本實用新型涉及一種發(fā)電系統(tǒng)，特別是涉及一種利用煤礦瓦斯發(fā)電的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

瓦斯發(fā)電機組利用濃度≥25％的瓦斯氣進行直接燃燒發(fā)電，我們稱之為GPC(Gas Power Cycle)發(fā)電系統(tǒng)，GPC發(fā)電系統(tǒng)自身發(fā)電效率通常為35％，屬于瓦斯的第一級發(fā)電。在第一級GPC系統(tǒng)發(fā)電過程中，瓦斯燃燒所釋放的熱能走向分為五部分，第一部分用于發(fā)電(35％左右)，第二部分為通過400-550℃煙氣排放(30％左右)，第三部分通過高溫缸套水排放(20％左右)，第四部分通過中冷水排放(10％左右)，第五部分散入空氣中(5％左右)。為了提高瓦斯發(fā)電的利用率，現(xiàn)有技術(shù)中，通常將第一級GPC發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的400-550℃高溫煙氣通入到余熱鍋爐產(chǎn)生1.2MPa以上的蒸汽，該蒸汽驅(qū)動汽輪機進行發(fā)電，稱為低壓蒸汽SRC(Steam Rankine Cycle)發(fā)電系統(tǒng)，SRC發(fā)電系統(tǒng)的自身發(fā)電效率為10-15％之間，這屬于瓦斯能源的第二級發(fā)電。然而，上述兩極瓦斯發(fā)電系統(tǒng)的瓦斯利用率過低，造成瓦斯能源的浪費。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種瓦斯能源利用率高的煤礦瓦斯梯級熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)。

本實用新型煤礦瓦斯梯級熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)，包括第一級GPC發(fā)電系統(tǒng)和第二級SRC發(fā)電系統(tǒng)，第一級GPC發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫煙氣通過煙道進入第二級SRC發(fā)電系統(tǒng)的余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，所述蒸汽驅(qū)動汽輪機進行發(fā)電，還包括第三級ORC發(fā)電系統(tǒng)，經(jīng)余熱鍋爐的煙氣通過煙道進入第三級ORC發(fā)電系統(tǒng)，進入第三級ORC發(fā)電系統(tǒng)的煙氣作為低品質(zhì)熱源換熱給低沸點工質(zhì)驅(qū)動膨脹機進行發(fā)電。

本實用新型煤礦瓦斯梯級熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)，還包括吸收式熱泵機組，所述第一級GPC發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫缸套水通過管道進入到吸收式熱泵機組，所述第二級SRC發(fā)電系統(tǒng)余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽通過管道進入到吸收式熱泵機組，所述吸收式熱泵機組利用第一級GPC發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫缸套水或第二級SRC發(fā)電系統(tǒng)余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽進行驅(qū)動和制冷。

本實用新型煤礦瓦斯梯級熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)，其中所述第一級GPC發(fā)電系統(tǒng)的中冷水、第二級SRC發(fā)電系統(tǒng)的冷卻水以及第三級ORC發(fā)電系統(tǒng)的冷卻水分別通過管道進入到吸收式熱泵機組，所述吸收式熱泵機組利用第一級GPC發(fā)電系統(tǒng)的中冷水、第二級SRC發(fā)電系統(tǒng)的冷卻水以及第三級ORC發(fā)電系統(tǒng)的冷卻水作為低溫熱源制備較高溫度的熱源。

本實用新型煤礦瓦斯梯級熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)，其中所述第一級GPC發(fā)電系統(tǒng)通過管道連接有余熱回收機組，所述余熱回收機組連接有熱用戶，第一級GPC發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫缸套水經(jīng)余熱回收機組直接被熱用戶利用。

