一種低濃瓦斯綜合利用的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種礦井抽排瓦斯及乏風(fēng)綜合利用的系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)包括一套VPSA提純裝置、一混氣器、兩套過濾除塵裝置、一個(gè)以上的熱氧化或催化氧化爐，一內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組以及一套蒸汽輪機(jī)發(fā)電裝置。其工作過程為礦井抽采的瓦斯如果濃度高于10%且低于30%，則進(jìn)入VPSA裝置將其甲烷濃度提升至30%以上后送入內(nèi)燃機(jī)發(fā)電，發(fā)電產(chǎn)生的高溫尾氣用來預(yù)熱氧化爐，可以將蓄熱器加熱到約500°C，然后啟動(dòng)氧化爐，將其溫度進(jìn)一步提升到850℃以上，然后將抽采瓦斯?jié)舛鹊陀?0%的部分與乏風(fēng)瓦斯混合，隨動(dòng)混氣器控制混合后的濃度保持在1.2%以上，經(jīng)過濾除塵后送入預(yù)熱好的氧化爐進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)生的熱量由水蒸氣帶走，從而獲得高溫高壓的水蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電。
【專利說明】一種低濃瓦斯綜合利用的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于可再生能源利用領(lǐng)域，具體涉及一種低濃瓦斯綜合利用的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]瓦斯是煤礦開采過程中溢出氣體的總稱，其主要成分為甲烷及空氣，由于溢出方式的不同，甲烷的濃度有較大幅度的變化。因?yàn)榧淄榕c空氣混合體積比在5%-15%是爆炸極限，所以，瓦斯的抽采與利用和安全時(shí)時(shí)相關(guān)。
[0003]我國可探明的瓦斯儲量(埋深2000米以上)約有36萬億立方，與常規(guī)天然氣相當(dāng)，而每年因?yàn)槊禾可a(chǎn)溢出的瓦斯折合純量后也有約150億立方。甲烷是種溫室氣體，其溫室效應(yīng)是二氧化碳的21倍。因此，瓦斯的無序排放不僅引發(fā)了安全隱患，而且造成了環(huán)境污染。隨著人們對瓦斯認(rèn)識的加深，其抽采利用的比例也逐年增加，目前我國利用率已經(jīng)接近30%，但總體來看依然很低。這其中重要的原因就是大量瓦斯的甲烷濃度較低，考慮到安全及效率，尚沒有很合適的利用方法。
[0004]通常瓦斯?jié)舛仍礁?，其排放總量越少。目前煤礦瓦斯有以下幾種方式排出:
[0005]1、直接采掘:在未挖煤區(qū)域直接打井，將瓦斯采出，這樣的瓦斯中甲烷濃度超過90%，與天然氣無異，但總量占比不到5% ；
[0006]2、礦井抽氣:巷道內(nèi)布管抽氣，甲烷濃度從3%_50%不等，其中高于30%的稱為“高濃瓦斯”，總量占比約10%，低于30%的稱為“低濃瓦斯”，總量占比約為20%
[0007]3、乏風(fēng)瓦斯:大量通風(fēng)以確保環(huán)境安全的瓦斯，濃度低于0.75%，總量占比約50%以上。
[0008]目前，對于瓦斯的利用一般集中于瓦斯提純，而對于可變瓦斯?jié)舛鹊耐咚沟母咝实木C合利用則鮮有報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了解決現(xiàn)有中沒有一種可以綜合利用瓦斯的空白，本發(fā)明公開了一種礦井抽排瓦斯及乏風(fēng)綜合利用的系統(tǒng)方法。該系統(tǒng)包括第一過濾除塵裝置、一套低濃瓦斯真空變壓吸附(VPSA)提純裝置、一套低濃瓦斯與乏風(fēng)瓦斯的混氣器、第二過濾除塵裝置)、一個(gè)以上的熱氧化或催化氧化爐以及內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組。
[0010]所述的甲烷濃度監(jiān)測裝置和礦井瓦斯氣源相連，所述礦井瓦斯氣源經(jīng)甲烷濃度監(jiān)測裝置后分為3個(gè)管路，其中第一管路和第一過濾除塵裝置相連，第二管路和VPSA提純裝置相連，第三管路和混氣器的進(jìn)氣口相連，所述甲烷濃度監(jiān)測裝置根據(jù)甲烷濃度將瓦斯氣源切換管路。
[0011]所述第一過濾除塵裝置的出氣口和內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組相連，第一管路內(nèi)氣體經(jīng)第一過濾除塵裝置后進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)發(fā)電。
