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：

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。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術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)的煙氣作為低品質熱源換熱給低沸點工質驅動膨脹機進行發(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)的煙氣作為低品質熱源換熱給低沸點工質驅動膨脹機進行發(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，這樣能夠將三級發(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)的結構示意圖；

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)的結構示意圖；

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)的結構示意圖；

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)的結構示意圖。

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 品質熱源換熱給低沸點工質驅動膨脹機進行發(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，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，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)的煙氣作為低品質熱源換熱給低沸點工質驅動膨脹機進行發(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，這樣能夠將三級發(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計精神的前提下，本領域普通技術人員對本實用新型的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本實用新型權利要求書確定的保護范圍內。