煤礦瓦斯發動機的礦井能量綜合利用裝置的製作方法

2023-09-23 00:44:35

專利名稱：煤礦瓦斯發動機的礦井能量綜合利用裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及瓦斯發動機的能量綜合利用技術，也涉及熱泵技術和製冷技術， 以及煤礦礦井的能量利用。尤其涉及煤礦瓦斯發動機能量綜合高效利用裝置。
背景技術：
早在80年代，政府就把煤礦瓦斯的利用工作正式納入"中國節能基本建設投資計 劃。"同時將煤層氣的勘探開發研究列入"八五"科技發展攻關項目；1996年頒布的 《中華人民共和國煤炭法》明確規定"中國政府鼓勵開發利用煤層氣"；1998年實施 的《當前國家重點鼓勵發展的產業、產品和技術目錄》以及《鼓勵外商投資產業目錄》 也將煤層氣的勘探、開發和利用列入其中；在《中國二十一世紀議程——中國二十一 世紀人口、環境與發展白皮書》中，明確中國能源與環境發展的戰略政策為"貫徹 開發與節約並重的方針，改善能源結構與布局，能源工業的發展以煤炭為基礎，積極 開發石油天然氣(含煤層氣)，依靠科技進步，提高能源效率，合理利用能源資源， 減少環境汙染。"還明確"開發利用煤層氣資源，引進井下或地面直接開採煤層氣和 煤層氣利用技術，控制煤礦向大氣排放溫室氣體"；
目前煤礦瓦斯利用的主要方式為，民用、發電、供熱，最近幾年瓦斯電站在國內 有不少建成，並且有部分地方實行或開始實行瓦斯電站熱電冷三聯供。主要流程為利 用適當溶度的瓦斯與空氣混合帶動瓦斯發動機，再用瓦斯發動機帶動發電機發電，從 瓦斯發動機組排出來的高溫尾氣經過換熱器換熱製得高溫熱水或蒸汽，用高溫熱水或 蒸汽夏天帶動溴化鋰吸收式制冷機組製冷，冬天供熱。
這種熱電冷聯供裝置，有效的利用了瓦斯的能量並以此產生的電能、熱能、冷水 為煤礦服務，但是這種裝置的能量利用效率並沒有並不是很高。而且溴化鋰機組產生 的7攝氏度左右的冷水和12攝氏度的回水無法滿足煤礦井下製冷降溫所需要的溫差 的要求，而氨氣吸收式制冷機組由於氨氣容易洩漏且具有較強毒性所以一般不提倡民 用。
目前一般的溴化鋰機組的冷卻水是通過冷卻塔製得，冷卻塔一方面需要設備投資 另一方面還需要消耗不少的循環水泵的電能。而煤礦井下的大量排水沒有得到有效的 熱量或者冷量的利用。
在瓦斯發動機的冷卻水能量的利用方面，目前的裝置一般是通過換熱裝置獲得生 活熱水加以利用，但這種方法沒有充分利用發動機冷卻水較高位的熱量。
另一方面，內燃機熱泵技術在國外已經有了相當規模的應用，國內也有部分場合 使用了內燃機熱泵，這幾年內燃機熱泵技術已經發展的比較成熟。但是這些內燃機熱 泵機組主要用於製冷降溫沒有特殊要求的場合，對於煤礦井下製冷降溫這樣的特殊制 冷需求，普通的內燃機熱泵不能夠很好的滿足需求。
發明內容
本實用新型目的是提出一種瓦斯發動機的能量綜合利用裝置，為了提高煤礦企 業利用瓦斯熱電冷聯供的能源利用效率，以及煤礦企業特有的井下製冷降溫的需要， 和充分利用煤礦井下排水的冷量或熱量。
本實用新型目的還在於提供一種高效利用瓦斯能量及礦井排水能量的裝置，利 用本裝置能夠更加節能環保的進行煤礦井下製冷降溫和煤礦地面建築製冷降溫、以及 煤礦地面建築採暖及供熱。本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案概述如下
