CN108534380A - 一种基于温差发电装置的煤田火区热能提取与利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于温差发电装置的煤田火区热能提取与利用系统，包括热能提取系统、温差发电片组、回收装置、监测装置以及附属装置；热能提取系统包括煤田火区、设置在煤田火区中的垂直钻孔、导热管路、蒸气管路、耐高温抽气泵以及流量控制阀；温差发电片组由多组温差发电片串并联构成，通过改变温差发电片串并联连接方式，达到所需电压；回收装置由冷凝器、循环工质、泄压阀以及箱体组成，监测装置由温度传感器和液位传感器构成，附属装置包括网络线路和计算机。本发明利用热棒相变传热原理提取火区中的热能，采用温差发电装置转化热能，实现煤田火区热能的高效利用。

Description

一种基于温差发电装置的煤田火区热能提取与利用系统

技术领域

本发明涉及热能回收利用领域，涉及一种基于温差发电装置的煤田火区热能提取与利用系统。

背景技术

在全球范围内，世界上所有产煤国都不同程度地存在地下煤层燃烧现象。从20世纪开始，煤田火先后在英国、美国、印度、澳大利亚、印度尼西亚和中国形成灾害，其中以中国、美国以及印度煤火灾害最为严重。在我国煤田火区分布的范围比较广泛，火灾程度严重，火区的总面积达720km²，其中新疆煤田火区面积为992万m²。据估计，我国每年直接烧失煤炭储量超过2000万吨，间接破坏煤炭资源2亿吨，每年至少造成200亿元的经济损失。此外，煤田火区不仅烧毁大量的煤炭资源，造成地表下沉、土壤沙化等一系列问题，而且还会产生如CO等大量的有毒有害气体从而污染环境。煤田火区虽然燃烧温度高，范围大，但是其蕴含着巨大的热能。此外，常规的灭火技术如注浆或者注液氮等不考虑煤火热量的提取与利用，而是完全浪费煤火中蕴含的巨大能量。据统计，每年全世界煤火大约燃烧10亿t不可再生的煤炭资源，产生约1000GW的能量。

发明内容

本发明针对于煤田火区中的热能资源浪费、环境污染等问题，利用热棒相变传热原理提取火区中的热能，提出了一种基于温差发电装置的煤田火区热能提取与利用系统，采用温差发电装置转化热能，实现煤田火区热能的高效利用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于温差发电装置的煤田火区热能提取与利用系统，包括热能提取系统、温差发电片组、回收装置、监测装置以及附属装置；

所述热能提取系统包括煤田火区、设置在煤田火区中的垂直钻孔、导热管路、蒸气管路、耐高温抽气泵以及流量控制阀；

所述垂直钻孔中布置底部封闭的导热管路，导热管路的一端位于地下，用于吸取煤田火区热量，另一端位于地面上，顶端与蒸气管路相连，且所述导热管路上设有注液孔，导热管路的蒸气出口与注液口形成循环回路，以防止导热管路出现干涸现象，保证导热管路中循环工质充足；为了控制蒸气的流速，所述蒸气管路上布置有耐高温抽气泵以及可调节的流量控制阀，从而实现蒸气在蒸气管路中匀速流动，保证蒸气管路与温差发电片组的高效换热；

所述温差发电片组由多组温差发电片串并联构成，通过改变温差发电片串并联连接方式，达到所需电压；所述温差发电片包括热端换热器、温差发电材料、冷端换热器、翅片、蓄电池、冷却风扇和安装件；为了减少蒸气与温差发电片组之间的热交换能量损失，所述温差发电片紧贴在蒸气管路上，实现蒸气管路中的蒸气与导热性能高的热端换热器高效换热；所述冷端换热器上布置翅片，翅片与空气接触，所述冷端换热器下端布置小功率冷却风扇，致使冷端换热器与空气强制换热，极大限度地增大热端换热器与冷端换热器之间的温差，温差越大，发电效率越高，所述冷却风扇由温差发电片组自身供电；所述热端换热器与冷端换热器之间通过安装件固定两温差发电材料；所述蓄电池用于储存温差发电片组转化的电能；

所述回收装置由冷凝器、循环工质、泄压阀以及箱体组成，所述温差发电片组与箱体中间设置冷凝器，用于将携带热量的气体和液体冷凝成常温液体，然后流至箱体中；所述箱体采用密闭的长方体，内储存有循环工质，上部设置自动泄压阀，一旦压力超限，自动泄压；

所述监测装置由温度传感器和液位传感器构成，热端换热器与蒸气管路直接接触，冷端换热器上接有翅片以及采用冷却风扇强制降温，使用温度传感器实时监测热端换热器与冷端换热器的温度变化，通过调控流入导热管路中的循环工质的流量以及冷却风扇的风速保证热端换热器与冷端换热器之间的温差较大；液位传感器安装于箱体中，用于实时监测箱体中循环工质的液面变化；

