CN205779061U - 煤矿瓦斯梯级热电冷联供系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型煤矿瓦斯梯级热电冷联供系统涉及一种利用煤矿瓦斯发电的系统。其目的是为了提供一种瓦斯能源利用率高的煤矿瓦斯梯级热电冷联供系统。本实用新型煤矿瓦斯梯级热电冷联供系统包括第一级GPC发电系统和第二级SRC发电系统，第一级GPC发电系统产生的高温烟气通过烟道进入第二级SRC发电系统的余热锅炉产生蒸汽，所述蒸汽驱动汽轮机进行发电，还包括第三级ORC发电系统，经余热锅炉的烟气通过烟道进入第三级ORC发电系统，进入第三级ORC发电系统的烟气作为低品质热源换热给低沸点工质驱动膨胀机进行发电。

Description

煤矿瓦斯梯级热电冷联供系统
技术领域
本实用新型涉及一种发电系统，特别是涉及一种利用煤矿瓦斯发电的系统。
背景技术
瓦斯发电机组利用浓度≥25％的瓦斯气进行直接燃烧发电，我们称之为GPC(Gas PowerCycle)发电系统，GPC发电系统自身发电效率通常为35％，属于瓦斯的第一级发电。在第一级GPC系统发电过程中，瓦斯燃烧所释放的热能走向分为五部分，第一部分用于发电(35％左右)，第二部分为通过400-550℃烟气排放(30％左右)，第三部分通过高温缸套水排放(20％左右)，第四部分通过中冷水排放(10％左右)，第五部分散入空气中(5％左右)。为了提高瓦斯发电的利用率，现有技术中，通常将第一级GPC发电系统产生的400-550℃高温烟气通入到余热锅炉产生1.2MPa以上的蒸汽，该蒸汽驱动汽轮机进行发电，称为低压蒸汽SRC(SteamRankine Cycle)发电系统，SRC发电系统的自身发电效率为10-15％之间，这属于瓦斯能源的第二级发电。然而，上述两极瓦斯发电系统的瓦斯利用率过低，造成瓦斯能源的浪费。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种瓦斯能源利用率高的煤矿瓦斯梯级热电冷联供系统。
本实用新型煤矿瓦斯梯级热电冷联供系统，包括第一级GPC发电系统和第二级SRC发电系统，第一级GPC发电系统产生的高温烟气通过烟道进入第二级SRC发电系统的余热锅炉产生蒸汽，所述蒸汽驱动汽轮机进行发电，还包括第三级ORC发电系统，经余热锅炉的烟气通过烟道进入第三级ORC发电系统，进入第三级ORC发电系统的烟气作为低品质热源换热给低沸点工质驱动膨胀机进行发电。
本实用新型煤矿瓦斯梯级热电冷联供系统，还包括吸收式热泵机组，所述第一级GPC发电系统产生的高温缸套水通过管道进入到吸收式热泵机组，所述第二级SRC发电系统余热锅炉产生的蒸汽通过管道进入到吸收式热泵机组，所述吸收式热泵机组利用第一级GPC发电系统产生的高温缸套水或第二级SRC发电系统余热锅炉产生的蒸汽进行驱动和制冷。
本实用新型煤矿瓦斯梯级热电冷联供系统，其中所述第一级GPC发电系统的中冷水、第二级SRC发电系统的冷却水以及第三级ORC发电系统的冷却水分别通过管道进入到吸收式热泵机组，所述吸收式热泵机组利用第一级GPC发电系统的中冷水、第二级SRC发电系统的冷却水以及第三级ORC发电系统的冷却水作为低温热源制备较高温度的热源。
本实用新型煤矿瓦斯梯级热电冷联供系统，其中所述第一级GPC发电系统通过管道连接有余热回收机组，所述余热回收机组连接有热用户，第一级GPC发电系统产生的高温缸套水经余热回收机组直接被热用户利用。