本實用新型目的是這樣實現的，煤礦瓦斯發動機的礦井能量綜合利用裝置，包括 瓦斯發動機l，瓦斯發動機帶動的發電機或蒸汽壓縮式制冷機組(包括壓縮機4，蒸發 器6，冷凝器7，節流閥5)，冷卻塔，礦井排水循環水泵和礦用冷熱負荷中心，瓦斯發 動機尾氣吸收式制冷機組3，蒸汽壓縮式制冷機組冷凝器設有熱回收換熱器，瓦斯發 動機設有冷卻水熱換熱器。煤礦瓦斯發動機驅動蒸汽壓縮式制冷機組或發電機，瓦斯 發動機的尾氣以及發動機冷卻水作為熱源連接吸收式制冷機組的熱源輸入端，吸收式 制冷機組的冷量輸出部分接礦井地面空調等礦用冷熱負荷中心，吸收式制冷機組的冷 量輸出管並聯連接接蒸汽壓縮式制冷機組的蒸發器。用於進一步製得更低溫度的冷媒 水以滿足井下製冷降溫的需求。
吸收式制冷機組還設有尾氣-水換熱器；蒸汽壓縮制冷機組的冷凝端的熱回收換 熱器連接發動機冷卻水熱換熱器再連接尾氣-水換熱器，並連接熱量輸出管道後連接 礦區生活熱負荷中心。發動機冷卻水端設有吸收式制冷機組，吸收式制冷機組的輸入 熱媒回水端設有熱回收換熱器，還設有發動機冷卻水熱換熱器。吸收式制冷機組產生 的冷媒水部分連接蒸汽壓縮式制冷機組以製取更低溫度的冷媒水。礦井空調的冷卻水 循環系統連接礦井排水管道作為冷卻水源。礦井空調冷卻水循環系統設有冷卻塔，礦 井空調冷卻水循環系統將處理後的礦井排水作為冷卻水源的輸入端並聯到冷卻塔，冷 卻水源進口處設有水溫調節的自動三通調節閥。蒸汽壓縮式制冷機組的冷凝端設有熱 回收換熱器。
蒸汽壓縮式制冷機組冷凝端熱回收換熱器、發動機冷卻水循環系統熱換熱器和尾 氣-水換熱器串聯運行，礦井低溫回水依次進入以上換熱器。溫度逐漸升高。三通調 節閥為根據溫度變化調節流量自動三通調節閥
礦井空調冷卻水循環系統將礦井排水作為冷卻水源。礦井空調冷卻水循環系統將 處理後的礦井排水作為冷卻水源的輸入端並聯冷卻塔，並設有自動三通調節閥進行水 溫調節。蒸汽壓縮式制冷機組的冷凝端設有熱回收換熱器。
與冷卻塔匹配的空氣水熱交換器，自動三通調節閥。蒸汽壓縮制冷機組的冷凝端
的熱回收換熱器及發動機冷卻水熱換熱器及尾氣-水換熱器接熱媒至熱量輸出管道。 本實用新型的具體工作方式是
夏季井下和地面同時需要製冷且地面需要提供洗浴生活熱水時，裝置的工作方式 為，瓦斯發動機帶動壓縮機工作，瓦斯發動機的冷卻水帶動發動機冷卻水吸收式製冷 機組製冷，瓦斯發動機的尾氣帶動瓦斯尾氣吸收式制冷機組工作，發動機冷卻水吸收 式制冷機組和尾氣吸收式制冷機組產生的7攝氏度的冷水並聯，冷水一部分通過地面 循環水泵供地面建築製冷降溫，另一部分進入正氣壓縮式制冷機組的蒸發器，經--歩 製得溫度更低的冷水(或其他合適的冷媒)，以滿足井下製冷降溫的要求。常溫的生 活給水首先經過蒸汽壓縮制冷機組的冷凝端的熱回收換熱器在經過發動機冷卻水熱 換熱器最後再通過尾氣-水換熱器得到適合溫度的生活熱水供礦區洗浴用水。處理後 的礦井排水由水泵首先經過蒸汽壓縮制冷機組的冷凝器然後經過吸收式制冷機組的 冷凝端，最後通過瓦斯發動機冷卻換熱器，礦井排水經過上述幾個換熱器時均設有旁 同管路和閥門，當礦井排水量較少或缺少的冷卻水量由礦井噴泉循環水或冷卻塔提 供，以便整個機組的靈活穩定的工作。
冬季煤礦井下仍需製冷降溫，地面建築需要採暖，並需要提供生活熱水時，裝置 的工作方式為，瓦斯發動機帶動壓縮機工作，井下製冷降溫回水先經過空氣水換熱器 將熱量先放熱給大氣充分利用自然冷源冷量，不足冷量部分由蒸汽壓縮制冷機組提 供，當過渡季節井下製冷降溫回水溫度低於環境溫度高於7攝氏度時適當的開啟吸收 式制冷機組利用吸收式制冷機組將回水溫度降到7攝氏度再進入蒸汽壓縮制冷機組 製取合適溫度的井下製冷降溫用冷水(或其他合適的冷媒)。採暖回水經過蒸汽壓縮 制冷機組的冷凝端的熱回收換熱器在發動機冷卻水換熱器然後再經過尾氣-水換熱器 製得合適溫度的採暖熱水，生活熱水製取為，生活熱水通過洗浴熱水換熱器與供熱回 水換熱，得到適合溫度的生活熱水供礦區洗浴用水。
