CN209654075U - 一种煤矿瓦斯综合利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于煤矿节能技术领域，具体涉及一种煤矿瓦斯综合利用系统。目前还没有一种结构设计合理，安全可靠，节能环保的煤矿瓦斯综合利用系统。本实用新型的特征在于：包括瓦斯内燃机、瓦斯掺混装置、瓦斯氧化装置、余热锅炉和汽轮机发电机组，一号板式换热器与瓦斯内燃机连接，余热锅炉的入口与瓦斯氧化装置的高温烟气出口连接，余热锅炉的排气端和瓦斯氧化装置的低温排气管道均与一号气‑水换热器连接，汽轮机发电机组的入口与余热锅炉的高温蒸汽出口连接，二号气‑水换热器与汽轮机发电机组的抽汽端连接，一号混气装置的进气端分别与瓦斯氧化装置的出口高温烟气管道和出口低温排气管道连接。本实用新型结构设计合理，安全可靠，节能环保。

Description

一种煤矿瓦斯综合利用系统

技术领域

本实用新型属于煤矿节能技术领域，具体涉及一种煤矿瓦斯综合利用系统。

背景技术

煤矿瓦斯（又叫煤层气），是煤层在其形成演化过程中经生物化学和热解作用所生成，并吸附或游离在煤层中的气体，在煤矿开采过程中，从煤层及围岩中涌入巷道。煤矿瓦斯的成分主要是甲烷，与常规天然气相同，是一种优质能源和化工原料。

当前，浓度80％以上的特高浓度瓦斯，进行甲烷提纯利用；浓度30~80%的瓦斯以民用燃气为主，或采用内燃机组发电；浓度8~30％之间的抽采瓦斯，安全输送后利用内燃机组发电；而浓度0.3~8% 的乏风（煤矿通风瓦斯）和低浓度瓦斯（约占煤矿瓦斯总量85%）的绝大多数被直接排放。

低浓度瓦斯和乏风利用率偏低，主要是由于浓度低于8%的低浓度抽采瓦斯不能民用，也不能用于内燃机发电，而乏风甲烷浓度低、富集难、气量大，利用技术难度较大，因此一般都直接排放到大气，极少被回收利用。瓦斯中主要成分为甲烷，其温室效应是等质量二氧化碳的21倍，直接排放不仅造成了巨大的能源浪费，也将加剧地球温室效应。

我国拥有丰富的煤层气资源，2017年全国抽采煤层气128亿立方米，利用量为49亿立方米，利用率仅为38%。随着我国天然气消费量逐年增加，“煤改气”政策稳步推进，环保要求日趋严格，煤矿瓦斯的综合利用既是保障国家能源安全的重要补充，更是降低国家环保压力的重要手段。

目前还没有一种结构设计合理，安全可靠，节能环保的煤矿瓦斯综合利用系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，安全可靠，节能环保的煤矿瓦斯综合利用系统。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：该煤矿瓦斯综合利用系统的结构特点在于：包括瓦斯内燃机、一号板式换热器、瓦斯掺混装置、瓦斯氧化装置、余热锅炉、汽轮机发电机组、一号气-水换热器、二号气-水换热器、吸收式制冷机组、二号板式换热器、一号混气装置、井筒保温装置、二号混气装置、煤泥预干燥装置、滚筒式煤泥干燥机、生活热水母管、乏风管道和低浓度瓦斯管道。

进一步地，本实用新型所述一号板式换热器与瓦斯内燃机连接，并利用瓦斯内燃机的缸套水余热，将冷却水制取成生活热水；所述一号气-水换热器与余热锅炉的排气端和瓦斯氧化装置的低温排气管道连接，制取生活热水；所述二号气-水换热器与汽轮机发电机组的抽汽端连接，制取生活热水；所述二号板式换热器利用空压机余热，制取生活热水；所述各生活热水由生活热水母管汇合后，统一供矿区浴室、食堂、办公楼等使用。

进一步地，本实用新型所述瓦斯掺混装置的入口分别与乏风管道和低浓度瓦斯管道连接，乏风由乏风罩进行收集，低浓度瓦斯抽采自瓦斯泵站。

进一步地，本实用新型所述瓦斯氧化装置的入口与瓦斯掺混装置的出口连接，引入浓度约为1.2%的瓦斯；所述余热锅炉的入口与瓦斯氧化装置的高温烟气出口连接，引入约950℃的热风。

进一步地，本实用新型所述汽轮机发电机组的入口与余热锅炉的高温蒸汽出口连接，引入高温高压蒸汽，发出的电力上网或者供煤矿自用电，排出的蒸汽用于矿区冬季采暖用汽，或者通过吸收式制冷机组用于矿区夏季制冷用汽。