[0012]所述VPSA提純裝置和內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組及混氣器相連，第二管路內(nèi)氣體經(jīng)VPSA裝置提純后進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。
[0013]所述混氣器的氣體入口還和乏風(fēng)瓦斯氣源相連。
[0014]所述混氣器內(nèi)氣體經(jīng)第二過濾除塵裝置過濾后進(jìn)入氧化爐反應(yīng)。
[0015]該系統(tǒng)中還可以包括一蒸汽輪機(jī)以及給水泵，氧化爐反應(yīng)產(chǎn)生熱量經(jīng)給水泵泵入的水吸收后產(chǎn)生水蒸氣，并推動(dòng)蒸汽輪機(jī)用來發(fā)電或者用于其他用途。此外，內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組的為其管道還可以和氧化爐連接，用于加熱氧化爐，以減少其啟動(dòng)能耗。
[0016]利用該系統(tǒng)進(jìn)行瓦斯綜合利用的方法如下:
[0017]礦井瓦斯氣源經(jīng)甲烷濃度監(jiān)測裝置后分別進(jìn)入三個(gè)管路，其中甲烷濃度大于30%的瓦斯氣體進(jìn)入第一管路，甲烷濃度在10?30%之間的進(jìn)入第二管路，甲烷濃度在10%以下的進(jìn)入第三管路。所述甲烷濃度裝置根據(jù)氣體濃度自動(dòng)將瓦斯氣體切換至相應(yīng)管路。
[0018]所述第一管路內(nèi)氣體經(jīng)過濾除塵處理后進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)發(fā)電，所述第二管路內(nèi)氣體經(jīng)VPSA提純后濃度大于30%后進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)發(fā)電，所述第三管路內(nèi)氣體和礦井通風(fēng)處氣體經(jīng)混氣器混合后經(jīng)過濾除塵后進(jìn)入氧化爐反應(yīng)。
[0019]所述VPSA提純第二管路內(nèi)氣體時(shí)的廢氣接入混氣器，所述混氣器出口的甲烷濃度為 1%-1.5%O
[0020]所述混氣器中低濃瓦斯及VPSA廢氣均可采用噴射方式混入。
[0021]所述內(nèi)燃機(jī)的高溫?zé)煔饪捎脕砑訜嵫趸癄t，以減少氧化爐啟動(dòng)能耗；所述氧化爐產(chǎn)生的熱量可由水吸收，并且推動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電。內(nèi)燃尾氣加熱氧化爐可使其蓄熱器使其溫升到500°C，并啟動(dòng)器啟動(dòng)裝置，將其溫度進(jìn)一步提升到850°C以上，然后將抽采瓦斯?jié)舛鹊陀?0%的部分與乏風(fēng)瓦斯混合，隨動(dòng)混氣器控制混合后的濃度保持在1.2%以上，經(jīng)過濾除塵后送入預(yù)熱好的氧化爐進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)生的熱量由水蒸氣帶走，從而獲得高溫高壓的水蒸汽，水蒸氣驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電。
[0022]本發(fā)明通過對不同甲烷濃度的瓦斯氣體的綜合利用，提高了瓦斯的利用率和經(jīng)濟(jì)效益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為低濃瓦斯綜合利用的系統(tǒng)的示意圖，其中
[0024]1、礦井瓦斯氣源；2、乏氣瓦斯；3、第一過濾除塵裝置；4、VPSA裝置；5、混氣器；6、第二過濾除塵裝置；7、氧化爐或者催化氧化爐；8、內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組；9、蒸汽輪機(jī)；10、給水栗。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下為本發(fā)明的最優(yōu)選實(shí)施例，其僅用作對本發(fā)明的解釋而不是限制。
[0026]一種低濃瓦斯綜合利用的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一甲烷濃度監(jiān)測裝置、第一過濾除塵裝置3、一套低濃瓦斯真空變壓吸附(VPSA)提純裝置4、一混氣器5、第二過濾除塵裝置6、兩個(gè)熱氧化或催化氧化爐7，一內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組8以及一套蒸汽輪機(jī)9。
