CN110145408A - 一种用于煤矿回收宽浓度瓦斯的综合供能系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于煤矿回收宽浓度瓦斯的综合供能系统及其运行方法，其特征在于，包括：掺混装置、蓄热氧化装置、湿物料干燥装置、除尘装置、内燃机、发电机、烟气型制冷机、余热锅炉、除氧器、吸收式热泵、蒸汽换热器和蒸汽型制冷机，内燃机和蓄热氧化装置产生的不同温度烟气进入余热锅炉来生产过热蒸汽分别驱动纯凝汽轮机和背压汽轮机做功发电，利用内燃机产生的烟气和被压汽轮机的排汽驱动不同的制冷机进行制冷，利用低温余热资源生产生活热水来满足煤矿用户需求，同时再结合蒸汽换热器，为煤矿用户进行供暖。本发明实现了蓄热氧化装置的高温烟气和内燃机的中高温烟气的热能梯级深度利用，满足了煤矿不同用户的热、电、冷等用能的需求。

Description

一种用于煤矿回收宽浓度瓦斯的综合供能系统及其运行方法

技术领域

本发明属于煤矿低浓度瓦斯利用、余热回收利用领域，具体涉及一种用于煤矿回收宽浓度瓦斯的综合供能系统及其运行方法。

背景技术

瓦斯是仅次于二氧化碳的主要温室气体，单位质量瓦斯所产生的温室效应相当于同质量二氧化碳的21倍。煤炭在开采中，往往同时伴生大量瓦斯气体，这是主要的瓦斯工业排放源之一，减少煤矿的瓦斯排放，可以有效减少温室气体的排放。同时，煤矿瓦斯的主要成分为甲烷，是优质洁净的气体能源。

我国是能源消费大国，2017年中国能源产量为359000万吨标准煤。近年来，我国未被利用的抽采瓦斯绝对量也呈逐年增加趋势，且总量巨大。未被利用的抽釆瓦斯，主要为浓度低于8%的超低浓度瓦斯。当前，我国每年通过通风瓦斯（乏风）排入大气的纯甲烷高达100～150亿Nm³，占到世界煤矿通风瓦斯甲烷排放量的70%，相当于1140万～1700万吨标准煤。如果将煤矿生产过程中的不同浓度的瓦斯收集起来加以利用，既可以有效地解决煤矿瓦斯事故，改善矿区生产生活条件，又有利于增加清洁能源供应、减少温室气体排放，达到保护生命、节约资源、保护环境的多重目标。但是，当前因国际清洁发展机制（CleanDevelopment Mechanism，CDM）收益大幅下降，煤矿利用单纯氧化乏风的项目无经济效益，例如重庆松藻矿务局和郑煤集团6万方乏风氧化项目均己停运。此外，蓄热氧化装置排出的热风氧含量相对高，可以充分进行回收用于满足其它用热需求，从而提高煤矿氧化乏风项目的整体经济性。