本实用新型煤矿瓦斯梯级热电冷联供系统与现有技术不同之处在于本实用新型在现有的两极瓦斯发电系统的基础上增加了第三级ORC发电系统，即将经第二级SRC发电系统余热锅炉的烟气通过烟道进入第三级ORC发电系统，进入第三级ORC发电系统的烟气作为低品质热源换热给低沸点工质驱动膨胀机进行发电，这样经过三级发电，瓦斯能源的利用率达到了85～90％，利用率高。
本实用新型煤矿瓦斯梯级热电冷联供系统中，还包括吸收式热泵机组，吸收式热泵机组利用第一级GPC发电系统产生的高温缸套水或第二级SRC发电系统余热锅炉产生的蒸汽进行驱动或制冷，吸收式热泵机组利用第一级GPC发电系统的中冷水、第二级SRC发电系统的冷却水以及第三级ORC发电系统的冷却水作为低温热源制备较高温度的热源，这样能够将三级发电系统发电过程中产生的低温余热进行充分地利用。
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
附图说明
图1为本实用新型煤矿瓦斯梯级热电冷联供系统的结构示意图；
图2为本实用新型煤矿瓦斯梯级热电冷联供系统中第一级GPC发电系统的结构示意图；
图3为本实用新型煤矿瓦斯梯级热电冷联供系统中第二级SRC发电系统的结构示意图；
图4为本实用新型煤矿瓦斯梯级热电冷联供系统中第三级ORC发电系统的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型煤矿瓦斯梯级热电冷联供系统，包括第一级GPC发电系统和第二级SRC发电系统，第一级GPC发电系统产生的高温烟气通过烟道进入第二级SRC发电系统的余热锅炉产生蒸汽，所述蒸汽驱动汽轮机进行发电，还包括第三级ORC发电系统，经余热锅炉的烟气通过烟道进入第三级ORC发电系统，进入第三级ORC发电系统的烟气作为低品质热源换热给低沸点工质驱动膨胀机进行发电。
本实用新型煤矿瓦斯梯级热电冷联供系统，还包括吸收式热泵机组，所述第一级GPC发电系统产生的高温缸套水通过管道进入到吸收式热泵机组，所述第二级SRC发电系统余热锅炉产生的蒸汽通过管道进入到吸收式热泵机组，所述吸收式热泵机组利用第一级GPC发电系统产生的高温缸套水或第二级SRC发电系统余热锅炉产生的蒸汽进行驱动和制冷。
第一级GPC发电系统的中冷水、第二级SRC发电系统的冷却水以及第三级ORC发电系统的冷却水分别通过管道进入到吸收式热泵机组，所述吸收式热泵机组利用第一级GPC发电系统的中冷水、第二级SRC发电系统的冷却水以及第三级ORC发电系统的冷却水作为低温热源制备较高温度的热源。
第一级GPC发电系统通过管道连接有余热回收机组，所述余热回收机组连接有热用户，第一级GPC发电系统产生的高温缸套水经余热回收机组直接被热用户利用，满足矿井用热的需求。
如图2所示，第一级GPC发电系统为现有技术，其包括瓦斯发电机组1，该机组产生中冷水和高温缸套水。
如图3所示，第二级SRC发电系统为现有技术，其包括锅炉2、过热器3、汽轮机4、第一发电机5、第一冷凝器6和给水泵7。
如图4所示，第三级ORC(Organic Rankine Cycle)发电系统包括气水换热器14、蒸发器11、膨胀机9、第二发电机10、第二冷凝器12、工质泵13以及冷却塔8。在本级发电系统中，烟气通过气水换热器14将热量传递到蒸发器11。
本实用新型的原理如下：
瓦斯发电机组利用浓度≥25％的瓦斯气进行直接燃烧发电，我们称之为GPC(Gas PowerCycle)发电系统，GPC发电系统自身发电效率通常为≤35％，属于瓦斯的第一级发电。