进一步地，本实用新型所述一号混气装置的进气端分别与瓦斯氧化装置的出口高温烟气管道和出口低温排气管道连接；井筒保温装置与一号混气装置的出口端连接。

进一步地，本实用新型所述二号混气装置的进气端分别与瓦斯氧化装置的出口高温烟气管道和瓦斯内燃机的出口高温乏气管道连接。

进一步地，本实用新型所述煤泥预干燥装置的烟气进口端与瓦斯氧化装置的低温排气端连接，煤泥预干燥装置的煤泥进口端输入洗煤厂湿煤泥；所述滚筒式煤泥干燥机的烟气进口端与二号混气装置的出口端连接，滚筒式煤泥干燥机的煤泥进口端与煤泥预干燥装置连接，干燥后的煤泥由滚筒式煤泥干燥机的煤泥出口端输出至干煤棚。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：系统设计合理，安全可靠，节能环保。通过对原来废弃的煤矿低浓度抽采瓦斯和乏风进行有效利用，变废为宝，真正实现了煤矿瓦斯的综合利用，该系统不仅可以产生电力、蒸汽和热水等，还可用于煤矿井筒保温和煤泥干燥，应用范围十分广泛。同时该项技术节能环保，绿色高效，所排尾气无需脱硫脱硝处理，对环境不会造成污染。随着国家环保政策日益严格，该项技术将会获得更多的应用及更好的发展前景。

本实用新型对煤矿瓦斯，包括高浓度抽采瓦斯以及原来排空废弃的乏风和低浓度抽采瓦斯进行了充分的综合利用，余热的梯级利用。本系统具有节约能源资源、减少环境污染、促进煤矿安全生产和调整能源结构的多重功效，可实现能源利用最优化、节能环保经济化、综合效益最大化。本实用新型对包括高浓度抽采瓦斯、低浓度抽采瓦斯、乏风和空压机余热等进行了充分利用，是对煤矿瓦斯资源的一种全面综合利用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例和/或现有技术中的技术方案，下面将对实施例和/或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例中煤矿瓦斯综合利用系统的结构示意图。

标号说明：1、瓦斯内燃机；2、一号板式换热器；3、瓦斯掺混装置；4、瓦斯氧化装置；5、余热锅炉；6、汽轮机发电机组；7、一号气-水换热器；8、二号气-水换热器；9、吸收式制冷机组；10、二号板式换热器；11、一号混气装置；12、井筒保温装置；13、二号混气装置；14、煤泥预干燥装置；15、滚筒式煤泥干燥机；16、生活热水母管；17、乏风管道；18、低浓度瓦斯管道。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1，本实施例中的煤矿瓦斯综合利用系统包括瓦斯内燃机1、一号板式换热器2、瓦斯掺混装置3、瓦斯氧化装置4、余热锅炉5、汽轮机发电机组6、一号气-水换热器7、二号气-水换热器8、吸收式制冷机组9、二号板式换热器10、一号混气装置11、井筒保温装置12、二号混气装置13、煤泥预干燥装置14、滚筒式煤泥干燥机15、生活热水母管16、乏风管道17和低浓度瓦斯管道18。

本实施例中的一号板式换热器2与瓦斯内燃机1连接，瓦斯氧化装置4的入口与瓦斯掺混装置3的出口连接，余热锅炉5的入口与瓦斯氧化装置4的高温烟气出口连接，余热锅炉5的排气端和瓦斯氧化装置4的低温排气管道均与一号气-水换热器7连接，汽轮机发电机组6的入口与余热锅炉5的高温蒸汽出口连接，二号气-水换热器8与汽轮机发电机组6的抽汽端连接，一号混气装置11的进气端分别与瓦斯氧化装置4的出口高温烟气管道和出口低温排气管道连接，井筒保温装置12与一号混气装置11的出口端连接，二号混气装置13的进气端分别与瓦斯氧化装置4的出口高温烟气管道和瓦斯内燃机1的出口高温乏气管道连接，煤泥预干燥装置14的烟气进口端与瓦斯氧化装置4的低温排气端连接，滚筒式煤泥干燥机15的烟气进口端与二号混气装置13的出口端连接，滚筒式煤泥干燥机15的煤泥进口端与煤泥预干燥装置14连接，一号气-水换热器7、二号气-水换热器8和二号板式换热器10均与生活热水母管16连接，瓦斯掺混装置3的入口分别与乏风管道17和低浓度瓦斯管道18连接，吸收式制冷机组9与汽轮机发电机组6的抽汽端连接。

本实施例中的瓦斯内燃机1的进气端与瓦斯泵站连接，高浓度瓦斯抽采自瓦斯泵站；一号板式换热器2利用瓦斯内燃机1的缸套水余热，将冷却水制取成生活热水；瓦斯掺混装置3的入口分别与乏风管道17和低浓度瓦斯管道18连接，乏风由乏风罩进行收集，低浓度瓦斯抽采自瓦斯泵站；瓦斯氧化装置4的入口与瓦斯掺混装置3的出口连接；余热锅炉5的入口与瓦斯氧化装置4的高温烟气出口连接；汽轮机发电机组6的入口与余热锅炉5的高温蒸汽出口连接；一号气-水换热器7与余热锅炉5的排气端和瓦斯氧化装置4的低温排气管道连接；吸收式制冷机组9的入口与汽轮机6抽汽端连接，制取夏季制冷用汽；二号气-水换热器8与汽轮机发电机组6的抽汽端连接；二号板式换热器10与空压机连接。