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：《一种矿区分布式煤矿瓦斯近零排放多联产供能系统》（专利号201310201440.9），本专利主要技术特征是：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。本专利技术局限性主要有：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。《一种回收利用通过瓦斯的分布式综合功能系统》（专利号201810876396.4），本专利主要技术特征是：利用瓦斯氧化产生高温烟气，一部分直接用于驱动烟气型吸收式制冷机组进行制冷，另一部分通过余热锅炉产生蒸汽驱动蒸汽轮机做功，再利用蒸汽轮机的抽汽来供热。本专利技术局限性主要有：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。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种设计合理，性能可靠，用于煤矿回收宽浓度瓦斯的综合供能系统及其运行方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该用于煤矿回收宽浓度瓦斯的综合供能系统，其特点在于，它包括：掺混装置、蓄热氧化装置、湿物料干燥装置、除尘装置、烟囱、内燃机、第一发电机、烟气型制冷机、第一余热锅炉、第二余热锅炉、纯凝汽轮机、第二发电机、凝汽器、冷却塔、背压汽轮机、第三发电机、除氧器、吸收式热泵、疏水换热器、烟气换热器、蒸汽换热器和蒸汽型制冷机，所述掺混装置设置有烟气进口、空气进口和瓦斯进口，所述掺混装置的烟气进口与蓄热氧化装置的低温烟气出口连接，且在掺混装置的烟气进口安装有第二阀门，所述掺混装置的空气进口连接有新鲜空气，且在掺混装置的空气进口安装有第一阀门，所述掺混装置的瓦斯进口连接有低浓度瓦斯，所述掺混装置的混合气出口与蓄热氧化装置的进气口连接，且在掺混装置的混合气出口安装有瓦斯浓度测量仪，所述蓄热氧化装置的低温烟气出口还通过低温烟气管与烟囱的进气口连接，且在低温烟气管上安装有第三阀门，所述蓄热氧化装置的高温烟气出口与第一余热锅炉的烟气进口连接，且在第一余热锅炉的烟气进口安装有第四阀门，所述第一余热锅炉的烟气出口与烟气换热器的烟气进口连接，且在第一余热锅炉的烟气出口安装有第十五阀门，所述蓄热氧化装置的高温烟气出口还通过第一高温烟气支管和第二高温烟气支管分别与湿物料干燥装置的进气口和第二余热锅炉的烟气进口连接，且在第一高温烟气支管、第二高温烟气支管和湿物料干燥装置的进气口分别安装有第五阀门、第六阀门和氧气浓度测量仪，所述湿物料干燥装置的出气口与除尘装置的进气口连接，所述除尘装置的出气口与烟囱的进气口连接，且在除尘装置的出气口安装有第七阀门，所述内燃机的瓦斯进口连接有其它浓度瓦斯，所述内燃机驱动第一发电机进行发电，所述内燃机的烟气出口与烟气型制冷机的烟气进口连接，且在烟气型制冷机的烟气进口安装有第八阀门，所述烟气型制冷机的烟气出口与烟气换热器的烟气进口连接，且在烟气型制冷机的烟气出口安装有第十一阀门，所述内燃机的烟气出口还通过第一中温烟气支管和第二中温烟气支管分别与湿物料干燥装置的进气口和第二余热锅炉的烟气进口连接，且在第一中温烟气支管和第二中温烟气支管上分别安装有第九阀门和第十阀门，所述第二余热锅炉的烟气出口与烟气换热器的烟气进口连接，且在第二余热锅炉的烟气出口安装有第十四阀门，所述除氧器的出水口同时与第一余热锅炉进水口和第二余热锅炉的进水口连接，且在第一余热锅炉进水口和第二余热锅炉的进水口分别安装有第十二阀门和第十三阀门，所述第一余热锅炉的蒸汽出口与纯凝汽轮机的进汽口连接，所述纯凝汽轮机驱动第二发电机进行发电，所述纯凝汽轮机的排汽口与凝汽器的乏汽进口连接，所述凝汽器的凝结水出口与除氧器的进水口连接，所述凝汽器的循环水进口同时与冷却塔的出水口和吸收式热泵的低温水出口连接，且在冷却塔的出水口和吸收式热泵的低温水出口分别安装有第十六阀门和第十九阀门，所述凝汽器的循环水出口同时与冷却塔的进水口和吸收式热泵的低温水进口连接，且在冷却塔的进水口和吸收式热泵的低温水进口分别安装有第十七阀门和第十八阀门，所述第二余热锅炉的蒸汽出口与背压汽轮机的进汽口连接，所述背压汽轮机的排汽口与吸收式热泵的进汽口连接，且在吸收式热泵的进汽口安装有第二十阀门，所述背压汽轮机驱动第三发电机进行发电，所述背压汽轮机的排汽口还同时与蒸汽换热器的进汽口和蒸汽型制冷机的进汽口连接，且在蒸汽换热器的进汽口和蒸汽型制冷机的进汽口分别安装有第二十一阀门和第三十三阀门，所述吸收式热泵的疏水出口与疏水换热器的疏水进口连接，且在吸收式热泵的疏水出口安装有第二十二阀门，所述疏水换热器的疏水进口还同时与蒸汽换热器的疏水出口和蒸汽型制冷机的疏水出口连接，且在蒸汽换热器的疏水出口和蒸汽型制冷机的疏水出口分别安装有第二十三阀门和第三十四阀门，所述疏水换热器的疏水出口与除氧器的进水口连接，且在疏水换热器的疏水出口安装有第二十四阀门，供热给水管同时与吸收式热泵的中温水进口、疏水换热器的低温水进口和烟气换热器的进水口连接，且在吸收式热泵的中温水进口、疏水换热器的低温水进口和烟气换热器的进水口分别安装有第二十五阀门、第二十六阀门和第二十七阀门，生活热水给管同时与吸收式热泵的中温水出口、疏水换热器的低温水出口和烟气换热器的出水口连接，且在吸收式热泵的中温水出口、疏水换热器的低温水出口和烟气换热器的出水口分别安装有第二十八阀门、第二十九阀门和第三十阀门，所述蒸汽换热器的进水口同时与吸收式热泵的中温水出口、疏水换热器的低温水出口和烟气换热器的出水口连接，且在蒸汽换热器的进水口安装有第三十一阀门，所述蒸汽换热器的出水口与采暖供水管连接，且在蒸汽换热器的出水口安装有第三十二阀门，供冷回水管同时与烟气型制冷机的进水口和蒸汽型制冷机的进水口连接，且在烟气型制冷机的进水口和蒸汽型制冷机的进水口分别安装有第三十七阀门和第三十五阀门，供冷供水管同时与烟气型制冷机的出水口和蒸汽型制冷机的出水口连接，且在烟气型制冷机的出水口和蒸汽型制冷机的出水口分别安装有第三十八阀门和第三十六阀门。

进一步而言，所述低浓度瓦斯的瓦斯浓度小于8%，所述其它浓度瓦斯的瓦斯浓度大于或等于8%，所述掺混装置输出的混合气中瓦斯浓度小于1.2%，输入湿物料干燥装置的混合烟气中氧气浓度低于该混合烟气温度下可燃湿物料自燃所需的氧气浓度值。

进一步而言，所述蓄热氧化装置的高温烟气侧同时与湿物料干燥装置、第一余热锅炉和第二余热锅炉连接，所述内燃机的烟气侧同时与湿物料干燥装置、烟气型制冷机和第二余热锅炉连接。

进一步而言，所述纯凝汽轮机为凝汽式汽轮机，纯凝汽轮机的排汽通过凝汽器凝结成凝结水，所述背压汽轮机为背压式汽轮机，背压汽轮机的排汽口同时与吸收式热泵、蒸汽换热器和蒸汽型制冷机连接。

进一步而言，所述烟气换热器的烟气进口同时与烟气型制冷机的烟气出口、第一余热锅炉的烟气出口和第二余热锅炉的烟气出口连接，所述疏水换热器的疏水进口同时与吸收式热泵的疏水出口、蒸汽换热器的疏水出口和蒸汽型制冷机的疏水出口连接，实现对各类设备排出烟气的余热和排出蒸汽疏水的余热的充分回收利用。