以上的各個換熱器之間可以用專用的管路和閥門連接，以便根據不同的運行狀態 和實際情況調節轉換，以最合適經濟的組合方式工作。
本實用新型的最大特點在於，1、能夠將溴化鋰吸收式制冷機組得到的7攝氏度 左右的冷水，進入正氣壓縮式制冷機組進而得到更低溫度的冷凍水，以更好的滿足井 下製冷降溫需求；2、瓦斯發動機出口的高溫尾氣直接進入尾氣吸收式制冷機組；3、 發動機冷卻水帶動冷卻水吸收式制冷機組，以充分利用其高位的能量；4、充分利用 了井下排水的冷量(或熱量)；5、在蒸汽壓縮式制冷機組的冷凝端設有熱回收換熱器， 以回收冷凝熱；6、在採暖的回水管上設有生活熱水製取熱交換器，更好的利用回水 熱量並實行了分水質供水。


圖1本實用新型工作原理及系統示意圖
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。如圖1所示，本實用新型實施 示例，由瓦斯發動機l、發動機冷卻水吸收式制冷機組2、瓦斯發動機尾氣吸收式制 冷機組3、壓縮機4、節流閥5、蒸發器6、冷凝器7、熱泵機組熱回收換熱器8、發動機 冷卻水熱回收換熱器9、尾氣-水換熱器IO、冷卻塔ll、空氣-水換熱器12、洗浴熱水 換熱器13、自動三通調節閥R廣R7，組成。
夏季當煤礦井下和地面建築同時需要製冷降溫且地面需要提供洗浴生活熱水時，
裝置的工作方式為，瓦斯發動機1帶動壓縮機2工作，瓦斯發動機的冷卻水帶動發動 機冷卻水吸收式制冷機組3製冷，瓦斯發動機的尾氣帶動瓦斯尾氣吸收式制冷機組4 工作，發動機冷卻水吸收式制冷機組和尾氣吸收式制冷機組產生的7攝氏度的冷水並 聯，冷水一部分通過地面循環水泵供地面建築製冷降溫，另一部分進入正氣壓縮式制 冷機組的蒸發器6，經一步製得溫度更低的冷水(或其他合適的冷媒)，以滿足井下 製冷降溫的要求。常溫的生活給水首先經過蒸汽壓縮制冷機組的冷凝端的熱回收換熱 器8在經過發動機冷卻水熱換熱器9最後再通過尾氣-水換熱器10得到適合溫度高溫 熱水，在經過洗浴熱水換熱器13製取生活熱水供礦區洗浴用水。處理後的礦井排水 由水泵首先經過蒸汽壓縮制冷機組的冷凝器7然後經過吸收式制冷機組的冷凝端充 分吸收冷凝溫度後外排，礦井排水經過上述幾個換熱器時均設有旁同管路和自動三通 調節閥門，當礦井排水量較少或缺少的冷卻水量由礦井噴泉循環水或冷卻塔提供n， 以便整個機組的靈活穩定的工作。
冬季煤礦井下仍需製冷降溫，地面建築需要採暖，並需要提供生活熱水時，裝置 的工作方式為，井下製冷降溫回水先經過空氣水換熱器12將熱量先放熱給大氣，充 分利用自然冷源冷量，回水溫度降到一定溫度後經過蒸發器6，與蒸發器換熱後可以 得到溫度更低的冷水(或其他合適的冷媒)，供井下製冷降溫。採暖回水經過蒸汽壓 縮制冷機組的冷凝端的熱回收換熱器8在經過發動機冷卻水熱換熱器9最後再通過尾 氣-水換熱器IO得到適合溫度高溫熱水供煤礦地面建築採暖，採暖的回水在經過洗浴 熱水換熱器13製取生活熱水供礦區洗浴用水。
當過渡季節井下製冷降溫回水溫度低於環境溫度相對較高時適當的開啟吸收式 制冷機組利用吸收式制冷機組將回水溫度降到7攝氏度再進入蒸汽壓縮制冷機組制 取合適溫度的井下製冷降溫用冷水(或其他合適的冷媒)。
如果在無需井下製冷降溫需求的礦井，本裝置的工作方式為，夏季蒸汽壓縮式制 冷機組，與吸收式制冷機組並聯運行製取7攝氏度左右的冷水，供地面建築製冷降溫。 生活熱水製備方法同上。處理後的礦井排水首先經過冷凝器7溫度升高到32攝氏度 左右在進入吸收式制冷機組的冷凝器後外排，不足部分由冷卻塔提供。冬季工作方式 為，瓦斯發動機帶動壓縮機工作，處理後的礦井排水進入蒸發器6，供熱回水首先經 過冷凝器7然後在經過發動機冷卻水熱換熱器9最後再通過尾氣-水換熱器10得到適 合溫度高溫熱水供煤礦地面建築採暖，採暖的回水在經過洗浴熱水換熱器13製取生 活熱水供礦區洗浴用水。機組的特點就是熱泵同瓦斯發動機餘熱換熱器聯合供熱和充 分提取礦井排水中的熱量，以達到一個較高的能量利用效率。