本实施例中的瓦斯综合利用系统的工艺流程为：瓦斯掺混装置3将煤矿乏风和低浓度抽采瓦斯进行掺混，瓦斯浓度降至1.2%后通过瓦斯氧化装置4高温氧化，其中，排出的高温烟气一部分通过余热锅炉5产生高温蒸汽，推动汽轮机发电机组6发电，一部分与瓦斯氧化装置4的低温排气经一号混气装置11混合后用于井筒保温，另一部分则与瓦斯内燃机1排出的高温乏气经二号混气装置13混合后，通过滚筒式煤泥干燥机15干燥来自洗煤厂的湿煤泥。瓦斯氧化装置4排出的低温排气一部分与余热锅炉5低温排气汇合后，通过一号气-水换热器7产出热水，另一小部分则用于湿煤泥的预干燥。瓦斯内燃机1利用瓦斯泵站来的高浓度抽采瓦斯进行发电，其缸套水余热通过一号板式换热器3将冷却水制成热水，与其他如汽轮机排汽、锅炉排气、空压机余热等产出的热水汇合后，供矿区日常使用生活热水。汽轮机发电机组6排出的蒸汽不仅可用于矿区冬季采暖用汽，还可通过吸收式制冷机组9用于矿区夏季制冷用汽。

本实施例中的瓦斯掺混装置3为动态连续混配装置，将瓦斯泵站低浓度瓦斯混入乏风瓦斯中，在控制系统的调控下，使混合后的瓦斯浓度始终保持在1.2%以下。该套装置可实现乏风氧化发电连续动态混配，混配精度和自动化程度高，流通量大，阻力损失小，系统简单。

本实施例中的瓦斯氧化装置4可以为进口蓄热式热力氧化炉，含2个内部隔热的一体式热交换床，填充有足够容积、压降较小、传热均匀的介质，允许装置在入口混合气体中甲烷浓度不小于0.45%的情况下自行连续运行。装置排出的高温烟气温度可达954℃。

本实施例中的二号混气装置13接收来自瓦斯氧化装置4的高温烟气（约950℃）和瓦斯内燃机1的高温乏气（约470℃），可以通过PLC智能控制系统实时调节，混合后烟气温度维持在约710℃左右。

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实用新型结构所作的举例说明。凡依据本实用新型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，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型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，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (4)

1.一种煤矿瓦斯综合利用系统，其特征在于：包括瓦斯内燃机、一号板式换热器、瓦斯掺混装置、瓦斯氧化装置、余热锅炉、汽轮机发电机组、一号气-水换热器、二号气-水换热器、一号混气装置、井筒保温装置、二号混气装置、煤泥预干燥装置和滚筒式煤泥干燥机，所述一号板式换热器与瓦斯内燃机连接，所述瓦斯氧化装置的入口与瓦斯掺混装置的出口连接，所述余热锅炉的入口与瓦斯氧化装置的高温烟气出口连接，所述余热锅炉的排气端和瓦斯氧化装置的低温排气管道均与一号气-水换热器连接，所述汽轮机发电机组的入口与余热锅炉的高温蒸汽出口连接，所述二号气-水换热器与汽轮机发电机组的抽汽端连接，所述一号混气装置的进气端分别与瓦斯氧化装置的出口高温烟气管道和出口低温排气管道连接，所述井筒保温装置与一号混气装置的出口端连接，所述二号混气装置的进气端分别与瓦斯氧化装置的出口高温烟气管道和瓦斯内燃机的出口高温乏气管道连接，所述煤泥预干燥装置的烟气进口端与瓦斯氧化装置的低温排气端连接，所述滚筒式煤泥干燥机的烟气进口端与二号混气装置的出口端连接，所述滚筒式煤泥干燥机的煤泥进口端与煤泥预干燥装置连接。

2.根据权利要求1所述的煤矿瓦斯综合利用系统，其特征在于：还包括二号板式换热器和生活热水母管，所述一号气-水换热器、二号气-水换热器和二号板式换热器均与生活热水母管连接。

3.根据权利要求1所述的煤矿瓦斯综合利用系统，其特征在于：还包括乏风管道和低浓度瓦斯管道，所述瓦斯掺混装置的入口分别与乏风管道和低浓度瓦斯管道连接。

4.根据权利要求1所述的煤矿瓦斯综合利用系统，其特征在于：还包括吸收式制冷机组，所述吸收式制冷机组与汽轮机发电机组的抽汽端连接。