式放散装置、脱水器、掺混器、切断阀及瓦斯浓度分析仪，所述瓦斯浓度分析仪用于监测所述掺混器内的瓦斯浓度并反馈给所述切断阀、湿式放散装置、瓦斯调节单元及所述蓄热氧化装置。

8.如权利要求1所述的低浓度煤矿瓦斯热电联产系统，其特征在于，所述瓦斯调节单元包括浓度及压力分析仪以及瓦斯流量调节阀，所述浓度及压力分析仪与所述瓦斯流量调节阀相连。

9.如权利要求1所述的低浓度煤矿瓦斯热电联产系统，其特征在于，所述空气供给单元包括过滤除尘机及配风机，所述过滤除尘机与所述配风机相连。

10.如权利要求1所述的低浓度煤矿瓦斯热电联产系统，其特征在于，所述汽轮机的出口施加背压，压力范围为15kpa-40kpa。

11.一种低浓度煤矿瓦斯热电联产方法，采用如权利要求1-10任一项所述的低浓度煤矿瓦斯热电联产系统，其特征在于，掺混器内的瓦斯浓度为1%vol-1.2%vol，当所述瓦斯浓度超过1.25% vol时，所述控制单元切断所述瓦斯的进入；所述瓦斯调节单元停止调节所述瓦斯的流量；所述蓄热氧化单元中的蓄热氧化装置停止进气；所述空气供给单元停止气流分配，防止超限瓦斯进入所述蓄热氧化单元。

技术总结本发明提供一种低浓度煤矿瓦斯热电联产系统及方法，系统包括低浓度瓦斯抽排站、低浓度瓦斯管道输送单元、空气供给单元、汽轮机，还包括控制单元、蓄热氧化单元、瓦斯调节单元、蒸汽锅炉；所述低浓度瓦斯抽排站依次连接所述低浓度瓦斯管道输送单元、所述控制单元、所述蓄热氧化单元、所述蒸汽锅炉及所述汽轮机，所述瓦斯调节单元连接于所述控制单元与所述蓄热氧化单元的通路上；所述蓄热氧化单元包括蓄热氧化装置、换向装置及高温泄热阀，所述蓄热氧化装置的进气口连接所述换向装置，出气口连接所述高温泄热阀；所述进气口采用双孔提升阀，所述进气口上方设有气体分布板，所述气体分布板用于均匀分布进入所述蓄热氧化装置的气体。技术研发人员：张竞宜,郑茂爽,马小勇,周倩倩,韩秋名,刘逊,蒋芳芳受保护的技术使用者：上海睿筑环境科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/9