CN201007231Y - 煤矿瓦斯发动机的矿井能量综合利用装置 - Google Patents

Abstract

煤矿瓦斯发动机的矿井能量综合利用装置，包括瓦斯发动机(1)，瓦斯发动机带动的包括压缩机(4)、蒸发器(6)、冷凝器和节流阀(5)构成的蒸汽压缩式制冷机组或发电机，制冷机组或发电机输出连接矿井冷却塔，矿井排水循环水泵和矿区空调或生活热负荷中心，设有瓦斯发动机尾气吸收式制冷机组，瓦斯发动机设有冷却水热换热器，瓦斯发动机的尾气作为热源连接尾气吸收式制冷机组的热源输入端，吸收式制冷机组的冷量输出部分接矿区空调。还设有冷却塔，空气水热交换器；矿井空调冷却水循环系统将矿井排水作为冷却水源。矿井空调冷却水循环系统将处理后的矿井排水作为冷却水源的输入端并联冷却塔，并设有自动三通调节阀进行水温调节。

Description

煤矿瓦斯发动机的矿井能量综合利用装置

技术领域

本实用新型涉及瓦斯发动机的能量综合利用技术，也涉及热泵技术和制冷技术，以及煤矿矿井的能量利用。尤其涉及煤矿瓦斯发动机能量综合高效利用装置。

背景技术

早在80年代，政府就把煤矿瓦斯的利用工作正式纳入“中国节能基本建设投资计划。”同时将煤层气的勘探开发研究列入“八五”科技发展攻关项目；1996年颁布的《中华人民共和国煤炭法》明确规定“中国政府鼓励开发利用煤层气”；1998年实施的《当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录》以及《鼓励外商投资产业目录》也将煤层气的勘探、开发和利用列入其中；在《中国二十一世纪议程——中国二十一世纪人口、环境与发展白皮书》中，明确中国能源与环境发展的战略政策为：“贯彻开发与节约并重的方针，改善能源结构与布局，能源工业的发展以煤炭为基础，积极开发石油天然气(含煤层气)，依靠科技进步，提高能源效率，合理利用能源资源，减少环境污染。”还明确“开发利用煤层气资源，引进井下或地面直接开采煤层气和煤层气利用技术，控制煤矿向大气排放温室气体”；

目前煤矿瓦斯利用的主要方式为，民用、发电、供热，最近几年瓦斯电站在国内有不少建成，并且有部分地方实行或开始实行瓦斯电站热电冷三联供。主要流程为利用适当溶度的瓦斯与空气混合带动瓦斯发动机，再用瓦斯发动机带动发电机发电，从瓦斯发动机组排出来的高温尾气经过换热器换热制得高温热水或蒸汽，用高温热水或蒸汽夏天带动溴化锂吸收式制冷机组制冷，冬天供热。

这种热电冷联供装置，有效的利用了瓦斯的能量并以此产生的电能、热能、冷水为煤矿服务，但是这种装置的能量利用效率并没有并不是很高。而且溴化锂机组产生的7摄氏度左右的冷水和12摄氏度的回水无法满足煤矿井下制冷降温所需要的温差的要求，而氨气吸收式制冷机组由于氨气容易泄漏且具有较强毒性所以一般不提倡民用。

目前一般的溴化锂机组的冷却水是通过冷却塔制得，冷却塔一方面需要设备投资另一方面还需要消耗不少的循环水泵的电能。而煤矿井下的大量排水没有得到有效的热量或者冷量的利用。

在瓦斯发动机的冷却水能量的利用方面，目前的装置一般是通过换热装置获得生活热水加以利用，但这种方法没有充分利用发动机冷却水较高位的热量。

另一方面，内燃机热泵技术在国外已经有了相当规模的应用，国内也有部分场合使用了内燃机热泵，这几年内燃机热泵技术已经发展的比较成熟。但是这些内燃机热泵机组主要用于制冷降温没有特殊要求的场合，对于煤矿井下制冷降温这样的特殊制冷需求，普通的内燃机热泵不能够很好的满足需求。

发明内容

本实用新型目的是：提出一种瓦斯发动机的能量综合利用装置，为了提高煤矿企业利用瓦斯热电冷联供的能源利用效率，以及煤矿企业特有的井下制冷降温的需要，和充分利用煤矿井下排水的冷量或热量。

