CN106246264A - 瓦斯高效综合利用系统 - Google Patents

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陈金华
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文娟
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Abstract

本发明公开了一种瓦斯高效综合利用系统，包括瓦斯发电系统和利用发电机系统中产生的烟气余热供电和供热的有机工质循环发电系统，所述有机工质循环发电系统包括有机工质储存罐、排气回热加热器、蒸发器、透平机、热水加热器和冷凝器，将有机工质储罐中的有机工质加压泵送入排气回热加热器进行预热后进入蒸发器中与发电机系统中产生的烟气进行热交换，热交换产生的蒸汽进入透平机做功并通过发电机将机械能转化为电能，从透平机出来的一路进入排气回热加热器，另一路与从排气回热加热器出来的工质流混合进入热水加热器后冷凝并回流入有机工质储罐；将瓦斯发电系统产生的烟气余热，转换为高品质电能，大大提高了系统的热能利用率。

Description

瓦斯高效综合利用系统
技术领域
本发明涉及能源与环境技术领域，特别涉及一种瓦斯高效综合利用系统。
背景技术
据统计，2015年煤层气(煤矿瓦斯)抽采量180亿立方米、利用量86亿立方米，同比分别增长5.5％、11.5％。其中，井下瓦斯抽采量136亿立方米、利用量48亿立方米，利用率仅为35.3％，造成这种局面的主要原因是国内大部分煤层透气性差，矿井抽采的瓦斯浓度较低，甲烷浓度一般在10％～30％，瓦斯利用成本高，利用积极性差。随着技术的发展，目前瓦斯的利用方式主要有发电、提纯加工利用两种，提纯加工利用方式主要针对高浓度瓦斯(甲烷体积分数≥30％)，高浓度瓦斯量小，利用成本高，经济性差，因此当前瓦斯的主流利用方式为发电。瓦斯发电系统中除了发电热量还有大量的余热资源，目前普遍的做法是供生活用，余热资源利用并不充分。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种瓦斯高效综合利用系统，将瓦斯发电系统产生的烟气余热，转换为高品质电能，并可以根据需要提供生活所需热能，减少了瓦斯的直接排放，节能、环保效益显著，对瓦斯发电产生的热能实现了高效、综合利用，大大提高了系统的热能利用率，经济效益显著。
本发明的瓦斯高效综合利用系统，包括瓦斯发电系统和利用发电机系统中产生的烟气余热供电和供热的有机工质循环发电系统，所述有机工质循环发电系统包括工质储存罐、排气回热加热器、蒸发器、透平机、热水加热器和冷凝器，将有机工质储罐中的有机工质加压泵送入排气回热加热器进行预热后进入蒸发器中与发电机系统中产生的烟气进行热交换，热交换产生的蒸汽进入透平机做功并通过发电机将机械能转化为电能，从透平机出来的蒸汽分成两路进行循环，一路进入排气回热加热器预热有机工质，另一路与从排气回热加热器出来的工质流混合进入热水加热器加热循环热水，最后经冷凝器冷凝并回流入有机工质储罐；
进一步，还包括与蒸发器循环连通的热水预热器和连通设置于热水预热器和热水加热器之间的热用户，流经热用户的回水经回水泵加压泵送入热水预热器进行预热后进入热水加热器；
进一步，还包括与冷凝器循环连通的用于冷却冷凝器中有机工质的冷却水塔；
进一步，所述瓦斯发电系统包括输送安全保障系统、净化装置和发电机组，瓦斯先后经输送安全保障系统和净化装置处理后进入发电机组发电，发电后的烟气进入蒸发器与有机工质换热后进入热水预热器对回水进行预热，热水预热器中的低温烟气通过烟囱外排；
进一步，瓦斯中甲烷体积分数低于30％时选用低浓度发电机组，瓦斯中甲烷体积分数大于等于30％时选用高浓度发电机组；
进一步，所述输送安全保障系统至少设有阻火泄爆、抑爆、阻爆三种不同原理的阻火防爆装置，瓦斯经输送安全保障系统进行阻火防爆处理后进入净化装置进行脱水、除尘处理；
进一步，所述瓦斯中甲烷的体积分数大于8％；
进一步，所述热水预热器与烟囱之间设置有排烟风机；
进一步，所述透平机为汽轮机、螺杆膨胀机中的一种，所述有机工质为甲苯、三氟二氯乙烷、丙烷、戊烷、异戊烷中的一种或几种的混合物；