进一步而言，所述吸收式热泵、疏水换热器和烟气换热器为并联连接，加热来自供热给水管的供热水，然后通过生活热水给管为煤矿用户提供生活热水。

进一步而言，所述吸收式热泵、疏水换热器和烟气换热器先并联连接，然后与蒸汽换热器串联连接，加热来自供热给水管的供热水，然后通过采暖供水管为煤矿用户供暖。

所述的一种用于煤矿回收宽浓度瓦斯的综合供能系统的运行方法，其运行方法如下：

打开并调节第一阀门和第二阀门，低浓度瓦斯与新鲜空气和来自蓄热氧化装置的低温烟气在掺混装置中进行混合，形成瓦斯浓度小于1.2%的瓦斯混合气；

掺混装置输出的瓦斯混合气进入蓄热氧化装置中进行瓦斯氧化后形成低温烟气和高温烟气，打开并调节第三阀门和第四阀门，一部分低温烟气进入掺混装置中被循环利用，另一部分低温烟气通过烟囱对外排放，一部分高温烟气进入第一余热锅炉来生产过热蒸汽；

其它浓度瓦斯进入内燃机进行燃烧做功来驱动第一发电机发电，打开并调节第八阀门，内燃机排出的烟气一部分进入烟气型制冷机来生产制冷水，另外，打开并调节第七阀门、第五阀门和第九阀门，内燃机排出的烟气和蓄热氧化装置输出的高温烟气混合后进入湿物料干燥装置，然后通过除尘装置后由烟囱对外排放，打开并调节第六阀门和第十阀门，内燃机排出的烟气和蓄热氧化装置输出的高温烟气混合后进入第二余热锅炉生产过热蒸汽；

打开并调节第十一阀门、第十四阀门和第十五阀门，烟气型制冷机排出的烟气、第一余热锅炉排出的烟气和第二余热锅炉排出的烟气同时进入烟气换热器进行余热的深度回收利用；

第一余热锅炉输出的过热蒸汽进入纯凝汽轮机进行做功来驱动第二发电机发电，纯凝汽轮机的排汽进入凝汽器凝结形成凝结水，然后进入除氧器，此时，打开并调节第十二阀门和第十三阀门，除氧器中进行除氧后的给水分别进入第一余热锅炉和第二余热锅炉；

关闭第十六阀门和第十七阀门，打开第十八阀门和第十九阀门，来自凝汽器的低温循环水不再进入冷却塔，而是进入吸收式热泵；

第二余热锅炉输出的过热蒸汽进入背压汽轮机进行做功来驱动第三发电机发电，此时，打开并调节第二十阀门、第二十一阀门和第三十三阀门，背压汽轮机的排汽同时进入吸收式热泵、蒸汽换热器和蒸汽型制冷机来作为高温热源，然后，打开并调节第二十二阀门、第二十三阀门和第三十四阀门，吸收式热泵的蒸汽疏水、蒸汽换热器的蒸汽疏水和蒸汽型制冷机的蒸汽疏水同时进入疏水换热器来进一步回收利用蒸汽疏水的余热，最后，打开第二十四阀门，疏水换热器输出的疏水再返回至除氧器，进行循环利用；

打开并调节第二十五阀门、第二十六阀门、第二十七阀门、第二十八阀门、第二十九阀门和第三十阀门，来自供热给水管的供热水同时进入吸收式热泵、疏水换热器和烟气换热器中被第一级加热后通过生活热水给管为煤矿用户提供生活热水；

另外，打开并调节第三十一阀门和第三十二阀门，被第一级加热后的供热水还进入蒸汽换热器中被第二级加热后通过采暖供水管为煤矿用户供暖；

打开并调节第三十五阀门、第三十六阀门、第三十七阀门和第三十八阀门，来自供冷回水管的制冷水同时进入烟气型制冷机和蒸汽型制冷机进行降温后由供冷供水管对外输出供冷。

上述的一种用于煤矿回收宽浓度瓦斯的综合供能系统的运行方法中：

当外界无供暖需求时，此时，则关闭第二十一阀门、第二十三阀门、第三十一阀门和第三十二阀门，蒸汽换热器不再进行工作；

当外界无制冷需求时，此时，则关闭第八阀门、第十一阀门、第三十三阀门、第三十四阀门、第三十五阀门、第三十六阀门、第三十七阀门和第三十八阀门，烟气型制冷机和蒸汽型制冷机不再进行工作。

上述的一种用于煤矿回收宽浓度瓦斯的综合供能系统的运行方法中：

所述吸收式热泵、疏水换热器和烟气换热器均为独立运行；

此时，打开第十六阀门和第十七阀门，关闭第十八阀门、第十九阀门、第二十阀门、第二十五阀门和第二十八阀门，凝汽器的低温循环水不再进入吸收式热泵，而是进入冷却塔利用对外散热排放的方式进行冷却，来自供热给水管的供热水不再利用吸收式热泵进行加热；

此时，关闭第二十二阀门、第二十三阀门第二十六阀门、第二十九阀门和第三十四阀门，来自供热给水管的供热水不再利用疏水换热器进行加热；

此时，关闭第十一阀门、第十四阀门（46）、第十五阀门、第二十七阀门和第三十阀门，来自供热给水管的供热水不再利用疏水换热器进行加热。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：设计合理，结构简单，性能可靠，合理设计用于煤矿回收宽浓度瓦斯的综合供能系统及其运行方法，从而实现：（1）利用低温烟气作为低浓度瓦斯混合所需气源，一方面回收利用了低温烟气余热，另一方面节约了新鲜空气消耗，减少了空气压缩耗能。（2）利用内燃机排出的中温烟气和背压汽轮机排出的中低压蒸汽来驱动制冷机进行制冷，实现了热能的梯级利用，避免了高品质热能的浪费；（3）利用纯凝汽轮机的乏汽余热、余热锅炉的低温烟气余热以及不同设备输出的低温蒸汽疏水余热来生产生活热水及对采暖供水第一级加热，既实现了系统的低品位能充分回收利用，又降低了换热过程中的做功能力损失。因此，本发明具有非常大的实用价值。