綜上所述，本實用新型提供了一種結合煤礦企業自身特點的，高效環保的利用煤 礦瓦斯能量和礦井排水冷量(或熱量)裝置，變廢為寶，本實用新型在高瓦斯礦井的 推廣必將為煤礦企業帶來巨大的經濟效益。
權利要求1、煤礦瓦斯發動機的礦井能量綜合利用裝置，包括瓦斯發動機(1)，瓦斯發動機帶動的包括壓縮機(4)、蒸發器(6)、冷凝器(7)和節流閥(5)構成的蒸汽壓縮式制冷機組(2)或發電機，制冷機組或發電機輸出連接礦井冷卻塔，礦井排水循環水泵和礦區空調或生活熱負荷中心，其特徵是設有瓦斯發動機尾氣吸收式制冷機組，瓦斯發動機設有冷卻水熱換熱器，瓦斯發動機的尾氣作為熱源連接尾氣吸收式制冷機組的熱源輸入端，吸收式制冷機組的冷量輸出部分接礦區空調。
2、 根據權利要求l所述的煤礦瓦斯發動機的礦井能量綜合利用裝置，其特徵是吸 收式制冷機組的冷量輸出管並聯連接蒸汽壓縮式制冷機組的蒸發器。
3、 根據權利要求1所述的煤礦瓦斯發動機的礦井能量綜合利用裝置，其特徵是 吸收式制冷機組還設有尾氣-水換熱器；蒸汽壓縮制冷機組的冷凝端的熱回收換熱器 連接發動機冷卻水熱換熱器再連接尾氣-水換熱器，並連接熱量輸出管道後連接礦區 生活熱負荷中心。
4、 根據權利要求1所述的煤礦瓦斯發動機的礦井能量綜合利用裝置，其特徵是 發動機冷卻水端設有吸收式制冷機組，吸收式制冷機組的輸入熱媒回水端設有熱回收 換熱器，還設有發動機冷卻水熱換熱器。
5、 根據權利要求1所述的煤礦瓦斯發動機的礦井能量綜合利用裝置，其特徵在 於吸收式制冷機組產生的冷媒水部分連接蒸汽壓縮式制冷機組。
6、 根據權利要求1所述的煤礦瓦斯發動機的礦井能量綜合利用裝置，其特徵在 於礦井空調的冷卻水循環系統連接礦井排水管道作為冷卻水源。
7、 根據權利要求1所述的煤礦瓦斯發動機的礦井能量綜合利用裝置，其特徵在 於礦井空調冷卻水循環系統設有冷卻塔，礦井空調冷卻水循環系統將處理後的礦井排 水作為冷卻水源的輸入端並聯到冷卻塔，冷卻水源進口處設有水溫調節的自動三通調 節閥。
8、 根據權利要求1所述的煤礦瓦斯發動機的礦井能量綜合利用裝置，其特徵是 蒸汽壓縮式制冷機組的冷凝端設有熱回收換熱器。
9、 根據權利要求3所述煤礦瓦斯發動機的礦井能量綜合利用裝置，其特徵是蒸 汽壓縮式制冷機組冷凝端熱回收換熱器、發動機冷卻水循環系統熱換熱器和尾氣-水 換熱器串聯運行，礦井低溫回水依次進入以上換熱器。
10、 根據權利要求7所述煤礦瓦斯發動機的礦井能量綜合利用裝置，其特徵是三 通調節閥為根據溫度變化調節流量自動三通調節閥。
專利摘要煤礦瓦斯發動機的礦井能量綜合利用裝置，包括瓦斯發動機(1)，瓦斯發動機帶動的包括壓縮機(4)、蒸發器(6)、冷凝器和節流閥(5)構成的蒸汽壓縮式制冷機組或發電機，制冷機組或發電機輸出連接礦井冷卻塔，礦井排水循環水泵和礦區空調或生活熱負荷中心，設有瓦斯發動機尾氣吸收式制冷機組，瓦斯發動機設有冷卻水熱換熱器，瓦斯發動機的尾氣作為熱源連接尾氣吸收式制冷機組的熱源輸入端，吸收式制冷機組的冷量輸出部分接礦區空調。還設有冷卻塔，空氣水熱交換器；礦井空調冷卻水循環系統將礦井排水作為冷卻水源。礦井空調冷卻水循環系統將處理後的礦井排水作為冷卻水源的輸入端並聯冷卻塔，並設有自動三通調節閥進行水溫調節。
文檔編號F02G5/04GK201007231SQ20062016513
公開日2008年1月16日 申請日期2006年12月15日 優先權日2006年12月15日
發明者朱曉彥 申請人:朱曉彥