进一步，所述透平机的蒸汽出口设置有使蒸汽分成两路进行循环的三通调节阀，调节三通调节阀的开度实现对排气回热量的有效调节。
本发明的有益效果：本发明的瓦斯高效综合利用系统，将瓦斯发电系统产生的烟气余热，转换为高品质电能，并可以根据需要提供生活所需热能，减少了瓦斯的直接排放，节能、环保效益显著，对瓦斯发电产生的热能实现了高效、综合利用，大大提高了系统的热能利用率，经济效益显著。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
图1为图1为本发明的结构示意图，如图所示：本实施例中，本发明的瓦斯高效综合利用系统，包括瓦斯发电系统和利用发电机系统中产生的烟气余热供电和供热的有机工质循环发电系统，所述有机工质循环发电系统包括有机工质储存罐8、排气回热加热器7、蒸发器17、透平机5、热水加热器13和冷凝器12，将有机工质储存罐8中的有机工质加压泵送入排气回热加热器7进行预热后进入蒸发器17中与发电机系统中产生的烟气进行热交换，热交换产生的蒸汽进入透平机5做功并通过发电机将机械能转化为电能，从透平机5出来的蒸汽分成两路进行循环，一路进入排气回热加热器7预热有机工质，另一路与从排气回热加热器7出来的工质流混合进入热水加热器13加热循环热水，最后经冷凝器12冷凝并回流入有机工质储罐；蒸发器17入口接发电机系统出口、出口接热水预热器16进口，热水预热器16出口与烟道排出口相连；有透平(膨胀机)5、发电机6、排气回热加热器7、有机工质储罐8、有机工质加压泵9、凝结器12、热水加热器13、蒸发器17以及连接它们的管道组成有机工质循环回路，有机工质加压泵9入口接有机工质储罐8、出口接排气回热加热器7的入口，蒸发器17入口接排气回热加热器7的出口、出口接透平(膨胀机)5的入口，发电机6与透平(膨胀机)5相连，透平(膨胀机)5的出口分别与排气回热加热器7进口和热水加热器13进口相连，凝汽器12入口接热水加热器13出口、出口接有机工质储罐入口。
本实施例中，还包括与蒸发器17循环连通的热水预热器16和连通设置于热水预热器16和热水加热器13之间的热用户19，流经热用户19的回水经回水泵14加压泵送入热水预热器16进行预热后进入热水加热器13；热水加热器13、回水泵14、热用户19、热水预热器16以及连接它们的管道组成供热热水回路，回水泵14入口接热水加热器13出口、出口接热水预热器16入口，热用户19入口接热水预热器16出口、出口接热水加热器13入口。
本实施例中，还包括与冷凝器12循环连通的用于冷却冷凝器12中有机工质的冷却水塔10；冷却水塔10、冷却水循环泵11、凝结器12以及连接它们的管道组成冷却水回路，冷却水循环泵11入口接冷却水塔10出口、出口接凝结器12入口，凝结器12出口接冷却水塔10入口。
本实施例中，所述瓦斯发电系统包括输送安全保障系统1、净化装置2和发电机组3，瓦斯先后经输送安全保障系统1和净化装置2处理后进入发电机组3发电，发电后的烟气进入蒸发器17与有机工质换热后进入热水预热器16对回水进行预热，热水预热器16中的低温烟气通过烟囱18外排；排烟风机15、热水预热器16、蒸发器17以及连接它们的管道组成中低温烟气管路，蒸发器17入口接发电机组3出口、出口接热水预热器16进口，热水预热器16出口经排烟风机15与烟囱18相连。
本实施例中，瓦斯中甲烷体积分数低于30％时选用低浓度发电机组，瓦斯中甲烷体积分数大于等于30％时选用高浓度发电机组。
本实施例中，所述输送安全保障系统1至少设有阻火泄爆、抑爆、阻爆三种不同原理的阻火防爆装置；阻火泄爆装置应选择水封阻火泄爆装置,抑爆装置可选择自动喷粉抑爆装置、细水雾输送抑爆装置和气水两相流输送抑爆装置中的一种；阻爆装置应选择自动阻爆装置；上述装置结构皆为现有技术，此处不再一一赘述；瓦斯经输送安全保障系统进行阻火防爆处理后进入净化装置2进行脱水、除尘处理；以满足发电机组3对瓦斯气体组分的要求。
本实施例中，所述瓦斯中甲烷的体积分数大于8％。
本实施例中，所述热水预热器16与烟囱18之间设置有排烟风机15。
本实施例中，所述透平机5为汽轮机、螺杆膨胀机中的一种，所述有机工质为甲苯、三氟二氯乙烷、丙烷、戊烷、异戊烷中的一种或几种的混合物。