本實用新型煤礦瓦斯梯級熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于本實用新型在現(xiàn)有的兩極瓦斯發(fā)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了第三級ORC發(fā)電系統(tǒng)，即將經(jīng)第二級SRC發(fā)電系統(tǒng)余熱鍋爐的煙氣通過煙道進入第三級ORC發(fā)電系統(tǒng)，進入第三級ORC發(fā)電系統(tǒng)的煙氣作為低品質(zhì)熱源換熱給低沸點工質(zhì)驅(qū)動膨脹機進行發(fā)電，這樣經(jīng)過三級發(fā)電，瓦斯能源的利用率達到了85～90％，利用率高。

本實用新型煤礦瓦斯梯級熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)中，還包括吸收式熱泵機組，吸收式熱泵機組利用第一級GPC發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫缸套水或第二級SRC發(fā)電系統(tǒng)余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽進行驅(qū)動或制冷，吸收式熱泵機組利用第一級GPC發(fā)電系統(tǒng)的中冷水、第二級SRC發(fā)電系統(tǒng)的冷卻水以及第三級ORC發(fā)電系統(tǒng)的冷卻水作為低溫熱源制備較高溫度的熱源，這樣能夠?qū)⑷壈l(fā)電系統(tǒng)發(fā)電過程中產(chǎn)生的低溫余熱進行充分地利用。

下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。

附圖說明

圖1為本實用新型煤礦瓦斯梯級熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型煤礦瓦斯梯級熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)中第一級GPC發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型煤礦瓦斯梯級熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)中第二級SRC發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實用新型煤礦瓦斯梯級熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)中第三級ORC發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，本實用新型煤礦瓦斯梯級熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)，包括第一級GPC發(fā)電系統(tǒng)和第二級SRC發(fā)電系統(tǒng)，第一級GPC發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫煙氣通過煙道進入第二級SRC發(fā)電系統(tǒng)的余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，所述蒸汽驅(qū)動汽輪機進行發(fā)電，還包括第三級ORC發(fā)電系統(tǒng)，經(jīng)余熱鍋爐的煙氣通過煙道進入第三級ORC發(fā)電系統(tǒng)，進入第三級ORC發(fā)電系統(tǒng)的煙氣作為低 品質(zhì)熱源換熱給低沸點工質(zhì)驅(qū)動膨脹機進行發(fā)電。

本實用新型煤礦瓦斯梯級熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)，還包括吸收式熱泵機組，所述第一級GPC發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫缸套水通過管道進入到吸收式熱泵機組，所述第二級SRC發(fā)電系統(tǒng)余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽通過管道進入到吸收式熱泵機組，所述吸收式熱泵機組利用第一級GPC發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫缸套水或第二級SRC發(fā)電系統(tǒng)余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽進行驅(qū)動和制冷。

第一級GPC發(fā)電系統(tǒng)的中冷水、第二級SRC發(fā)電系統(tǒng)的冷卻水以及第三級ORC發(fā)電系統(tǒng)的冷卻水分別通過管道進入到吸收式熱泵機組，所述吸收式熱泵機組利用第一級GPC發(fā)電系統(tǒng)的中冷水、第二級SRC發(fā)電系統(tǒng)的冷卻水以及第三級ORC發(fā)電系統(tǒng)的冷卻水作為低溫熱源制備較高溫度的熱源。

第一級GPC發(fā)電系統(tǒng)通過管道連接有余熱回收機組，所述余熱回收機組連接有熱用戶，第一級GPC發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫缸套水經(jīng)余熱回收機組直接被熱用戶利用，滿足礦井用熱的需求。

如圖2所示，第一級GPC發(fā)電系統(tǒng)為現(xiàn)有技術(shù)，其包括瓦斯發(fā)電機組1，該機組產(chǎn)生中冷水和高溫缸套水。

如圖3所示，第二級SRC發(fā)電系統(tǒng)為現(xiàn)有技術(shù)，其包括鍋爐2、過熱器3、汽輪機4、第一發(fā)電機5、第一冷凝器6和給水泵7。

