一種新型地下煤火熱能提取溫差發電系統的製作方法

2023-09-14 05:43:40 1

本發明屬於煤田火區熱能回收技術領域，具體是指一種新型地下煤火熱能提取溫差發電系統。

背景技術：

地下煤火(Subsurface fire)是煤礦層由於人為因素或自燃形成的煤田火和礦井火的統稱。在中國、美國、澳大利亞、印度、印尼等國普遍發生，地下煤火：①損失了大量的煤炭資源(全球約損失10億噸/年，而當前世界煤炭消費量80億噸/年)；②威脅採礦安全(地下煤火燃燒形成的塌陷與燒空區，嚴重影響原煤的開採進程與採礦安全，造成資源的阻滯甚至引發礦難)；③浪費大量能源(地下煤火燃燒的產生的能量約為1000GW/年，超過世界核電總容量400GW/年)；④破壞生態環境(每年地下煤火產生的CO2佔世界CO2排放量的10％。煤火嚴重危及人類健康，造成呼吸系統疾病、皮膚癌、心臟病等一系列相關疾病；向空氣中釋放的有害化學物質長期積聚，如汞、硒等重金屬和硫化物、PM2.5，汙染空氣、土地和水源)。

煤田火區對環境的影響不容忽視，造成了嚴重的①大氣汙染，向大氣排放大量熱量、有毒有害氣體和溫室氣體；②水源汙染，火區燃燒產生酸鹼性化合物隨著基巖裂隙水在山谷口、陡崖、陡坎處以泉水和礦井水等形式排除地表，或地下水不斷運移；③地表植被破壞，火區地表溫度急劇上升，破壞土壤原有的物理結構和性質，同時火區地表析出的硫酸鹽和硫磺使土壤酸性增加，含硫量增高，植被無法生存；④潛在的地質災害，淺部煤層和井下浮煤、煤柱等燃燒後形成燒空區，改變了煤層頂板及圍巖的平衡狀態，導致地面出現大量的燃燒裂隙、塌陷坑等，同時又為煤層燃燒提供了供氧通道，形成了「燃燒—塌陷—燃燒」的惡性循環，另外地表水土保持能力大幅下降，極易引起泥石流、滑坡等地質災害。

儘管我國在煤火的研究領域已經取得長足的進步，獲得了一批原創性的成果，但是在煤火基礎理論研究、煤火控制等方面與澳大利亞、美國等發達國家相比，尚有較大的提升空間；另一方面來說，隨著煤田火區的動態發展，部分地區的煤田火區規模和範圍還在擴大，燃燒面積和規模仍在增加，現有的防滅火理論、技術及裝備不能完全適應地下煤火的發展。綜上所述，亟需國家在煤火防治方面加強持續投入與布局，實現煤火的高效防治與熱能資源的有效利用。現有的煤火防治技術多是利用注漿或注液氮的方式進行滅火，阻止煤火的蔓延，但不能阻斷地下煤火的能量積聚，多是治標不治本，起不到很好的效果。本發明將地下煤火熱能提取發電，不但阻斷了煤火的蔓延，而且將地下煤火積聚的能量加以利用，徹底阻斷了煤火形成的條件，而且經濟與環境效益明顯，意義重大。

技術實現要素：

本發明目的是，對於煤田地下煤火煤炭資源浪費、汙染環境等問題，提供一種新型地下煤火熱能提取溫差發電系統，實現煤田地下煤火熱能資源的回收利用，同時解決火區環境汙染問題。

為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案為：一種新型地下煤火熱能提取溫差發電系統，包括煤田火區、設置在煤田火區上的煤田鑽孔，所述的煤田鑽孔內設有底部封閉的地下導熱管路，所述的地下導熱管路一端位於地下吸取熱量另一端設有相通的導熱容器，導熱容器上設有洩壓裝置，還包括用於產生電量的溫差發電片組和用於儲存電量與溫差發電片組連接的蓄電池，所述的溫差發電片組設置在導熱容器的外側壁上，所述的溫差發電片組的外側設有冷端散熱管，溫差發電片組位於導熱容器和冷端散熱管之間，所述的冷端散熱管上連接設有起散熱作用的散熱器和泵。

本發明與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：本發明中溫差發電片組是直接貼合在導熱容器上，結構簡單不需要多餘的部件而且傳熱效率高，溫差發電片組採用貼片式，最外層為冷端散熱管，增加了熱媒、冷媒與溫差發電片組的接觸面積，能夠高效利用地下煤火的熱能；溫差發電系統工藝簡單，能夠很好的適應煤田火區的工程作業環境。

設有深入煤田火區的5個煤田鑽孔，可以安裝5個地下導熱管路，可以提取更多的煤火熱能，增大了對煤火熱能的提取效率，提高了發電量；採用了高效率導熱容器來保存熱媒，溫差發電片組採用貼片式，最外層為冷端散熱管，增加了熱媒、冷媒與溫差發電片組的接觸面積，能夠高效利用地下煤火的熱能；溫差發電系統工藝簡單，能夠很好的適應煤田火區的工程作業環境；採用設計有多迴路彎曲散熱片的冷卻水散熱器，可以增大冷水的散熱面積，加快散熱，提高發電效率。