本实施例中，所述透平机5的蒸汽出口设置有使蒸汽分成两路进行循环的三通调节阀4，调节三通调节阀4的开度实现对排气回热量的有效调节。
上述实施例中的瓦斯高效综合利用系统工作原理是：瓦斯首先进入输送安全保障装置1保障瓦斯输送的安全，然后通过净化装置2以满足发电机组对瓦斯气体组分的要求，最后进入发电机组3发电；烟气进入蒸发器17与有机工质换热后，进入热水预热器16对回水进行预热，最后经排烟风机15进入烟囱18外排；有机工质加压泵9将从有机工质储罐8出来的有机工质加压泵送入排气回热加热器7进行预热，然后进入蒸发器17与从发电机组3出来的烟气进行换热，有机工质蒸发生成具一定压力和温度的蒸汽，蒸汽进入透平(膨胀机)5做功，通过发电机6将机械能转化为电能，从透平(膨胀机)5出来的蒸汽通过三通调节阀4分为两路，一路进排气回热加热器7预热从有机工质储罐8出来经有机工质加压泵9加压的有机工质、另一路与从排气回热加热器7出来的工质流混合进入热水加热器13加热循环热水，最后进入冷凝器12冷凝并回流入有机工质储罐8，完成一次有机工质的循环；从热用户19来的回水经回水泵14加压泵送入热水预热器16进行预热，然后进入热水加热器13完成热水的加热；从冷却水塔10底部出来的水经过冷却水循环泵11加压后泵送入凝结器12冷却有机工质，最后返回冷却水塔10冷却。根据用户对供热负荷的需求，通过调节三通调节阀4的开度，可实现有机朗肯循环排气回热量的有效调节。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种瓦斯高效综合利用系统，其特征在于：包括瓦斯发电系统和利用发电机系统中产生的烟气余热供电和供热的有机工质循环发电系统，所述有机工质循环发电系统包括有机工质储存罐、排气回热加热器、蒸发器、透平机、热水加热器和冷凝器，将有机工质储罐中的有机工质加压泵送入排气回热加热器进行预热后进入蒸发器中与发电机系统中产生的烟气进行热交换，热交换产生的蒸汽进入透平机做功并通过发电机将机械能转化为电能，从透平机出来的蒸汽分成两路进行循环，一路进入排气回热加热器预热有机工质，另一路与从排气回热加热器出来的工质流混合进入热水加热器加热循环热水，最后经冷凝器冷凝并回流入有机工质储罐。
2.根据权利要求1所述的瓦斯高效综合利用系统，其特征在于：还包括与蒸发器循环连通的热水预热器和连通设置于热水预热器和热水加热器之间的热用户，流经热用户的回水经回水泵加压泵送入热水预热器进行预热后进入热水加热器。
3.根据权利要求1所述的瓦斯高效综合利用系统，其特征在于：还包括与冷凝器循环连通的用于冷却冷凝器中有机工质的冷却水塔。
4.根据权利求1所述的瓦斯高效综合利用系统，其特征在于：所述瓦斯发电系统包括输送安全保障系统、净化装置和发电机组，瓦斯先后经输送安全保障系统和净化装置处理后进入发电机组发电，发电后的烟气进入蒸发器与有机工质换热后进入热水预热器对回水进行预热，热水预热器中的低温烟气通过烟囱外排。
5.根据权利求4所述的瓦斯高效综合利用系统，其特征在于：瓦斯中甲烷体积分数低于30％时选用低浓度发电机组，瓦斯中甲烷体积分数大于等于30％时选用高浓度发电机组。
6.根据权利要求5所述的瓦斯高效综合利用系统，其特征在于：所述输送安全保障系统至少设有阻火泄爆、抑爆、阻爆三种不同原理的阻火防爆装置，瓦斯经输送安全保障系统进行阻火防爆处理后进入净化装置进行脱水、除尘处理。
7.根据权利要求6所述的瓦斯高效综合利用系统，其特征在于：所述瓦斯中甲烷的体积分数大于8％。
8.根据权利要求4所述的瓦斯高效综合利用系统，其特征在于：所述热水预热器与烟囱之间设置有排烟风机。
9.根据权利要求1-8任一权利要求所述的瓦斯高效综合利用系统，其特征在于：所述透平机为汽轮机、螺杆膨胀机中的一种，所述有机工质为甲苯、三氟二氯乙烷、丙烷、戊烷、异戊烷中的一种或几种的混合物。
10.根据权利要求9所述的瓦斯高效综合利用系统，其特征在于：所述透平机的蒸汽出口设置有使蒸汽分成两路进行循环的三通调节阀，调节三通调节阀的开度实现对排气回热量的有效调节。
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