在第一级GPC发电系统发电过程中，瓦斯燃烧所释放的热能主要走向分为五部分，第一部分用于发电(35％左右)，第二部分为通过400-550℃烟气排放(30％左右)，第三部分通过高温缸套水排放(20％左右)，第四部分通过中冷水排放(10％左右)第五部分散入空气中(5％左右)。这属于瓦斯能源的第一级发电。
第一级GPC发电系统产生的400-550℃高温烟气进入余热锅炉产生1.2MPa以上的蒸汽，驱动气轮机进行发电，称为低压蒸汽SRC(Steam Rankine Cycle)发电系统，SRC发电系统的自身发电效率为10-15％之间。这属于瓦斯能源的第二级发电。
烟气通过SRC余热发电系统余热锅炉以后，温度降至150℃左右，继续进入低温余热ORC(Organic Rankine Cycle)发电系统，ORC发电系统的自身发电效率在6％-10％之间。这属于瓦斯能源的第三级发电。
本实用新型在现有的两极瓦斯发电系统的基础上增加了第三级ORC发电系统，即将经第二级SRC发电系统余热锅炉的烟气通过烟道进入第三级ORC发电系统，进入第三级ORC发电系统的烟气作为低品质热源换热给低沸点工质驱动膨胀机进行发电，这样经过三级发电，瓦斯能源的利用率达到了85～90％，利用率高。
本实用新型煤矿瓦斯梯级热电冷联供系统中，还包括吸收式热泵机组，吸收式热泵机组利用第一级GPC发电系统产生的高温缸套水或第二级SRC发电系统余热锅炉产生的蒸汽进行驱动或制冷，吸收式热泵机组利用第一级GPC发电系统的中冷水、第二级SRC发电系统的冷却水以及第三级ORC发电系统的冷却水作为低温热源制备较高温度的热源，这样能够将三级发电系统发电过程中产生的低温余热进行充分地利用。
本实用新型的优点如下：
(1)实现了瓦斯能源的梯级发电和热、电、冷联产，提高了瓦斯能源发电的效率；
(2)提高了瓦斯能源的利用率，使其利用率达85～90％；
(3)节约了能源，降低了GPC发电系统的排烟温度，减少烟气对环境的危害。
以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种煤矿瓦斯梯级热电冷联供系统，包括第一级GPC发电系统和第二级SRC发电系统，第一级GPC发电系统产生的高温烟气通过烟道进入第二级SRC发电系统的余热锅炉产生蒸汽，所述蒸汽驱动汽轮机进行发电，其特征在于：还包括第三级ORC发电系统，经余热锅炉的烟气通过烟道进入第三级ORC发电系统，进入第三级ORC发电系统的烟气作为低品质热源换热给低沸点工质驱动膨胀机进行发电。
2.根据权利要求1所述的煤矿瓦斯梯级热电冷联供系统，其特征在于：还包括吸收式热泵机组，所述第一级GPC发电系统产生的高温缸套水通过管道进入到吸收式热泵机组，所述第二级SRC发电系统余热锅炉产生的蒸汽通过管道进入到吸收式热泵机组，所述吸收式热泵机组利用第一级GPC发电系统产生的高温缸套水或第二级SRC发电系统余热锅炉产生的蒸汽进行驱动和制冷。
3.根据权利要求2所述的煤矿瓦斯梯级热电冷联供系统，其特征在于：所述第一级GPC发电系统的中冷水、第二级SRC发电系统的冷却水以及第三级ORC发电系统的冷却水分别通过管道进入到吸收式热泵机组，所述吸收式热泵机组利用第一级GPC发电系统的中冷水、第二级SRC发电系统的冷却水以及第三级ORC发电系统的冷却水作为低温热源制备较高温度的热源。
4.根据权利要求3所述的煤矿瓦斯梯级热电冷联供系统，其特征在于：所述第一级GPC发电系统通过管道连接有余热回收机组，所述余热回收机组连接有热用户，第一级GPC发电系统产生的高温缸套水经余热回收机组直接被热用户利用。
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