作為改進，所述地下導熱管路的個數至少為兩個且均與導熱容器連接，所述的煤田鑽孔有5個，設有5個地下導熱管路，所述的地下導熱管路包括一個位於中間的主要導熱管路和四個均勻分布在四周的輔助導熱管路，有深入煤田火區的5個煤田鑽孔，可以安裝5個地下導熱管路，可以提取更多的煤火熱能，增大了對煤火熱能的提取效率，提高了發電量。

作為改進，所述的主要導熱管路為長管路，輔助導熱管路為短管路，主要導熱管路可用於煤火熱能利用完畢後地下煤火的注漿滅火封堵，四個輔助導熱管路事後封堵即可，5個導熱管路加大了熱媒的流量，加快了地下熱能利用速度，提高了發電效率。

作為改進，所述的洩壓裝置為自動洩壓裝置，包括用於測量導熱容器內的壓力傳感器和自動洩壓閥，當容器內壓力過大時自動洩壓閥自動洩壓。

作為改進，所述的導熱容器、地下導熱管路和溫差發電片組構成熱端模塊，所述的冷端散熱管、溫差發電片組、散熱器和泵構成冷端模塊，此種溫差發電模塊熱媒、冷媒與溫差發電片組接觸面積大，熱端導熱迅速，冷端降溫明顯，煤火熱能提取效率高。

作為改進，所述導熱容器的側壁為內凹或外凸結構，導熱容器整體呈十字型結構，此種結構增大了溫差發電片組與導熱容器的接觸面積，煤火熱能提取效率高。

作為改進，所述的泵為可調節流量大小的泵，在具體使用時可根據導熱容器的溫度來調節冷媒的流量，提高溫差發電模塊的發電效率。

作為改進，所述的冷卻水散熱器中管路為多迴路彎曲設計，可以增大冷水的散熱面積，加快散熱，提高發電效率。

作為改進，所述的溫差發電片組覆蓋在導熱容器表面串並聯結合組成。

附圖說明

圖1是本發明一種新型地下煤火熱能提取溫差發電系統的結構示意圖。

圖2是本發明一種新型地下煤火熱能提取溫差發電系統的俯視圖。

圖3是本發明一種新型地下煤火熱能提取溫差發電系統的溫差發電片組的結構示意圖。

如圖所示：1、煤田火區，2、煤田鑽孔，3、地下導熱管路，3.1、主要導熱管路，3.2、輔助導熱管路，4、導熱容器，5、洩壓裝置，6、溫差發電片組，7、蓄電池，8、冷端散熱管，9、散熱器，10、泵，11、蓄電池電極。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明。

結合附圖，一種新型地下煤火熱能提取溫差發電系統，包括煤田火區1、設置在煤田火區1上的煤田鑽孔2，所述的煤田鑽孔2內設有底部封閉的地下導熱管路3，所述的地下導熱管路3一端位於地下吸取熱量另一端設有相通的導熱容器4，導熱容器4上設有洩壓裝置5，還包括用於產生電量的溫差發電片組6和用於儲存電量與溫差發電片組6連接的蓄電池7，所述的溫差發電片組6設置在導熱容器4的外側壁上，所述的溫差發電片組6的外側設有冷端散熱管8，溫差發電片組6位於導熱容器4和冷端散熱管8之間，所述的冷端散熱管8上連接設有起散熱作用的散熱器9和泵10。

所述地下導熱管路3的個數至少為兩個且均與導熱容器4連接。

所述的煤田鑽孔2有5個，設有5個地下導熱管路3，所述的地下導熱管路3包括一個位於中間的主要導熱管路3.1和四個均勻分布在四周的輔助導熱管路3.2。

所述的主要導熱管路3.1為長管路，輔助導熱管路3.2為短管路。

所述的洩壓裝置5為自動洩壓裝置，包括用於測量導熱容器4內的壓力傳感器和自動洩壓閥。

所述的導熱容器4、地下導熱管路3和溫差發電片組6構成熱端模塊，所述的冷端散熱管8、溫差發電片組6、散熱器9和泵10構成冷端模塊。

所述導熱容器4的側壁為內凹或外凸結構，導熱容器4整體呈十字型結構。

所述的泵10為可調節流量大小的泵。

所述的冷卻水散熱器9中管路為多迴路彎曲設計。

所述的溫差發電片組6覆蓋在導熱容器4表面串並聯結合組成。

在具體實施例中，本發明利用深入煤田的5個煤田鑽孔安裝地下導熱管路，地下導熱管路的上部設有聯通有高效率導熱容器，容器內注入熱媒，熱媒通過地下導熱管路深入地下吸收地下煤火熱量，通過熱對流將熱量帶到高效率導熱容器，使容器內的熱媒升溫。溫差發電片組熱端由高效率導熱容器中的熱媒供熱，冷端則由冷卻水散熱器、水泵、冷端散熱管和溫差發電片組構成的冷端模塊散熱。溫差發電片組輸出的電能儲存在蓄電池中。

本發明的裝置可在煤田火區上設置多個用以回收熱量，本系統結構簡單實用，適用於工程作業環境，利用煤田火區的地下熱能進行發電，避免了煤火蔓延和煤炭資源損失，經濟與環境效益明顯，意義重大。

以上對本發明及其實施方式進行了描述，這種描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發明的實施方式之一，實際的結構並不局限於此。總而言之如果本領域的普通技術人員受其啟示，在不脫離本發明創造宗旨的情況下，不經創造性的設計出與該技術方案相似的結構方式及實施例，均應屬於本發明的保護範圍。