所述附属装置包括网络线路和计算机；将温度传感器以及液位传感器实时监测的数据通过网络线路传输至主机，主机对其进行转换分析处理后通过网络线路将信号传输到计算机，通过计算机观察温差发电片组热端换热器和冷端换热器的温度变化以及箱体中循环工质的液面变化状况，进而调整蒸气管路中的蒸气以及流入导热管路中的循环工质流速，从而保证发电效率的最大化。

为了防止煤田火区垂直钻孔塌孔，所述垂直钻孔内设有套孔。

本发明具有以下有益效果：

利用热棒相变传热原理提取火区中的热能，采用温差发电装置转化热能，实现煤田火区热能的高效利用。

附图说明

图1为本发明实施例一种基于温差发电装置的煤田火区热能提取与利用系统的整体结构示意图。

图2为本发明实施例的局部结构示意图。

图3为本发明实施例中的冷却风扇供电示意图

图中：1-煤田火区；2-钻孔；3-导热管路；4-蒸气管路；5-耐高温抽气泵；6-流量控制阀；7-温差发电片组；8-翅片；9-温度传感器；10-冷却风扇；11冷凝器；12-循环工质；13-泄压阀；14-箱体；15-液位传感器；16-注液管路；17-网络线路；18-计算机；19-热端换热器；20-温差发电材料；21-冷端换热器；22-安装件；23-蓄电池。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-图3所示，本发明实施例的一种基于温差发电装置的煤田火区热能提取与利用系统，包括热能提取系统、温差发电片组、回收装置、监测装置以及附属装置；

热能提取系统包括煤田火区1、设置在煤田火区中的垂直钻孔2、导热管路3、蒸气管路4、耐高温抽气泵5以及流量控制阀6等。为了防止煤田火区垂直钻孔2塌孔，在垂直钻孔2内设有套孔；所述垂直钻孔2中布置底部封闭的导热管路3，导热管路3的一端位于地下吸取煤田火区1热量，另一端位于地面上，顶端与蒸气管路4相连，并且在导热管路3上设有注液孔，导热管路3的蒸气出口与注液口形成循环回路，以防止导热管路3出现干涸现象，保证导热管路3中循环工质12充足；为了控制蒸气的流速，在蒸气管路4上布置有耐高温抽气泵以及可调节的流量控制阀5，从而实现蒸气在蒸气管路4中匀速流动，保证蒸气管路4与温差发电片组7的高效换热。

温差发电片组7由多组温差发电片串、并联构成，通过改变温差发电片串并联连接方式，达到所需电压。温差发电片主要由热端换热器19、温差发电材料20、冷端换热器21、翅片8、蓄电池23、冷却风扇10和安装件22等组成。为了减少蒸气与温差发电片组7之间的热交换能量损失，将温差发电片组7紧贴在蒸气管路4上，实现蒸气管路4中的蒸气与导热性能高的热端换热器19高效换热；为了降低冷端换热器21的温度，在冷端换热器21上布置翅片8，翅片8与空气接触，所述冷端换热器下端布置冷却风扇10，致使冷端换热器21与空气强制换热，极大限度地增大热端换热器19与冷端换热器21之间的温差，温差越大，发电效率越高，冷却风扇10由温差发电片组7自身供电；为了高效利用热能，提高发电量，在热端换热器19与冷端换热器21之间布置两个发电性能好的温差发电材料20，并使用安装件22固定；蓄电池23用于储存温差发电片组7转化的电能。

回收装置由冷凝器11、循环工质12、泄压阀13、以及箱体14组成。为了防止蒸气在通过温差发电片组7后依旧存在部分携带热量的蒸气，在温差发电片组7与箱体14中间设置冷凝器11，将携带热量的气体和液体冷凝成常温液体，流至箱体14中；箱体14设计成一个密闭的长方体，用于承装循环工质12；为了防止箱体内部压力过大，在箱体14上部设置自动泄压阀13，一旦压力超限，自动泄压。

监测装置由温度传感器9和液位传感器15构成。热端换热器19与蒸气管路4直接接触，冷端换热器21上接有翅片8以及采用冷却风扇10强制降温，使用温度传感器9实时监测热端换热器19与冷端换热器21的温度变化，通过调控流入导热管路3中的循环工质12的流量以及冷却风扇10的风速，保证热端换热器19与冷端换热器21之间的温差较大；液位传感器15安装于箱体14中，实时监测箱体14中循环工质12的液面变化。