[0027]其中，礦井瓦斯氣源I經(jīng)甲烷濃度監(jiān)測裝置后分為3個(gè)管路，其中第一管路和第一過濾除塵裝置3相連，第二管路和VPSA提純裝置4相連，第三管路和混氣器5相連；其中甲烷濃度監(jiān)測裝置根據(jù)甲烷濃度將瓦斯氣源切換管路。[0028]第一過濾除塵理裝置3的出氣口和內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組8相連，第一管路內(nèi)氣體經(jīng)第一過濾除塵裝置3后進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組8發(fā)電。
[0029]VPSA提純裝置和內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組8及混氣器相連，其中第二管路內(nèi)氣體經(jīng)VPSA裝置4提純后進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組8發(fā)電，提純時(shí)產(chǎn)生的乏氣則進(jìn)入混氣器5。
[0030]混氣器接入3個(gè)氣源，分別為第三管路，VPSA提純產(chǎn)生的乏氣以及乏氣瓦斯?；鞖馄?和第二過濾除塵裝置6鏈接，第二過濾除塵裝置6和氧化爐7連接。系統(tǒng)中還包括一給水泵10，氧化爐7進(jìn)行反應(yīng)后產(chǎn)生的熱量可以由水泵泵出的水帶走，產(chǎn)生高溫高壓的水蒸氣，并驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)9發(fā)電。
[0031]此外，內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組的尾氣管路與氧化爐的蓄熱器鏈接，可以用來加熱蓄熱器。
[0032]利用該系統(tǒng)進(jìn)行瓦斯綜合利用的方法如下:
[0033]礦井瓦斯氣源I經(jīng)甲烷濃度監(jiān)測裝置后分別進(jìn)入三個(gè)管路，其中甲烷濃度大于30%的瓦斯氣體進(jìn)入第一管路，甲烷濃度在10?30%之間的進(jìn)入第二管路，甲烷濃度在10%以下的的進(jìn)入第三管路。甲烷濃度裝置根據(jù)氣體濃度自動(dòng)將瓦斯氣體切換至相應(yīng)管路。
[0034]第一管路內(nèi)氣體經(jīng)第一過濾除塵裝置3處理后進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組8發(fā)電；第二管路內(nèi)氣體經(jīng)VPSA提純濃度到達(dá)30%后進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組8發(fā)電，此過程中產(chǎn)生的乏氣則接入混氣器5 ;所述第三管路內(nèi)氣體和乏氣瓦斯經(jīng)混氣器混合后經(jīng)過濾除塵后進(jìn)入氧化爐7反應(yīng)。
[0035]混氣器5將乏氣瓦斯、第三管路內(nèi)氣體和VPSA提純得到的乏氣混合，并混合得到濃度為I?1.5%左右的瓦斯氣體，經(jīng)過濾除塵后進(jìn)入氧化爐7?；鞖馄髦械蜐馔咚辜癡PSA廢氣均采用噴射方式混入。
[0036]內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電產(chǎn)生的高溫尾氣用來預(yù)熱氧化爐的蓄熱器，其可以將蓄熱器加熱到約500° C，然后啟動(dòng)氧化爐7的啟動(dòng)裝置，將其溫度進(jìn)一步提升到850°C以上，然后將抽采瓦斯?jié)舛鹊陀?0%的部分與乏風(fēng)瓦斯混合，隨動(dòng)混氣器控制混合后的濃度保持在1.2%以上，經(jīng)過濾除塵后送入預(yù)熱好的氧化爐進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)生的熱量由水蒸氣帶走，從而獲得高溫高壓的水蒸汽，水蒸氣驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電。
【權(quán)利要求】