附图说明

图1是本发明实施例中用于煤矿回收宽浓度瓦斯的综合供能系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1，本实施例中的用于煤矿回收宽浓度瓦斯的综合供能系统包括掺混装置1、蓄热氧化装置2、湿物料干燥装置3、除尘装置4、烟囱5、内燃机6、第一发电机7、烟气型制冷机8、第一余热锅炉9、第二余热锅炉10、纯凝汽轮机11、第二发电机12、凝汽器13、冷却塔14、背压汽轮机15、第三发电机16、除氧器17、吸收式热泵18、疏水换热器19、烟气换热器20、蒸汽换热器21和蒸汽型制冷机22。

本实施例中的掺混装置1设置有烟气进口、空气进口和瓦斯进口，掺混装置1的烟气进口与蓄热氧化装置2的低温烟气出口连接，且在掺混装置1的烟气进口安装有第二阀门32，掺混装置1的空气进口连接有新鲜空气102，且在掺混装置1的空气进口安装有第一阀门31，掺混装置1的瓦斯进口连接有低浓度瓦斯101，掺混装置1的混合气出口与蓄热氧化装置2的进气口连接，且在掺混装置1的混合气出口安装有瓦斯浓度测量仪33，蓄热氧化装置2的低温烟气出口还通过低温烟气管23与烟囱5的进气口连接，且在低温烟气管23上安装有第三阀门34，蓄热氧化装置2的高温烟气出口与第一余热锅炉9的烟气进口连接，且在第一余热锅炉9的烟气进口安装有第四阀门35，第一余热锅炉9的烟气出口与烟气换热器20的烟气进口连接，且在第一余热锅炉9的烟气出口安装有第十五阀门47。

本实施例中的蓄热氧化装置2的高温烟气出口还通过第一高温烟气支管24和第二高温烟气支管25分别与湿物料干燥装置3的进气口和第二余热锅炉10的烟气进口连接，且在第一高温烟气支管24、第二高温烟气支管25和湿物料干燥装置3的进气口分别安装有第五阀门36、第六阀门37和氧气浓度测量仪38，湿物料干燥装置3的出气口与除尘装置4的进气口连接，除尘装置4的出气口与烟囱5的进气口连接，且在除尘装置4的出气口安装有第七阀门39，内燃机6的瓦斯进口连接有其它浓度瓦斯103，内燃机6驱动第一发电机7进行发电，内燃机6的烟气出口与烟气型制冷机8的烟气进口连接，且在烟气型制冷机8的烟气进口安装有第八阀门40，烟气型制冷机8的烟气出口与烟气换热器20的烟气进口连接，且在烟气型制冷机8的烟气出口安装有第十一阀门43，内燃机6的烟气出口还通过第一中温烟气支管26和第二中温烟气支管27分别与湿物料干燥装置3的进气口和第二余热锅炉10的烟气进口连接，且在第一中温烟气支管26和第二中温烟气支管27上分别安装有第九阀门41和第十阀门42，第二余热锅炉10的烟气出口与烟气换热器20的烟气进口连接，且在第二余热锅炉10的烟气出口安装有第十四阀门46。

本实施例中的除氧器17的出水口同时与第一余热锅炉9进水口和第二余热锅炉10的进水口连接，且在第一余热锅炉9进水口和第二余热锅炉10的进水口分别安装有第十二阀门44和第十三阀门45，第一余热锅炉9的蒸汽出口与纯凝汽轮机11的进汽口连接，纯凝汽轮机11驱动第二发电机12进行发电，纯凝汽轮机11的排汽口与凝汽器13的乏汽进口连接，凝汽器13的凝结水出口与除氧器17的进水口连接，凝汽器13的循环水进口同时与冷却塔14的出水口和吸收式热泵18的低温水出口连接，且在冷却塔14的出水口和吸收式热泵18的低温水出口分别安装有第十六阀门48和第十九阀门51，凝汽器13的循环水出口同时与冷却塔14的进水口和吸收式热泵18的低温水进口连接，且在冷却塔14的进水口和吸收式热泵18的低温水进口分别安装有第十七阀门49和第十八阀门50，第二余热锅炉10的蒸汽出口与背压汽轮机15的进汽口连接，背压汽轮机15的排汽口与吸收式热泵18的进汽口连接，且在吸收式热泵18的进汽口安装有第二十阀门52，背压汽轮机15驱动第三发电机16进行发电，背压汽轮机15的排汽口还同时与蒸汽换热器21的进汽口和蒸汽型制冷机22的进汽口连接，且在蒸汽换热器21的进汽口和蒸汽型制冷机22的进汽口分别安装有第二十一阀门53和第三十三阀门65。

本实施例中的吸收式热泵18的疏水出口与疏水换热器19的疏水进口连接，且在吸收式热泵18的疏水出口安装有第二十二阀门54，疏水换热器19的疏水进口还同时与蒸汽换热器21的疏水出口和蒸汽型制冷机22的疏水出口连接，且在蒸汽换热器21的疏水出口和蒸汽型制冷机22的疏水出口分别安装有第二十三阀门55和第三十四阀门66，疏水换热器19的疏水出口与除氧器17的进水口连接，且在疏水换热器19的疏水出口安装有第二十四阀门56，供热给水管28同时与吸收式热泵18的中温水进口、疏水换热器19的低温水进口和烟气换热器20的进水口连接，且在吸收式热泵18的中温水进口、疏水换热器19的低温水进口和烟气换热器20的进水口分别安装有第二十五阀门57、第二十六阀门58和第二十七阀门59，生活热水给管29同时与吸收式热泵18的中温水出口、疏水换热器19的低温水出口和烟气换热器20的出水口连接，且在吸收式热泵18的中温水出口、疏水换热器19的低温水出口和烟气换热器20的出水口分别安装有第二十八阀门60、第二十九阀门61和第三十阀门62。