本实用新型目的还在于：提供一种高效利用瓦斯能量及矿井排水能量的装置，利用本装置能够更加节能环保的进行煤矿井下制冷降温和煤矿地面建筑制冷降温、以及煤矿地面建筑采暖及供热。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案概述如下：

本实用新型目的是这样实现的，煤矿瓦斯发动机的矿井能量综合利用装置，包括瓦斯发动机1，瓦斯发动机带动的发电机或蒸汽压缩式制冷机组(包括压缩机4，蒸发器6，冷凝器7，节流阀5)，冷却塔，矿井排水循环水泵和矿用冷热负荷中心，瓦斯发动机尾气吸收式制冷机组3，蒸汽压缩式制冷机组冷凝器设有热回收换热器，瓦斯发动机设有冷却水热换热器。煤矿瓦斯发动机驱动蒸汽压缩式制冷机组或发电机，瓦斯发动机的尾气以及发动机冷却水作为热源连接吸收式制冷机组的热源输入端，吸收式制冷机组的冷量输出部分接矿井地面空调等矿用冷热负荷中心，吸收式制冷机组的冷量输出管并联连接接蒸汽压缩式制冷机组的蒸发器。用于进一步制得更低温度的冷媒水以满足井下制冷降温的需求。

吸收式制冷机组还设有尾气-水换热器；蒸汽压缩制冷机组的冷凝端的热回收换热器连接发动机冷却水热换热器再连接尾气-水换热器，并连接热量输出管道后连接矿区生活热负荷中心。发动机冷却水端设有吸收式制冷机组，吸收式制冷机组的输入热媒回水端设有热回收换热器，还设有发动机冷却水热换热器。吸收式制冷机组产生的冷媒水部分连接蒸汽压缩式制冷机组以制取更低温度的冷媒水。矿井空调的冷却水循环系统连接矿井排水管道作为冷却水源。矿井空调冷却水循环系统设有冷却塔，矿井空调冷却水循环系统将处理后的矿井排水作为冷却水源的输入端并联到冷却塔，冷却水源进口处设有水温调节的自动三通调节阀。蒸汽压缩式制冷机组的冷凝端设有热回收换热器。

蒸汽压缩式制冷机组冷凝端热回收换热器、发动机冷却水循环系统热换热器和尾气-水换热器串联运行，矿井低温回水依次进入以上换热器。温度逐渐升高。三通调节阀为根据温度变化调节流量自动三通调节阀

矿井空调冷却水循环系统将矿井排水作为冷却水源。矿井空调冷却水循环系统将处理后的矿井排水作为冷却水源的输入端并联冷却塔，并设有自动三通调节阀进行水温调节。蒸汽压缩式制冷机组的冷凝端设有热回收换热器。

与冷却塔匹配的空气水热交换器，自动三通调节阀。蒸汽压缩制冷机组的冷凝端的热回收换热器及发动机冷却水热换热器及尾气-水换热器接热媒至热量输出管道。

本实用新型的具体工作方式是：

夏季井下和地面同时需要制冷且地面需要提供洗浴生活热水时，装置的工作方式为，瓦斯发动机带动压缩机工作，瓦斯发动机的冷却水带动发动机冷却水吸收式制冷机组制冷，瓦斯发动机的尾气带动瓦斯尾气吸收式制冷机组工作，发动机冷却水吸收式制冷机组和尾气吸收式制冷机组产生的7摄氏度的冷水并联，冷水一部分通过地面循环水泵供地面建筑制冷降温，另一部分进入正气压缩式制冷机组的蒸发器，经一步制得温度更低的冷水(或其他合适的冷媒)，以满足井下制冷降温的要求。常温的生活给水首先经过蒸汽压缩制冷机组的冷凝端的热回收换热器在经过发动机冷却水热换热器最后再通过尾气-水换热器得到适合温度的生活热水供矿区洗浴用水。处理后的矿井排水由水泵首先经过蒸汽压缩制冷机组的冷凝器然后经过吸收式制冷机组的冷凝端，最后通过瓦斯发动机冷却换热器，矿井排水经过上述几个换热器时均设有旁同管路和阀门，当矿井排水量较少或缺少的冷却水量由矿井喷泉循环水或冷却塔提供，以便整个机组的灵活稳定的工作。

