一種煤田火區(qū)熱能可持續(xù)利用與煤火治理系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種煤田火區(qū)熱能可持續(xù)利用與煤火治理系統(tǒng)及方法，由真空液體容罐、散熱器、散熱風(fēng)扇、水平鉆孔、耐高溫循環(huán)泵、溫差發(fā)電模塊、穩(wěn)壓增壓模塊、蓄電池和逆變器構(gòu)成。主要操作方法是采用機器開挖手段隔離煤田火區(qū)，在獨立煤田火區(qū)內(nèi)布置水平鉆孔，熱載體通過水平鉆孔吸收火區(qū)熱量形成高溫?zé)彷d體，并在耐高溫循環(huán)泵的作用下進入真空液體容罐，其底部溫差發(fā)電模塊利用自身頂?shù)變啥藴夭钸M行發(fā)電。本系統(tǒng)可循環(huán)持續(xù)利用熱載體提取煤田火區(qū)熱量，經(jīng)過溫差發(fā)電將熱能轉(zhuǎn)化為電能，減少了資源浪費，同時隔離煤田火區(qū)防止了火源擴散，達到了廢棄能源回收利用和煤火治理的雙重效果，具有廣泛的實用性。
【專利說明】
一種煤田火區(qū)熱能可持續(xù)利用與煤火治理系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種煤田火區(qū)熱能可持續(xù)利用與煤火治理系統(tǒng)及方法，適用于廢棄能源回收利用及煤火治理。
【背景技術(shù)】
[0002]煤火是指自然環(huán)境下或人為因素下，煤炭因氧化聚熱引發(fā)燃燒并不斷發(fā)展形成的大面積煤田火災(zāi)。世界上煤田火災(zāi)分布很廣，遍布南北半球，不僅中國有，印度、美國、俄羅斯、澳大利亞、印度尼西亞、中亞等國家和地區(qū)都普遍存在。煤火在中國主要分布在內(nèi)蒙、寧夏和新疆，中國煤田火區(qū)燃燒面積達720km2，每年直接燃燒損失的煤炭資源1360萬t，間接損失的煤炭資源約2億t，同時煤火還會對區(qū)域生態(tài)環(huán)境造成嚴重破壞。
[0003]國內(nèi)外主要的煤田火區(qū)滅火技術(shù)有直接剝離法、注水/漿法、注凝膠/泡沫法等。直接剝離法，就是直接用機械手段剝離，防止煤火擴散;灌水/漿滅火是通過鉆孔灌注一定量的泥漿和水，隔絕氧氣并降低煤層溫度，阻止煤炭進一步氧化自燃;凝膠及泡沫具有一定的流動性，防治煤炭自燃效果較好，但成本較高。國內(nèi)外對煤田火區(qū)基本停留在治理層面上，目前對廢棄能源的回收利用的還未開展應(yīng)用，更沒有配套的工程系統(tǒng)和方法。煤田火災(zāi)威脅采礦安全、浪費大量的熱能資源、嚴重破壞生態(tài)環(huán)境，嚴重阻礙了國家的可持續(xù)發(fā)展，因此，本發(fā)明對煤田火區(qū)熱能可持續(xù)利用和煤火治理具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是針對煤火火區(qū)的資源大量浪費、生態(tài)環(huán)境破壞等問題，提供一種煤田火區(qū)熱能可持續(xù)利用與煤火治理系統(tǒng)及方法，實現(xiàn)熱能可持續(xù)利用和煤火治理。
[0005]—種煤田火區(qū)熱能可持續(xù)利用與煤火治理系統(tǒng)及方法，包括真空液體容罐、散熱器、水平鉆孔、耐高溫循環(huán)栗、溫差發(fā)電模塊、穩(wěn)壓增壓模塊、蓄電池組和逆變器等。采用機器開挖手段隔離煤田火區(qū)，在獨立煤田火區(qū)內(nèi)布置水平鉆孔，在地表上將常溫?zé)彷d體經(jīng)散熱管路和多通閥注入多組水平鉆孔，過程中熱載體吸收煤田火區(qū)熱量形成高溫?zé)彷d體，由耐高溫循環(huán)栗將高溫?zé)彷d體經(jīng)多通閥和保溫管路送入真空液體容罐，真空液體容罐底部溫差發(fā)電模塊利用高溫?zé)彷d體與常溫空氣的溫度差進行發(fā)電，產(chǎn)生的不穩(wěn)定電壓通過穩(wěn)壓增壓模塊得到穩(wěn)定及適當增大，經(jīng)由導(dǎo)電線路連接蓄電池儲存電能，電能可經(jīng)過逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電供用電器使用，真空液體容罐中熱載體使用完成后，經(jīng)散熱管路流入散熱器，降低自身溫度，并附加風(fēng)扇增加散熱效果，以此確保熱載體注入到煤田火區(qū)能夠吸收更多的熱量，熱載體再次被注入到水平鉆孔，形成一個循環(huán)系統(tǒng)。