本实施例中的蒸汽换热器21的进水口同时与吸收式热泵18的中温水出口、疏水换热器19的低温水出口和烟气换热器20的出水口连接，且在蒸汽换热器21的进水口安装有第三十一阀门63，蒸汽换热器21的出水口与采暖供水管30连接，且在蒸汽换热器（21）的出水口安装有第三十二阀门64，供冷回水管71同时与烟气型制冷机（8）的进水口和蒸汽型制冷机22的进水口连接，且在烟气型制冷机8的进水口和蒸汽型制冷机22的进水口分别安装有第三十七阀门69和第三十五阀门67，供冷供水管72同时与烟气型制冷机8的出水口和蒸汽型制冷机22的出水口连接，且在烟气型制冷机8的出水口和蒸汽型制冷机22的出水口分别安装有第三十八阀门70和第三十六阀门68。

在本实施例中，低浓度瓦斯101的瓦斯浓度小于8%，其它浓度瓦斯103的瓦斯浓度大于或等于8%，掺混装置1输出的混合气中瓦斯浓度小于1.2%，输入湿物料干燥装置3的混合烟气中氧气浓度低于该混合烟气温度下可燃湿物料自燃所需的氧气浓度值。

在本实施例中，纯凝汽轮机11为凝汽式汽轮机，纯凝汽轮机11的排汽通过凝汽器13凝结成凝结水，背压汽轮机15为背压式汽轮机，背压汽轮机15的排汽口同时与吸收式热泵18、蒸汽换热器21和蒸汽型制冷机22连接。

在本实施例中，吸收式热泵18、疏水换热器10和烟气换热器20为并联连接，加热来自供热给水管29的供热水，并通过生活热水给管29为煤矿用户提供生活热水；然后吸收式热泵18、疏水换热器10和烟气换热器20同时与蒸汽换热器21串联连接，两次加热来自供热给水管29的供热水，并通过采暖供水管30为煤矿用户供暖。

本实施所涉及的用于煤矿回收宽浓度瓦斯的综合供能系统的运行方法如下：

在外界同时无采暖和制冷需求之时，运行方法如下：

打开并调节第一阀门31和第二阀门32，低浓度瓦斯101与新鲜空气102和来自蓄热氧化装置2的低温烟气在掺混装置1中进行混合，形成瓦斯浓度小于1.2%的瓦斯混合气；

掺混装置1输出的瓦斯混合气进入蓄热氧化装置2中进行瓦斯氧化后形成低温烟气和高温烟气，打开并调节第三阀门34和第四阀门35，一部分低温烟气进入掺混装置1中被循环利用，另一部分低温烟气通过烟囱5对外排放，一部分高温烟气进入第一余热锅炉9来生产过热蒸汽；

其它浓度瓦斯103进入内燃机6进行燃烧做功来驱动第一发电机7发电，打开并调节第七阀门39、第五阀门36和第九阀门41，内燃机6排出的烟气和蓄热氧化装置2输出的高温烟气混合后进入湿物料干燥装置3，然后再通过除尘装置4后由烟囱5对外排放，打开并调节第六阀门37和第十阀门42，内燃机6排出的烟气和蓄热氧化装置2输出的高温烟气混合后进入第二余热锅炉10来生产过热蒸汽；

打开并调节第十一阀门43、第十四阀门46和第十五阀门47，烟气型制冷机8排出的烟气、第一余热锅炉9排出的烟气和第二余热锅炉10排出的烟气同时进入烟气换热器20进行余热的深度回收利用；

第一余热锅炉9输出的过热蒸汽进入纯凝汽轮机11进行做功来驱动第二发电机12发电，纯凝汽轮机11的排汽进入凝汽器13凝结形成凝结水，然后进入除氧器17，此时，打开并调节第十二阀门44和第十三阀门45，除氧器17中进行除氧后的给水分别进入第一余热锅炉9和第二余热锅炉10；

关闭第十六阀门48和第十七阀门49，打开第十八阀门50和第十九阀门51，来自凝汽器13的低温循环水不再进入冷却塔14，而是进入吸收式热泵18；

第二余热锅炉10输出的过热蒸汽进入背压汽轮机15进行做功来驱动第三发电机16发电，此时，打开并调节第二十阀门52，背压汽轮机15的排汽进入吸收式热泵18来作为高温热源，然后，打开并调节第二十二阀门54，吸收式热泵18的蒸汽疏水再进入疏水换热器19来进一步回收利用蒸汽疏水的余热，最后，打开第二十四阀门56，疏水换热器19输出的疏水再返回至除氧器17，进行循环利用；

打开并调节第二十五阀门57、第二十六阀门58、第二十七阀门59、第二十八阀门60、第二十九阀门61和第三十阀门62，来自供热给水管29的供热水同时进入吸收式热泵18、疏水换热器19和烟气换热器20中被第一级加热后通过生活热水给管29为煤矿用户提供生活热水。

在当外界有制冷需求时，还需进行如下操作：

打开并调节第八阀门（40），内燃机（6）排出的烟气一部分进入烟气型制冷机（8）来生产制冷水，打开并调节第十一阀门43，烟气型制冷机8排出的烟气、第一余热锅炉9排出的烟气再进入烟气换热器20进行余热的深度回收利用；

打开并调节第三十三阀门65，背压汽轮机15的排汽还进入蒸汽型制冷机22来作为高温热源，然后，打开并调节第三十四阀门66，蒸汽型制冷机22的蒸汽疏水再进入疏水换热器19来进一步回收利用蒸汽疏水的余热；

此时，打开并调节第三十五阀门67、第三十六阀门68、第三十七阀门69和第三十八阀门70，来自供冷回水管71的制冷水同时进入烟气型制冷机8和蒸汽型制冷机22进行降温后由供冷供水管72对外输出供冷。