冬季煤矿井下仍需制冷降温，地面建筑需要采暖，并需要提供生活热水时，装置的工作方式为，瓦斯发动机带动压缩机工作，井下制冷降温回水先经过空气水换热器将热量先放热给大气充分利用自然冷源冷量，不足冷量部分由蒸汽压缩制冷机组提供，当过渡季节井下制冷降温回水温度低于环境温度高于7摄氏度时适当的开启吸收式制冷机组利用吸收式制冷机组将回水温度降到7摄氏度再进入蒸汽压缩制冷机组制取合适温度的井下制冷降温用冷水(或其他合适的冷媒)。采暖回水经过蒸汽压缩制冷机组的冷凝端的热回收换热器在发动机冷却水换热器然后再经过尾气-水换热器制得合适温度的采暖热水，生活热水制取为，生活热水通过洗浴热水换热器与供热回水换热，得到适合温度的生活热水供矿区洗浴用水。

以上的各个换热器之间可以用专用的管路和阀门连接，以便根据不同的运行状态和实际情况调节转换，以最合适经济的组合方式工作。

本实用新型的最大特点在于，1、能够将溴化锂吸收式制冷机组得到的7摄氏度左右的冷水，进入正气压缩式制冷机组进而得到更低温度的冷冻水，以更好的满足井下制冷降温需求；2、瓦斯发动机出口的高温尾气直接进入尾气吸收式制冷机组；3、发动机冷却水带动冷却水吸收式制冷机组，以充分利用其高位的能量；4、充分利用了井下排水的冷量(或热量)；5、在蒸汽压缩式制冷机组的冷凝端设有热回收换热器，以回收冷凝热；6、在采暖的回水管上设有生活热水制取热交换器，更好的利用回水热量并实行了分水质供水。

附图说明

图1本实用新型工作原理及系统示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。如图1所示，本实用新型实施示例，由瓦斯发动机1、发动机冷却水吸收式制冷机组2、瓦斯发动机尾气吸收式制冷机组3、压缩机4、节流阀5、蒸发器6、冷凝器7、热泵机组热回收换热器8、发动机冷却水热回收换热器9、尾气-水换热器10、冷却塔11、空气-水换热器12、洗浴热水换热器13、自动三通调节阀R1~R7，组成。

夏季当煤矿井下和地面建筑同时需要制冷降温且地面需要提供洗浴生活热水时，装置的工作方式为，瓦斯发动机1带动压缩机2工作，瓦斯发动机的冷却水带动发动机冷却水吸收式制冷机组3制冷，瓦斯发动机的尾气带动瓦斯尾气吸收式制冷机组4工作，发动机冷却水吸收式制冷机组和尾气吸收式制冷机组产生的7摄氏度的冷水并联，冷水一部分通过地面循环水泵供地面建筑制冷降温，另一部分进入正气压缩式制冷机组的蒸发器6，经一步制得温度更低的冷水(或其他合适的冷媒)，以满足井下制冷降温的要求。常温的生活给水首先经过蒸汽压缩制冷机组的冷凝端的热回收换热器8在经过发动机冷却水热换热器9最后再通过尾气-水换热器10得到适合温度高温热水，在经过洗浴热水换热器13制取生活热水供矿区洗浴用水。处理后的矿井排水由水泵首先经过蒸汽压缩制冷机组的冷凝器7然后经过吸收式制冷机组的冷凝端充分吸收冷凝温度后外排，矿井排水经过上述几个换热器时均设有旁同管路和自动三通调节阀门，当矿井排水量较少或缺少的冷却水量由矿井喷泉循环水或冷却塔提供11，以便整个机组的灵活稳定的工作。

冬季煤矿井下仍需制冷降温，地面建筑需要采暖，并需要提供生活热水时，装置的工作方式为，井下制冷降温回水先经过空气水换热器12将热量先放热给大气，充分利用自然冷源冷量，回水温度降到一定温度后经过蒸发器6，与蒸发器换热后可以得到温度更低的冷水(或其他合适的冷媒)，供井下制冷降温。采暖回水经过蒸汽压缩制冷机组的冷凝端的热回收换热器8在经过发动机冷却水热换热器9最后再通过尾气-水换热器10得到适合温度高温热水供煤矿地面建筑采暖，采暖的回水在经过洗浴热水换热器13制取生活热水供矿区洗浴用水。