[0006]所述熱載體為高溫導(dǎo)熱硅油，沸點高，導(dǎo)熱性好。
[0007]真空液體容罐入口端高于出口端，其頂部設(shè)有密封保溫蓋，側(cè)面設(shè)計雙層保護殼，包括鋁制內(nèi)殼和鋼質(zhì)外殼，中間抽真空，底部為單層鋁制外殼。散熱器為多級可調(diào)的，可通過閥門調(diào)節(jié)確定熱載體的散熱程度。散熱管路出口端和保溫管路入口端都安裝有溫度顯示器，可監(jiān)測熱載體流入和流出煤田火區(qū)的溫度差，若差值小于60°C，需調(diào)節(jié)流量控制器減小流量。水平鉆孔為無縫鋼管。溫差發(fā)電模塊通過導(dǎo)熱硅脂附著在真空液體容罐底部，其由多組溫差發(fā)電塊串聯(lián)而成。導(dǎo)電線路為柔性防火電纜。
[0008]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:采用機器開挖手段隔離煤田火區(qū)，有效地防止了火區(qū)擴大，進而避免了煤炭資源損失，其次便于設(shè)計水平鉆孔提取火區(qū)熱能，較好地對廢棄資源進行了回收利用;采用熱載體能夠較大程度地獲取熱能能源，減少熱能能源一次浪費;利用溫差發(fā)電工藝簡單，具有可移動性、可擴展性等特點；熱量提取系統(tǒng)為可循環(huán)系統(tǒng)，可持續(xù)提取熱量進行發(fā)電至煤火熄滅為止，廢棄能源得到充分利用，煤火得到快速治理。
【附圖說明】
[0009]附圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]附圖中1-真空液體容罐，2-散熱器，3-多通閥，4-水平鉆孔，5-溫度顯示器，6-流量控制器，7-耐高溫循環(huán)栗，8-散熱管路，9-保溫管路，10-散熱風(fēng)扇，11-溫差發(fā)電模塊，12-穩(wěn)壓增壓模塊，13-蓄電池組，14-逆變器，15-導(dǎo)電線路，16-地表，17-煤田火區(qū)。
【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個實例作進一步描述:
[0012]煤田火區(qū)熱能可持續(xù)利用系統(tǒng)由真空液體容罐1、散熱器2、水平鉆孔4、耐高溫循環(huán)栗7、溫差發(fā)電模塊11、穩(wěn)壓增壓模塊12、蓄電池組13和逆變器14等構(gòu)成。
[0013]采用機器開挖手段隔離煤田火區(qū)17，在獨立煤田火區(qū)17內(nèi)布置水平鉆孔4，在地表16上將常溫?zé)彷d體經(jīng)散熱管路8和多通閥3注入多組水平鉆孔4，過程中熱載體吸收煤田火區(qū)17熱量形成高溫?zé)彷d體，由耐高溫循環(huán)栗7將高溫?zé)彷d體經(jīng)多通閥3和保溫管路9送入真空液體容罐I，真空液體容罐I底部溫差發(fā)電模塊11利用高溫?zé)彷d體與常溫空氣的溫度差進行發(fā)電，產(chǎn)生的不穩(wěn)定電壓通過穩(wěn)壓增壓模塊12得到穩(wěn)定及適當增大，經(jīng)由導(dǎo)電線路15連接蓄電池13儲存電能，電能可經(jīng)過逆變器14將直流電轉(zhuǎn)換為交流電供用電器使用，真空液體容罐I中熱載體使用完成后，經(jīng)散熱管路8流入散熱器2，降低自身溫度，并附加風(fēng)扇10增加散熱效果，以此確保熱載體注入到煤田火區(qū)17能夠吸收更多的熱量，熱載體再次被注入到水平鉆孔4，形成一個循環(huán)系統(tǒng)。
[0014]散熱管路8出口端和保溫管路9入口端都安裝有溫度顯示器5，可監(jiān)測熱載體流入和流出煤田火區(qū)17的溫度差，若差值小于60°C，需調(diào)節(jié)流量控制器6減小流量。同時可減少散熱器2散熱級數(shù)，減小熱載體的散熱程度。系統(tǒng)運行過程中保證溫差發(fā)電模塊11冷熱端溫差足夠大且穩(wěn)定。
【主權(quán)項】