在当外界有采暖需求时，还需进行如下操作：

打开并调节第二十一阀门53，背压汽轮机15的排汽还进入蒸汽换热器21来作为高温热源，然后，打开并调节第二十三阀门55，蒸汽换热器21的蒸汽疏水再进入疏水换热器19来进一步回收利用蒸汽疏水的余热；

另外，打开并调节第三十一阀门63和第三十二阀门64，被第一级加热后的供热水还进入蒸汽换热器21中被第二级加热后通过采暖供水管30为煤矿用户供暖。

在本实施例的运行方法中，吸收式热泵18、疏水换热器19和烟气换热器20均为独立运行，具体操作如下：

打开第十六阀门48和第十七阀门49，关闭第十八阀门50、第十九阀门51、第二十阀门52、第二十五阀门57和第二十八阀门60，凝汽器13的低温循环水不再进入吸收式热泵18，而是进入冷却塔14利用对外散热排放的方式进行冷却，来自供热给水管29的供热水不再利用吸收式热泵18进行加热；

关闭第二十二阀门54、第二十三阀门55第二十六阀门58、第二十九阀门61和第三十四阀门66，来自供热给水管29的供热水不再利用疏水换热器19进行加热；

关闭第十一阀门43、第十四阀门46、第十五阀门47、第二十七阀门59和第三十阀门62，来自供热给水管29的供热水不再利用疏水换热器19进行加热。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于煤矿回收宽浓度瓦斯的综合供能系统，其特征在于，包括：掺混装置（1）、蓄热氧化装置（2）、湿物料干燥装置（3）、除尘装置（4）、烟囱（5）、内燃机（6）、第一发电机（7）、烟气型制冷机（8）、第一余热锅炉（9）、第二余热锅炉（10）、纯凝汽轮机（11）、第二发电机（12）、凝汽器（13）、冷却塔（14）、背压汽轮机（15）、第三发电机（16）、除氧器（17）、吸收式热泵（18）、疏水换热器（19）、烟气换热器（20）、蒸汽换热器（21）和蒸汽型制冷机（22），所述掺混装置（1）设置有烟气进口、空气进口和瓦斯进口，所述掺混装置（1）的烟气进口与蓄热氧化装置（2）的低温烟气出口连接，且在掺混装置（1）的烟气进口安装有第二阀门（32），所述掺混装置（1）的空气进口连接有新鲜空气（102），且在掺混装置（1）的空气进口安装有第一阀门（31），所述掺混装置（1）的瓦斯进口连接有低浓度瓦斯（101），所述掺混装置（1）的混合气出口与蓄热氧化装置（2）的进气口连接，且在掺混装置（1）的混合气出口安装有瓦斯浓度测量仪（33），所述蓄热氧化装置（2）的低温烟气出口还通过低温烟气管（23）与烟囱（5）的进气口连接，且在低温烟气管（23）上安装有第三阀门（34），所述蓄热氧化装置（2）的高温烟气出口与第一余热锅炉（9）的烟气进口连接，且在第一余热锅炉（9）的烟气进口安装有第四阀门（35），所述第一余热锅炉（9）的烟气出口与烟气换热器（20）的烟气进口连接，且在第一余热锅炉（9）的烟气出口安装有第十五阀门（47），所述蓄热氧化装置（2）的高温烟气出口还通过第一高温烟气支管（24）和第二高温烟气支管（25）分别与湿物料干燥装置（3）的进气口和第二余热锅炉（10）的烟气进口连接，且在第一高温烟气支管（24）、第二高温烟气支管（25）和湿物料干燥装置（3）的进气口分别安装有第五阀门（36）、第六阀门（37）和氧气浓度测量仪（38），所述湿物料干燥装置（3）的出气口与除尘装置（4）的进气口连接，所述除尘装置（4）的出气口与烟囱（5）的进气口连接，且在除尘装置（4）的出气口安装有第七阀门（39），所述内燃机（6）的瓦斯进口连接有其它浓度瓦斯（103），所述内燃机（6）驱动第一发电机（7）进行发电，所述内燃机（6）的烟气出口与烟气型制冷机（8）的烟气进口连接，且在烟气型制冷机（8）的烟气进口安装有第八阀门（40），所述烟气型制冷机（8）的烟气出口与烟气换热器（20）的烟气进口连接，且在烟气型制冷机（8）的烟气出口安装有第十一阀门（43），所述内燃机（6）的烟气出口还通过第一中温烟气支管（26）和第二中温烟气支管（27）分别与湿物料干燥装置（3）的进气口和第二余热锅炉（10）的烟气进口连接，且在第一中温烟气支管（26）和第二中温烟气支管（27）上分别安装有第九阀门（41）和第十阀门（42），所述第二余热锅炉（10）的烟气出口与烟气换热器（20）的烟气进口连接，且在第二余热锅炉（10）的烟气出口安装有第十四阀门（46），所述除氧器（17）的出水口同时与第一余热锅炉（9）的进水口和第二余热锅炉（10）的进水口连接，且在第一余热锅炉（9）的进水口和第二余热锅炉（10）的进水口分别安装有第十二阀门（44）和第十三阀门（45），所述第一余热锅炉（9）的蒸汽出口与纯凝汽轮机（11）的进汽口连接，所述纯凝汽轮机（11）驱动第二发电机（12）进行发电，所述纯凝汽轮机（11）的排汽口与凝汽器（13）的乏汽进口连接，所述凝汽器（13）的凝结水出口与除氧器（17）的进水口连接，所述凝汽器（13）的循环水进口同时与冷却塔（14）的出水口和吸收式热泵（18）的低温水出口连接，且在冷却塔（14）的出水口和吸收式热泵（18）的低温水出口分别安装有第十六阀门（48）和第十九阀门（51），所述凝汽器（13）的循环水出口同时与冷却塔（14）的进水口和吸收式热泵（18）的低温水进口连接，且在冷却塔（14）的进水口和吸收式热泵（18）的低温水进口分别安装有第十七阀门（49）和第十八阀门（50），所述第二余热锅炉（10）的蒸汽出口与背压汽轮机（15）的进汽口连接，所述背压汽轮机（15）的排汽口与吸收式热泵（18）的进汽口连接，且在吸收式热泵（18）的进汽口安装有第二十阀门（52），所述背压汽轮机（15）驱动第三发电机（16）进行发电，所述背压汽轮机（15）的排汽口还同时与蒸汽换热器（21）的进汽口和蒸汽型制冷机（22）的进汽口连接，且在蒸汽换热器（21）的进汽口和蒸汽型制冷机（22）的进汽口分别安装有第二十一阀门（53）和第三十三阀门（65），所述吸收式热泵（18）的疏水出口与疏水换热器（19）的疏水进口连接，且在吸收式热泵（18）的疏水出口安装有第二十二阀门（54），所述疏水换热器（19）的疏水进口还同时与蒸汽换热器（21）的疏水出口和蒸汽型制冷机（22）的疏水出口连接，且在蒸汽换热器（21）的疏水出口和蒸汽型制冷机（22）的疏水出口分别安装有第二十三阀门（55）和第三十四阀门（66），所述疏水换热器（19）的疏水出口与除氧器（17）的进水口连接，且在疏水换热器（19）的疏水出口安装有第二十四阀门（56），供热给水管（28）同时与吸收式热泵（18）的中温水进口、疏水换热器（19）的低温水进口和烟气换热器（20）的进水口连接，且在吸收式热泵（18）的中温水进口、疏水换热器（19）的低温水进口和烟气换热器（20）的进水口分别安装有第二十五阀门（57）、第二十六阀门（58）和第二十七阀门（59），生活热水给管（29）同时与吸收式热泵（18）的中温水出口、疏水换热器（19）的低温水出口和烟气换热器（20）的出水口连接，且在吸收式热泵（18）的中温水出口、疏水换热器（19）的低温水出口和烟气换热器（20）的出水口分别安装有第二十八阀门（60）、第二十九阀门（61）和第三十阀门（62），所述蒸汽换热器（21）的进水口同时与吸收式热泵（18）的中温水出口、疏水换热器（19）的低温水出口和烟气换热器（20）的出水口连接，且在蒸汽换热器（21）的进水口安装有第三十一阀门（63），所述蒸汽换热器（21）的出水口与采暖供水管（30）连接，且在蒸汽换热器（21）的出水口安装有第三十二阀门（64），供冷回水管（71）同时与烟气型制冷机（8）的进水口和蒸汽型制冷机（22）的进水口连接，且在烟气型制冷机（8）的进水口和蒸汽型制冷机（22）的进水口分别安装有第三十七阀门（69）和第三十五阀门（67），供冷供水管（72）同时与烟气型制冷机（8）的出水口和蒸汽型制冷机（22）的出水口连接，且在烟气型制冷机（8）的出水口和蒸汽型制冷机（22）的出水口分别安装有第三十八阀门（70）和第三十六阀门（68）。