1.一種低濃瓦斯綜合利用的系統(tǒng)，其特征在于，所述的系統(tǒng)包括一甲烷濃度監(jiān)測裝置、一混氣器、第一過濾除塵裝置、一 VPSA提純裝置、不少于一個(gè)的氧化爐或催化氧化爐、一套內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組和第二過濾除塵裝置； 所述的甲烷濃度監(jiān)測裝置和礦井瓦斯氣源相連，所述礦井瓦斯氣源經(jīng)甲烷濃度監(jiān)測裝置后分為3個(gè)管路，其中第一管路和第一過濾除塵裝置相連，第二管路和VPSA提純裝置相連，第三管路和混氣器的進(jìn)氣口相連，所述甲烷濃度監(jiān)測裝置根據(jù)甲烷濃度將瓦斯氣源切換管路； 所述第一過濾除塵裝置的出氣口和內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組相連，第一管路內(nèi)氣體經(jīng)第一過濾除塵裝置后進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)發(fā)電； 所述VPSA提純裝置的出氣口和內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組及混氣器相連，第二管路內(nèi)氣體經(jīng)VPSA裝置提純后進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)發(fā)電； 所述混氣器的進(jìn)氣口還和乏氣瓦斯氣源相連，所述混氣器的氣體出口和第二過濾除塵裝置相連，所述第二過濾除塵裝置的氣體出口和氧化爐或催化氧化爐連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的VPSA裝置的廢氣管路和混氣器的進(jìn)氣口相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的第二過濾除塵裝置為布袋除塵器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的系統(tǒng)還包括一給水泵和蒸汽輪機(jī)發(fā)電裝置，其中所述氧化爐產(chǎn)生的熱量由給水泵泵入的水吸收產(chǎn)生水蒸氣，并推動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電裝置發(fā)電。
5.基于權(quán)利要求1?4任一系統(tǒng)的低濃瓦斯綜合利用的方法,該方法包括: 礦井瓦斯氣源經(jīng)甲烷濃度監(jiān)測裝置后分別進(jìn)入三個(gè)管路，其中甲烷濃度大于30%的瓦斯氣體進(jìn)入第一管路，甲烷濃度在10?30%之間的進(jìn)入第二管路，甲烷濃度在10%以下的進(jìn)入第三管路；所述甲烷濃度裝置根據(jù)氣體濃度自動(dòng)將瓦斯氣體切換至相應(yīng)管路或排放瓦斯氣體； 所述第一管路內(nèi)氣體經(jīng)過濾除塵除濕后進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，所述第二管路內(nèi)氣體經(jīng)VPSA提純到30%以上后進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，所述第三管路內(nèi)氣體和乏氣瓦斯混合后經(jīng)過濾除塵后進(jìn)入氧化爐反應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述氧化爐啟動(dòng)時(shí)，所述內(nèi)燃機(jī)的高溫?zé)煔庥脕砑訜嵫趸癄t，以減少氧化爐啟動(dòng)能耗。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述VPSA的廢氣接入混氣器，與第三管路內(nèi)氣體和乏氣瓦斯混合后經(jīng)過濾除塵后進(jìn)入氧化爐反應(yīng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述混氣器中第三管路內(nèi)氣體和VPSA廢氣均采用噴射方式混入。
9.根據(jù)權(quán)利要求5、7、8任一所述的方法，其特征在于，所述混氣器出口的甲烷濃度為1%-1.5%。
10.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述氧化爐產(chǎn)生的熱量由水吸收后產(chǎn)生水蒸氣，并推動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電。
【文檔編號】F02M35/024GK103835747SQ201210484909
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月23日
【發(fā)明者】康志強(qiáng) 申請人:華泰匯豐投資控股有限公司