CN106452186B - 一种地下煤火热能提取温差发电系统 - Google Patents

一种地下煤火热能提取温差发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种地下煤火热能提取温差发电系统，包括煤田火区(1)、煤田钻孔(2)、地下导热管路(3)、导热容器(4)，导热容器(4)上设有泄压装置(5)，还包括温差发电片组(6)和蓄电池(7)，其特征在于：所述的温差发电片组(6)设置在导热容器(4)的外侧壁上，所述的温差发电片组(6)的外侧设有冷端散热管(8)。本发明中温差发电片组是直接贴合在导热容器上，结构简单不需要多余的部件而且传热效率高，温差发电片组采用贴片式，最外层为冷端散热管，增加了热媒、冷媒与温差发电片组的接触面积，能够高效利用地下煤火的热能；温差发电系统工艺简单，能够很好的适应煤田火区的工程作业环境。

Description

一种地下煤火热能提取温差发电系统
技术领域
本发明属于煤田火区热能回收技术领域，具体是指一种地下煤火热能提取温差发电系统。
背景技术
地下煤火(Subsurface fire)是煤矿层由于人为因素或自燃形成的煤田火和矿井火的统称。在中国、美国、澳大利亚、印度、印尼等国普遍发生，地下煤火：①损失了大量的煤炭资源(全球约损失10亿吨/年，而当前世界煤炭消费量80亿吨/年)；②威胁采矿安全(地下煤火燃烧形成的塌陷与烧空区，严重影响原煤的开采进程与采矿安全，造成资源的阻滞甚至引发矿难)；③浪费大量能源(地下煤火燃烧的产生的能量约为1000GW/年，超过世界核电总容量400GW/年)；④破坏生态环境(每年地下煤火产生的CO2占世界CO2排放量的10％。煤火严重危及人类健康，造成呼吸系统疾病、皮肤癌、心脏病等一系列相关疾病；向空气中释放的有害化学物质长期积聚，如汞、硒等重金属和硫化物、PM2.5，污染空气、土地和水源)。
煤田火区对环境的影响不容忽视，造成了严重的①大气污染，向大气排放大量热量、有毒有害气体和温室气体；②水源污染，火区燃烧产生酸碱性化合物随着基岩裂隙水在山谷口、陡崖、陡坎处以泉水和矿井水等形式排除地表，或地下水不断运移；③地表植被破坏，火区地表温度急剧上升，破坏土壤原有的物理结构和性质，同时火区地表析出的硫酸盐和硫磺使土壤酸性增加，含硫量增高，植被无法生存；④潜在的地质灾害，浅部煤层和井下浮煤、煤柱等燃烧后形成烧空区，改变了煤层顶板及围岩的平衡状态，导致地面出现大量的燃烧裂隙、塌陷坑等，同时又为煤层燃烧提供了供氧通道，形成了“燃烧—塌陷—燃烧”的恶性循环，另外地表水土保持能力大幅下降，极易引起泥石流、滑坡等地质灾害。
尽管我国在煤火的研究领域已经取得长足的进步，获得了一批原创性的成果，但是在煤火基础理论研究、煤火控制等方面与澳大利亚、美国等发达国家相比，尚有较大的提升空间；另一方面来说，随着煤田火区的动态发展，部分地区的煤田火区规模和范围还在扩大，燃烧面积和规模仍在增加，现有的防灭火理论、技术及装备不能完全适应地下煤火的发展。综上所述，亟需国家在煤火防治方面加强持续投入与布局，实现煤火的高效防治与热能资源的有效利用。现有的煤火防治技术多是利用注浆或注液氮的方式进行灭火，阻止煤火的蔓延，但不能阻断地下煤火的能量积聚，多是治标不治本，起不到很好的效果。本发明将地下煤火热能提取发电，不但阻断了煤火的蔓延，而且将地下煤火积聚的能量加以利用，彻底阻断了煤火形成的条件，而且经济与环境效益明显，意义重大。
发明内容