2.根据权利要求1所述的用于煤矿回收宽浓度瓦斯的综合供能系统，其特征在于，所述低浓度瓦斯（101）的瓦斯浓度小于8%，所述其它浓度瓦斯（103）的瓦斯浓度大于或等于8%，所述掺混装置（1）输出的混合气中瓦斯浓度小于1.2%，输入湿物料干燥装置（3）的混合烟气中氧气浓度低于该混合烟气温度下可燃湿物料自燃所需的氧气浓度值。

3.根据权利要求1所述的用于煤矿回收宽浓度瓦斯的综合供能系统，其特征在于，所述蓄热氧化装置（2）的高温烟气侧同时与湿物料干燥装置（3）、第一余热锅炉（9）和第二余热锅炉（10）连接，所述内燃机（6）的烟气侧同时与湿物料干燥装置（3）、烟气型制冷机（8）和第二余热锅炉（10）连接。

4.根据权利要求1所述的用于煤矿回收宽浓度瓦斯的综合供能系统，其特征在于，所述纯凝汽轮机（11）为凝汽式汽轮机，纯凝汽轮机（11）的排汽通过凝汽器（13）凝结成凝结水，所述背压汽轮机（15）为背压式汽轮机，背压汽轮机（15）的排汽口同时与吸收式热泵（18）、蒸汽换热器（21）和蒸汽型制冷机（22）连接。

5.根据权利要求1所述的用于煤矿回收宽浓度瓦斯的综合供能系统，其特征在于，所述烟气换热器（20）的烟气进口同时与烟气型制冷机（8）的烟气出口、第一余热锅炉（11）的烟气出口和第二余热锅炉（10）的烟气出口连接，所述疏水换热器（19）的疏水进口同时与吸收式热泵（18）的疏水出口、蒸汽换热器（21）的疏水出口和蒸汽型制冷机（22）的疏水出口连接，实现对设备排出烟气的余热和排出蒸汽疏水的余热的充分回收利用。

6.根据权利要求1所述的用于煤矿回收宽浓度瓦斯的综合供能系统，其特征在于，所述吸收式热泵（18）、疏水换热器（10）和烟气换热器（20）为并联连接，加热来自供热给水管（29）的供热水，然后通过生活热水给管（29）为煤矿用户提供生活热水。

7.根据权利要求1所述的用于煤矿回收宽浓度瓦斯的综合供能系统，其特征在于，所述吸收式热泵（18）、疏水换热器（10）和烟气换热器（20）先并联连接，然后与蒸汽换热器（21）串联连接，加热来自供热给水管（29）的供热水，然后通过采暖供水管（30）为煤矿用户供暖。