当过渡季节井下制冷降温回水温度低于环境温度相对较高时适当的开启吸收式制冷机组利用吸收式制冷机组将回水温度降到7摄氏度再进入蒸汽压缩制冷机组制取合适温度的井下制冷降温用冷水(或其他合适的冷媒)。

如果在无需井下制冷降温需求的矿井，本装置的工作方式为，夏季蒸汽压缩式制冷机组，与吸收式制冷机组并联运行制取7摄氏度左右的冷水，供地面建筑制冷降温。生活热水制备方法同上。处理后的矿井排水首先经过冷凝器7温度升高到32摄氏度左右在进入吸收式制冷机组的冷凝器后外排，不足部分由冷却塔提供。冬季工作方式为，瓦斯发动机带动压缩机工作，处理后的矿井排水进入蒸发器6，供热回水首先经过冷凝器7然后在经过发动机冷却水热换热器9最后再通过尾气-水换热器10得到适合温度高温热水供煤矿地面建筑采暖，采暖的回水在经过洗浴热水换热器13制取生活热水供矿区洗浴用水。机组的特点就是热泵同瓦斯发动机余热换热器联合供热和充分提取矿井排水中的热量，以达到一个较高的能量利用效率。

综上所述，本实用新型提供了一种结合煤矿企业自身特点的，高效环保的利用煤矿瓦斯能量和矿井排水冷量(或热量)装置，变废为宝，本实用新型在高瓦斯矿井的推广必将为煤矿企业带来巨大的经济效益。

Claims (10)

1.煤矿瓦斯发动机的矿井能量综合利用装置，包括瓦斯发动机(1)，瓦斯发动机带动的包括压缩机(4)、蒸发器(6)、冷凝器(7)和节流阀(5)构成的蒸汽压缩式制冷机组(2)或发电机，制冷机组或发电机输出连接矿井冷却塔，矿井排水循环水泵和矿区空调或生活热负荷中心，其特征是设有瓦斯发动机尾气吸收式制冷机组，瓦斯发动机设有冷却水热换热器，瓦斯发动机的尾气作为热源连接尾气吸收式制冷机组的热源输入端，吸收式制冷机组的冷量输出部分接矿区空调。

2.根据权利要求1所述的煤矿瓦斯发动机的矿井能量综合利用装置，其特征是吸收式制冷机组的冷量输出管并联连接蒸汽压缩式制冷机组的蒸发器。

3.根据权利要求1所述的煤矿瓦斯发动机的矿井能量综合利用装置，其特征是吸收式制冷机组还设有尾气-水换热器；蒸汽压缩制冷机组的冷凝端的热回收换热器连接发动机冷却水热换热器再连接尾气-水换热器，并连接热量输出管道后连接矿区生活热负荷中心。

4.根据权利要求1所述的煤矿瓦斯发动机的矿井能量综合利用装置，其特征是发动机冷却水端设有吸收式制冷机组，吸收式制冷机组的输入热媒回水端设有热回收换热器，还设有发动机冷却水热换热器。

5.根据权利要求1所述的煤矿瓦斯发动机的矿井能量综合利用装置，其特征在于吸收式制冷机组产生的冷媒水部分连接蒸汽压缩式制冷机组。

6.根据权利要求1所述的煤矿瓦斯发动机的矿井能量综合利用装置，其特征在于矿井空调的冷却水循环系统连接矿井排水管道作为冷却水源。

7.根据权利要求1所述的煤矿瓦斯发动机的矿井能量综合利用装置，其特征在于矿井空调冷却水循环系统设有冷却塔，矿井空调冷却水循环系统将处理后的矿井排水作为冷却水源的输入端并联到冷却塔，冷却水源进口处设有水温调节的自动三通调节阀。

8.根据权利要求1所述的煤矿瓦斯发动机的矿井能量综合利用装置，其特征是蒸汽压缩式制冷机组的冷凝端设有热回收换热器。

9.根据权利要求3所述煤矿瓦斯发动机的矿井能量综合利用装置，其特征是蒸汽压缩式制冷机组冷凝端热回收换热器、发动机冷却水循环系统热换热器和尾气-水换热器串联运行，矿井低温回水依次进入以上换热器。

10.根据权利要求7所述煤矿瓦斯发动机的矿井能量综合利用装置，其特征是三通调节阀为根据温度变化调节流量自动三通调节阀。