1.一種煤田火區(qū)熱能可持續(xù)利用與煤火治理系統(tǒng)，包括真空液體容罐(I)、散熱器(2)、水平鉆孔(4)、耐高溫循環(huán)栗(7)、溫差發(fā)電模塊(11)、穩(wěn)壓增壓模塊(12)、蓄電池組(13)和逆變器(14)，其特征在于:真空液體容罐(I)出口端、散熱器(2)和水平鉆孔(4)入口端通過散熱管路(8)順序相連，水平鉆孔(4)出口端、耐高溫循環(huán)栗(7)、真空液體容罐(I)入口端經(jīng)保溫管路(9)順序相連，上述構(gòu)成熱載體循環(huán)系統(tǒng)，空液體容罐(I)底部安裝溫差發(fā)電模塊(11)，其與穩(wěn)壓增壓模塊(12)、蓄電池組(13)、逆變器(14)通過導(dǎo)電線路(15)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種煤田火區(qū)熱能可持續(xù)利用與煤火治理系統(tǒng)，其特征在于:所述熱載體為高溫導(dǎo)熱硅油，無色、無味、無毒、不易揮發(fā)的液體，沸點高且導(dǎo)熱快。3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種煤田火區(qū)熱能可持續(xù)利用與煤火治理系統(tǒng)，其特征在于:所述真空液體容罐(I)入口端高于出口端，其頂部設(shè)有密封保溫蓋，側(cè)面設(shè)計雙層保護殼，包括鋁制內(nèi)殼和鋼質(zhì)外殼，中間抽真空，底部為單層鋁制外殼。4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種煤田火區(qū)熱能可持續(xù)利用與煤火治理系統(tǒng)，其特征在于:所述散熱器(2)為多級可調(diào)的，可通過閥門調(diào)節(jié)確定熱載體的散熱程度。5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種煤田火區(qū)熱能可持續(xù)利用與煤火治理系統(tǒng)，其特征在于:散熱管路(8)出口端和保溫管路(9)入口端都安裝有溫度顯示器(5)，可監(jiān)測熱載體流入和流出煤田火區(qū)(17)的溫度差，若差值小于60 0C，需調(diào)節(jié)流量控制器(6)減小流量。6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種煤田火區(qū)熱能可持續(xù)利用與煤火治理系統(tǒng)，其特征在于:所述水平鉆孔(4)為無縫鋼管。7.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種煤田火區(qū)熱能可持續(xù)利用與煤火治理系統(tǒng)，其特征在于:所述溫差發(fā)電模塊(11)通過導(dǎo)熱硅脂附著在真空液體容罐(I)底部，其由多組溫差發(fā)電塊串聯(lián)而成。8.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種煤田火區(qū)熱能可持續(xù)利用與煤火治理系統(tǒng)，其特征在于:所述導(dǎo)電線路(15)為柔性防火電纜。9.一種煤田火區(qū)熱能可持續(xù)利用與煤火治理系統(tǒng)方法，采用機器開挖手段隔離煤田火區(qū)(17)，在獨立煤田火區(qū)(17)內(nèi)布置水平鉆孔(4)，在地表(16)上將常溫?zé)彷d體經(jīng)散熱管路(8)和多通閥(3)注入多組水平鉆孔(4)，過程中熱載體吸收煤田火區(qū)(17)熱量形成高溫?zé)彷d體，由耐高溫循環(huán)栗(7)將高溫?zé)彷d體經(jīng)多通閥(3)和保溫管路(9)送入真空液體容罐(I)，真空液體容罐(I)底部溫差發(fā)電模塊(11)利用高溫?zé)彷d體與常溫空氣的溫度差進行發(fā)電，產(chǎn)生的不穩(wěn)定電壓通過穩(wěn)壓增壓模塊(12)得到穩(wěn)定及適當增大，經(jīng)由導(dǎo)電線路(15)連接蓄電池(13)儲存電能，電能可經(jīng)過逆變器(14)將直流電轉(zhuǎn)換為交流電供用電器使用，真空液體容罐(I)中熱載體使用完成后，經(jīng)散熱管路(8)流入散熱器(2)，降低自身溫度，并附加風(fēng)扇(10)增加散熱效果，以此確保熱載體注入到煤田火區(qū)(17)能夠吸收更多的熱量，熱載體再次被注入到水平鉆孔(4)，形成一個循環(huán)系統(tǒng)。
【文檔編號】H02N11/00GK106026778SQ201610626875
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月2日
【發(fā)明人】周福寶, 蘇賀濤, 陳小雨, 史波波, 強子英
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)