如圖4所示，第三級ORC(Organic Rankine Cycle)發(fā)電系統(tǒng)包括氣水換熱器14、蒸發(fā)器11、膨脹機9、第二發(fā)電機10、第二冷凝器12、工質(zhì)泵13以及冷卻塔8。在本級發(fā)電系統(tǒng)中，煙氣通過氣水換熱器14將熱量傳遞到蒸發(fā)器11。

本實用新型的原理如下：

瓦斯發(fā)電機組利用濃度≥25％的瓦斯氣進行直接燃燒發(fā)電，我們稱之為GPC(Gas Power Cycle)發(fā)電系統(tǒng)，GPC發(fā)電系統(tǒng)自身發(fā)電效率通常為≤35％，屬于瓦斯的第一級發(fā)電。

在第一級GPC發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電過程中，瓦斯燃燒所釋放的熱能主要走向分為五部分，第一部分用于發(fā)電(35％左右)，第二部分為通過400-550℃煙氣排放(30％左右)，第三部分通過高溫缸套水排放(20％左右)，第四部分通過中冷水排放(10％左右)第五部分散入空氣中(5％左右)。這屬于瓦斯能源的第一級發(fā)電。

第一級GPC發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的400-550℃高溫煙氣進入余熱鍋爐產(chǎn)生1.2MPa以上的蒸汽，驅(qū)動氣輪機進行發(fā)電，稱為低壓蒸汽SRC(Steam Rankine Cycle)發(fā)電系統(tǒng)，SRC發(fā)電系統(tǒng)的自身發(fā)電效率為10-15％之間。這屬于瓦斯能源的第二級發(fā)電。

煙氣通過SRC余熱發(fā)電系統(tǒng)余熱鍋爐以后，溫度降至150℃左右，繼續(xù)進入低溫余熱ORC (Organic Rankine Cycle)發(fā)電系統(tǒng)，ORC發(fā)電系統(tǒng)的自身發(fā)電效率在6％-10％之間。這屬于瓦斯能源的第三級發(fā)電。

本實用新型在現(xiàn)有的兩極瓦斯發(fā)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了第三級ORC發(fā)電系統(tǒng)，即將經(jīng)第二級SRC發(fā)電系統(tǒng)余熱鍋爐的煙氣通過煙道進入第三級ORC發(fā)電系統(tǒng)，進入第三級ORC發(fā)電系統(tǒng)的煙氣作為低品質(zhì)熱源換熱給低沸點工質(zhì)驅(qū)動膨脹機進行發(fā)電，這樣經(jīng)過三級發(fā)電，瓦斯能源的利用率達到了85～90％，利用率高。

本實用新型煤礦瓦斯梯級熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)中，還包括吸收式熱泵機組，吸收式熱泵機組利用第一級GPC發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫缸套水或第二級SRC發(fā)電系統(tǒng)余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽進行驅(qū)動或制冷，吸收式熱泵機組利用第一級GPC發(fā)電系統(tǒng)的中冷水、第二級SRC發(fā)電系統(tǒng)的冷卻水以及第三級ORC發(fā)電系統(tǒng)的冷卻水作為低溫熱源制備較高溫度的熱源，這樣能夠?qū)⑷壈l(fā)電系統(tǒng)發(fā)電過程中產(chǎn)生的低溫余熱進行充分地利用。

本實用新型的優(yōu)點如下：

(1)實現(xiàn)了瓦斯能源的梯級發(fā)電和熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)，提高了瓦斯能源發(fā)電的效率；

(2)提高了瓦斯能源的利用率，使其利用率達85～90％；

(3)節(jié)約了能源，降低了GPC發(fā)電系統(tǒng)的排煙溫度，減少煙氣對環(huán)境的危害。

以上所述的實施例僅僅是對本實用新型的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本實用新型的范圍進行限定，在不脫離本實用新型設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本實用新型的技術(shù)方案作出的各種變形和改進，均應(yīng)落入本實用新型權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。