本发明目的是，对于煤田地下煤火煤炭资源浪费、污染环境等问题，提供一种地下煤火热能提取温差发电系统，实现煤田地下煤火热能资源的回收利用，同时解决火区环境污染问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种地下煤火热能提取温差发电系统，包括煤田火区、设置在煤田火区上的煤田钻孔，所述的煤田钻孔内设有底部封闭的地下导热管路，所述的地下导热管路一端位于地下吸取热量另一端设有相通的导热容器，导热容器上设有泄压装置，还包括用于产生电量的温差发电片组和用于储存电量与温差发电片组连接的蓄电池，所述的温差发电片组设置在导热容器的外侧壁上，所述的温差发电片组的外侧设有冷端散热管，温差发电片组位于导热容器和冷端散热管之间，所述的冷端散热管上连接设有起散热作用的散热器和泵。
本发明与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明中温差发电片组是直接贴合在导热容器上，结构简单不需要多余的部件而且传热效率高，温差发电片组采用贴片式，最外层为冷端散热管，增加了热媒、冷媒与温差发电片组的接触面积，能够高效利用地下煤火的热能；温差发电系统工艺简单，能够很好的适应煤田火区的工程作业环境。
设有深入煤田火区的5个煤田钻孔，可以安装5个地下导热管路，可以提取更多的煤火热能，增大了对煤火热能的提取效率，提高了发电量；采用了高效率导热容器来保存热媒，温差发电片组采用贴片式，最外层为冷端散热管，增加了热媒、冷媒与温差发电片组的接触面积，能够高效利用地下煤火的热能；温差发电系统工艺简单，能够很好的适应煤田火区的工程作业环境；采用设计有多回路弯曲散热片的冷却水散热器，可以增大冷水的散热面积，加快散热，提高发电效率。
作为改进，所述地下导热管路的个数至少为两个且均与导热容器连接，所述的煤田钻孔有5个，设有5个地下导热管路，所述的地下导热管路包括一个位于中间的主要导热管路和四个均匀分布在四周的辅助导热管路，有深入煤田火区的5个煤田钻孔，可以安装5个地下导热管路，可以提取更多的煤火热能，增大了对煤火热能的提取效率，提高了发电量。
作为改进，所述的主要导热管路为长管路，辅助导热管路为短管路，主要导热管路可用于煤火热能利用完毕后地下煤火的注浆灭火封堵，四个辅助导热管路事后封堵即可，5个导热管路加大了热媒的流量，加快了地下热能利用速度，提高了发电效率。
作为改进，所述的泄压装置为自动泄压装置，包括用于测量导热容器内的压力传感器和自动泄压阀，当容器内压力过大时自动泄压阀自动泄压。
作为改进，所述的导热容器、地下导热管路和温差发电片组构成热端模块，所述的冷端散热管、温差发电片组、散热器和泵构成冷端模块，此种温差发电模块热媒、冷媒与温差发电片组接触面积大，热端导热迅速，冷端降温明显，煤火热能提取效率高。
作为改进，所述导热容器的侧壁为内凹或外凸结构，导热容器整体呈十字型结构，此种结构增大了温差发电片组与导热容器的接触面积，煤火热能提取效率高。
作为改进，所述的泵为可调节流量大小的泵，在具体使用时可根据导热容器的温度来调节冷媒的流量，提高温差发电模块的发电效率。
作为改进，所述的冷却水散热器中管路为多回路弯曲设计，可以增大冷水的散热面积，加快散热，提高发电效率。
作为改进，所述的温差发电片组覆盖在导热容器表面串并联结合组成。
附图说明
图1是本发明一种地下煤火热能提取温差发电系统的结构示意图。
图2是本发明一种地下煤火热能提取温差发电系统的俯视图。
图3是本发明一种地下煤火热能提取温差发电系统的温差发电片组的结构示意图。
如图所示：1、煤田火区，2、煤田钻孔，3、地下导热管路，3.1、主要导热管路，3.2、辅助导热管路，4、导热容器，5、泄压装置，6、温差发电片组，7、蓄电池，8、冷端散热管，9、散热器，10、泵，11、蓄电池电极。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