附属装置包括网络线路17、计算机18。将温度传感器9以及液位传感器15实时监测的数据通过网络线路17传输至主机，主机对其进行转换分析处理后通过网络线路17将信号传输到计算机18，通过计算机18观察温差发电片组热端换热器19和冷端换热器21的温度变化以及箱体14中循环工质12的液面变化状况，进而调整蒸气管路4中的蒸气以及流入导热管路3中的循环工质12流速，从而保证发电效率的最大化。

本具体实施例的工作原理为：在已有的煤田火区注浆孔或者在煤田火区1中布置新垂直钻孔2，在垂直钻孔2中布置超长导热管路3。导热管路3下端接触煤田火区1高温区域，导热管路3中的循环工质12吸收煤田火区热能，由液态转变为气态，在耐高温抽气泵5以及流量控制阀6的作用下，匀速的在蒸气管路4中流动，流经温差发电片组7时，温差发电片的热端换热器19与蒸气管路4中的工质蒸气高效换热，热端换热器19温度上升，两边的冷端换热器21上接有翅片8以及采用冷却风扇10强制降温，降低冷端换热器21上的温度，致使在温差发片材料20两端形成温差，用于发电，在温差发电片组7的热端换热器19和冷端换热器21分别布置温度传感器9，感知热端换热器19和冷端换热器21温度变化，通过网络线路17传输至主机，主机对其进行转换分析处理后再通过网络线路17将信号传输到计算机18，实现其温度的实时监测。蒸气通过温差发电片组后7进入冷凝器11中液化，流入箱体14中，在箱体14中，安装有液位传感器15，监测箱体14中循环工质12的液面变化，从而控制流入导热管路3中的循环工质12流速，箱体14下端与注液管路16相连，在流量控制阀6的作用下，循环工质12经由注液管路16匀速流入导热管路3中，形成循环，无需外部动力推动。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于温差发电装置的煤田火区热能提取与利用系统，其特征在于：包括热能提取系统、温差发电片组、回收装置、监测装置以及附属装置；

所述热能提取系统包括煤田火区、设置在煤田火区中的垂直钻孔、导热管路、蒸气管路、耐高温抽气泵以及流量控制阀；所述垂直钻孔中布置底部封闭的导热管路，导热管路的一端位于地下，用于吸取煤田火区热量，另一端位于地面上，顶端与蒸气管路相连，且所述导热管路上设有注液孔，导热管路的蒸气出口与注液口形成循环回路，所述蒸气管路上布置有耐高温抽气泵以及可调节的流量控制阀，从而实现蒸气在蒸气管路中匀速流动，保证蒸气管路与温差发电片组的高效换热；

所述温差发电片组由多组温差发电片串并联构成，通过改变温差发电片串并联连接方式，达到所需电压；所述温差发电片包括热端换热器、温差发电材料、冷端换热器、翅片、蓄电池、冷却风扇和安装件；所述温差发电片紧贴在蒸气管路上，实现蒸气管路中的蒸气与导热性能高的热端换热器高效换热；所述冷端换热器上布置翅片，翅片与空气接触，所述冷端换热器下端布置小功率冷却风扇，致使冷端换热器与空气强制换热；所述热端换热器与冷端换热器之间通过安装件固定两温差发电材料；所述蓄电池用于储存温差发电片组转化的电能；

所述回收装置由冷凝器、循环工质、泄压阀以及箱体组成，所述温差发电片组与箱体中间设置冷凝器，用于将携带热量的气体和液体冷凝成常温液体，然后流至箱体中；所述箱体采用密闭的长方体，内储存有循环工质，上部设置自动泄压阀，一旦压力超限，自动泄压；

所述监测装置由温度传感器和液位传感器构成，所述温度传感器用于实时监测热端换热器与冷端换热器的温度变化，通过调控流入导热管路中的循环工质的流量以及冷却风扇的风速保证热端换热器与冷端换热器之间的温差较大；所述液位传感器安装于箱体中，用于实时监测箱体中循环工质的液面变化；

所述附属装置包括网络线路和计算机；将温度传感器以及液位传感器实时监测的数据通过网络线路传输至主机，主机对其进行转换分析处理后通过网络线路将信号传输到计算机，通过计算机观察温差发电片组热端换热器和冷端换热器的温度变化以及箱体中循环工质的液面变化状况，进而调整蒸气管路中的蒸气以及流入导热管路中的循环工质流速，从而保证发电效率的最大化。

2.如权利要求1所述的一种基于温差发电装置的煤田火区热能提取与利用系统，其特征在于：所述垂直钻孔内设有套孔。

3.如权利要求1所述的一种基于温差发电装置的煤田火区热能提取与利用系统，其特征在于：所述冷却风扇由温差发电片组自身供电。