8.一种如权利要求1-7中任一项所述的用于煤矿回收宽浓度瓦斯的综合供能系统的运行方法，其特征在于，所述运行方法如下：

打开并调节第一阀门（31）和第二阀门（32），低浓度瓦斯（101）与新鲜空气（102）和来自蓄热氧化装置（2）的低温烟气在掺混装置（1）中进行混合，形成瓦斯浓度小于1.2%的瓦斯混合气；

掺混装置（1）输出的瓦斯混合气进入蓄热氧化装置（2）中进行瓦斯氧化后形成低温烟气和高温烟气，打开并调节第三阀门（34）和第四阀门（35），一部分低温烟气进入掺混装置（1）中被循环利用，另一部分低温烟气通过烟囱（5）对外排放，一部分高温烟气进入第一余热锅炉（9）来生产过热蒸汽；

其它浓度瓦斯（103）进入内燃机（6）进行燃烧做功来驱动第一发电机（7）发电，打开并调节第八阀门（40），内燃机（6）排出的烟气一部分进入烟气型制冷机（8）来生产制冷水，另外，打开并调节第七阀门（39）、第五阀门（36）和第九阀门（41），内燃机（6）排出的烟气和蓄热氧化装置（2）输出的高温烟气混合后进入湿物料干燥装置（3），然后再通过除尘装置（4）后由烟囱（5）对外排放，打开并调节第六阀门（37）和第十阀门（42），内燃机（6）排出的烟气和蓄热氧化装置（2）输出的高温烟气混合后进入第二余热锅炉（10）来生产过热蒸汽；

打开并调节第十一阀门（43）、第十四阀门（46）和第十五阀门（47），烟气型制冷机（8）排出的烟气、第一余热锅炉（9）排出的烟气和第二余热锅炉（10）排出的烟气同时进入烟气换热器（20）进行余热的深度回收利用；

第一余热锅炉（9）输出的过热蒸汽进入纯凝汽轮机（11）进行做功来驱动第二发电机（12）发电，纯凝汽轮机（11）的排汽进入凝汽器（13）凝结形成凝结水，然后进入除氧器（17），此时，打开并调节第十二阀门（44）和第十三阀门（45），除氧器（17）中进行除氧后的给水分别进入第一余热锅炉（9）和第二余热锅炉（10）；

关闭第十六阀门（48）和第十七阀门（49），打开第十八阀门（50）和第十九阀门（51），来自凝汽器（13）的低温循环水不再进入冷却塔（14），而是进入吸收式热泵（18）；

第二余热锅炉（10）输出的过热蒸汽进入背压汽轮机（15）进行做功来驱动第三发电机（16）发电，此时，打开并调节第二十阀门（52）、第二十一阀门（53）和第三十三阀门（65），背压汽轮机（15）的排汽同时进入吸收式热泵（18）、蒸汽换热器（21）和蒸汽型制冷机（22）来作为高温热源，然后，打开并调节第二十二阀门（54）、第二十三阀门（55）和第三十四阀门（66），吸收式热泵（18）的蒸汽疏水、蒸汽换热器（21）的蒸汽疏水和蒸汽型制冷机（22）的蒸汽疏水同时进入疏水换热器（19）来进一步回收利用蒸汽疏水的余热，最后，打开第二十四阀门（56），疏水换热器（19）输出的疏水再返回至除氧器（17），进行循环利用；

打开并调节第二十五阀门（57）、第二十六阀门（58）、第二十七阀门（59）、第二十八阀门（60）、第二十九阀门（61）和第三十阀门（62），来自供热给水管（29）的供热水同时进入吸收式热泵（18）、疏水换热器（19）和烟气换热器（20）中被第一级加热后通过生活热水给管（29）为煤矿用户提供生活热水；

另外，打开并调节第三十一阀门（63）和第三十二阀门（64），被第一级加热后的供热水还进入蒸汽换热器（21）中被第二级加热后通过采暖供水管（30）为煤矿用户供暖；

打开并调节第三十五阀门（67）、第三十六阀门（68）、第三十七阀门（69）和第三十八阀门（70），来自供冷回水管（71）的制冷水同时进入烟气型制冷机（8）和蒸汽型制冷机（22）进行降温后由供冷供水管（72）对外输出供冷。

9.根据权利要求8所述的用于煤矿回收宽浓度瓦斯的综合供能系统的运行方法，其特征在于：

当外界无供暖需求时，则关闭第二十一阀门（53）、第二十三阀门（55）、第三十一阀门（63）和第三十二阀门（64），蒸汽换热器（21）不再进行工作；

当外界无制冷需求时，则关闭第八阀门（40）、第十一阀门（43）、第三十三阀门（65）、第三十四阀门（66）、第三十五阀门（67）、第三十六阀门（68）、第三十七阀门（69）和第三十八阀门（70），烟气型制冷机（8）和蒸汽型制冷机（22）不再进行工作。

10.根据权利要求8所述的用于煤矿回收宽浓度瓦斯的综合供能系统的运行方法，其特征在于：

所述吸收式热泵（18）、疏水换热器（19）和烟气换热器（20）均为独立运行；

此时，打开第十六阀门（48）和第十七阀门（49），关闭第十八阀门（50）、第十九阀门（51）、第二十阀门（52）、第二十五阀门（57）和第二十八阀门（60），凝汽器（13）的低温循环水不再进入吸收式热泵（18），而是进入冷却塔（14）利用对外散热排放的方式进行冷却，来自供热给水管（29）的供热水不再利用吸收式热泵（18）进行加热；

此时，关闭第二十二阀门（54）、第二十三阀门（55）第二十六阀门（58）、第二十九阀门（61）和第三十四阀门（66），来自供热给水管（29）的供热水不再利用疏水换热器（19）进行加热；

此时，关闭第十一阀门（43）、第十四阀门（46）、第十五阀门（47）、第二十七阀门（59）和第三十阀门（62），来自供热给水管（29）的供热水不再利用疏水换热器（19）进行加热。