结合附图，一种地下煤火热能提取温差发电系统，包括煤田火区1、设置在煤田火区1上的煤田钻孔2，所述的煤田钻孔2内设有底部封闭的地下导热管路3，所述的地下导热管路3一端位于地下吸取热量另一端设有相通的导热容器4，导热容器4上设有泄压装置5，还包括用于产生电量的温差发电片组6和用于储存电量与温差发电片组6连接的蓄电池7，所述的温差发电片组6设置在导热容器4的外侧壁上，所述的温差发电片组6的外侧设有冷端散热管8，温差发电片组6位于导热容器4和冷端散热管8之间，所述的冷端散热管8上连接设有起散热作用的散热器9和泵10。
所述地下导热管路3的个数至少为两个且均与导热容器4连接。
所述的煤田钻孔2有5个，设有5个地下导热管路3，所述的地下导热管路3包括一个位于中间的主要导热管路3.1和四个均匀分布在四周的辅助导热管路3.2。
所述的主要导热管路3.1为长管路，辅助导热管路3.2为短管路。
所述的泄压装置5为自动泄压装置，包括用于测量导热容器4内的压力传感器和自动泄压阀。
所述的导热容器4、地下导热管路3和温差发电片组6构成热端模块，所述的冷端散热管8、温差发电片组6、散热器9和泵10构成冷端模块。
所述导热容器4的侧壁为内凹或外凸结构，导热容器4整体呈十字型结构。
所述的泵10为可调节流量大小的泵。
所述的冷却水散热器9中管路为多回路弯曲设计。
所述的温差发电片组6覆盖在导热容器4表面串并联结合组成。
在具体实施例中，本发明利用深入煤田的5个煤田钻孔安装地下导热管路，地下导热管路的上部设有联通有高效率导热容器，容器内注入热媒，热媒通过地下导热管路深入地下吸收地下煤火热量，通过热对流将热量带到高效率导热容器，使容器内的热媒升温。温差发电片组热端由高效率导热容器中的热媒供热，冷端则由冷却水散热器、水泵、冷端散热管和温差发电片组构成的冷端模块散热。温差发电片组输出的电能储存在蓄电池中。
本发明的装置可在煤田火区上设置多个用以回收热量，本系统结构简单实用，适用于工程作业环境，利用煤田火区的地下热能进行发电，避免了煤火蔓延和煤炭资源损失，经济与环境效益明显，意义重大。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种地下煤火热能提取温差发电系统，包括设置在煤田火区(1)上的煤田钻孔(2)，所述的煤田钻孔(2)内设有底部封闭的地下导热管路(3)，所述的地下导热管路(3)一端位于地下吸取热量另一端设有相通的导热容器(4)，导热容器(4)上设有泄压装置(5)，还包括用于产生电量的温差发电片组(6)和用于储存电量与温差发电片组(6)连接的蓄电池(7)，其特征在于：所述的温差发电片组(6)设置在导热容器(4)的外侧壁上，所述的温差发电片组(6)的外侧设有冷端散热管(8)，温差发电片组(6)位于导热容器(4)和冷端散热管(8)之间，所述的冷端散热管(8)上连接设有起散热作用的散热器(9)和泵(10)；所述的煤田钻孔(2)有5个，设有5个地下导热管路(3)，所述的5个地下导热管路(3)包括一个位于中间的主要导热管路(3.1)和四个均匀分布在四周的辅助导热管路(3.2)，所述的主要导热管路(3.1)为长管路，辅助导热管路(3.2)为短管路；所述导热容器(4)的侧壁为内凹或外凸结构，导热容器(4)整体呈十字型结构。
2.根据权利要求1所述的一种地下煤火热能提取温差发电系统，其特征在于：所述的泄压装置(5)为自动泄压装置，包括用于测量导热容器(4)内的压力传感器和自动泄压阀。
3.根据权利要求1-2任意一项所述的一种地下煤火热能提取温差发电系统，其特征在于：所述的泵(10)为可调节流量大小的泵。
4.根据权利要求1-2任意一项所述的一种地下煤火热能提取温差发电系统，其特征在于：所述的散热器(9)中管路为多回路弯曲设计。
5.根据权利要求1-2任意一项所述的一种地下煤火热能提取温差发电系统，其特征在于：所述的温差发电片组(6)覆盖在导热容器(4)表面串并联结合组成。
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