一种基于低浓度煤层气燃烧的外燃机发电装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于低浓度煤层气燃烧的外燃机发电装置。目前还没有可利用煤炭开采过程中释放的煤层气的发电装置。本实用新型包括外燃机、外燃机冷却水出水管道、外燃机冷却水冷却塔、外燃机冷却水水泵、外燃机冷却水进水管道、外燃机冷却水流量计和发电机，其特点是：还包括煤层气储气罐、阻火器、烟囱、煤层气?烟气换热器、空气输气管道、多孔介质燃烧器、空气增压机和煤层气流量计，一号煤层气输气管道的两端分别连接在煤层气储气罐和煤层气流量计上，二号煤层气输气管道的两端分别连接在煤层气流量计和阻火器上，空气输气管道的两端分别连接在多孔介质燃烧器的空气进口和空气增压机上。本实用新型能用煤矿在开采过程中的煤层气发电。
【专利说明】
一种基于低浓度煤层气燃烧的外燃机发电装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种基于低浓度煤层气燃烧的外燃机发电装置，属于低热值能源利用装置，用于利用煤矿在开采过程中排放的低浓度煤层气燃烧释放的热量，作为外燃机的驱动热源，从而实现发电功能。
【背景技术】
[0002]煤层气是煤矿在开采过程中伴生的一种气体，煤层气是一种优质低热值的能源，具有很高的经济价值。据统计表明，我国已探明煤层气资源丰富。目前我国关于煤层气的处理方法是降低煤层气中甲烷浓度然后直接排空或者燃烧发电，煤层气燃烧发电要求甲烷浓度较高且稳定，甲烷是一种温室效应气体，其温室效应系数约为二氧化碳的21倍。因此，我国目前关于煤层气的处理方法既浪费了能源又造成环境污染。
[0003]煤层气燃烧发电系统方式较多。例如利用燃气轮机、蒸汽机或者内燃机进行燃烧发电，或者进行热电联产，对居民进行供冷、供暖等。其中，蒸汽机热效率很低，只有10%左右，利用不充分。燃气轮机效率比蒸汽轮机高，可以达到30%左右，但是只能在部分煤层气产量较高、成分稳定、气源质量高的矿区使用。内燃机发电是目前选择较多的一种方式，对大中小型煤矿的适应力比较强。但在使用的过程中机组出现了不能正常启动，以及机组过热的问题，主要由于矿区煤层气中甲烷浓度波动较大，当甲烷浓度低于3%时，煤层气不能正常燃烧，机组不能运行。
[0004]因此，研究出一套低浓度煤层气(甲烷浓度为4%)燃烧器与利用燃料燃烧加热循环工质，使热能转化为机械能的外燃机结合的发电装置，可以有效利用我国在煤炭开采过程中释放的煤层气，同时因采用外燃机可有效缓解煤层气中甲烷浓度波动大造成对发电装置的影响，目前还没有该类装置。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的在于有效地解决低浓度煤层气燃烧技术在煤矿开采利用过程中的应用的局限，同时缓解煤层气中甲烷浓度波动大对发电装置造成的冲击，而提供一种结构设计合理、可行的基于低浓度煤层气燃烧的外燃机发电装置，属于一种低热值能源利用装置，安装方便，性能安全可靠，能够将煤矿在开采过程中煤层气作为能源，并用于燃烧发电。
[0006]本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是:该基于低浓度煤层气燃烧的外燃机发电装置包括外燃机、外燃机冷却水出水管道、外燃机冷却水冷却塔、外燃机冷却水水栗、外燃机冷却水进水管道、外燃机冷却水流量计和发电机，所述外燃机冷却水出水管道的两端分别连接在外燃机和外燃机冷却水冷却塔上，所述外燃机冷却水进水管道的两端分别连接在外燃机和外燃机冷却水冷却塔上，所述外燃机冷却水水栗和外燃机冷却水流量计均连接在外燃机冷却水进水管道上，所述发电机和外燃机连接，其结构特点在于:还包括煤层气储气罐、一号煤层气输气管道、二号煤层气输气管道、阻火器、烟囱、一号烟气排烟管道、煤层气-烟气换热器、三号煤层气输气管道、二号烟气排烟管道、空气输气管道、多孔介质燃烧器、四号煤层气输气管道、空气增压机和煤层气流量计，所述一号煤层气输气管道的两端分别连接在煤层气储气罐和煤层气流量计上，所述二号煤层气输气管道的两端分别连接在煤层气流量计和阻火器上，所述四号煤层气输气管道的两端分别连接在煤层气-烟气换热器的煤层气入口和阻火器上，所述三号煤层气输气管道的两端分别连接在煤层气-烟气换热器的煤层气出口和多孔介质燃烧器的煤层气进口上，所述空气输气管道的两端分别连接在多孔介质燃烧器的空气进口和空气增压机上，所述多孔介质燃烧器和外燃机的热端连接，所述二号烟气排烟管道的两端分别连接在外燃机的烟气出口和煤层气-烟气换热器的烟气入口上，所述一号烟气排烟管道的两端分别连接在煤层气-烟气换热器的烟气出口和烟囱上。
[0007]作为优选，本实用新型所述煤层气储气罐设置有煤层气储气罐出口门，所述一号煤层气输气管道和煤层气储气罐出口门连接。
[0008]作为优选，本实用新型所述煤层气流量计设置有煤层气流量计入口门和煤层气流量计出口门，所述一号煤层气输气管道和煤层气流量计入口门连接，所述二号煤层气输气管道和煤层气流量计出口门连接。
[0009]作为优选，本实用新型所述阻火器设置有阻火器入口门和阻火器出口门，所述二号煤层气输气管道和阻火器入口门连接，所述四号煤层气输气管道和阻火器出口门连接。
[0010]作为优选，本实用新型所述煤层气-烟气换热器设置有煤层气-烟气换热器烟气出口门、煤层气-烟气换热器煤层气出口门、煤层气-烟气换热器烟气入口门和煤层气-烟气换热器煤层气入口门，所述四号煤层气输气管道和煤层气-烟气换热器煤层气入口门连接，所述三号煤层气输气管道和煤层气-烟气换热器煤层气出口门连接，所述二号烟气排烟管道和煤层气-烟气换热器烟气入口门连接，所述一号烟气排烟管道和煤层气-烟气换热器烟气出口门连接。
[0011]作为优选，本实用新型所述多孔介质燃烧器设置有多孔介质燃烧器空气进口门和多孔介质燃烧器煤层气进口门，所述三号煤层气输气管道和多孔介质燃烧器煤层气进口门连接，所述空气输气管道和多孔介质燃烧器空气进口门连接。
[0012]作为优选，本实用新型所述外燃机设置有外燃机冷却水出口门和外燃机冷却水入口门，所述外燃机冷却水出水管道和外燃机冷却水出口门连接，所述外燃机冷却水进水管道和外燃机冷却水入口门连接。
[0013]作为优选，本实用新型:所述外燃机冷却水冷却塔设置有外燃机冷却水冷却塔冷却水进口门和外燃机冷却水冷却塔冷却水出口门，所述外燃机冷却水出水管道和外燃机冷却水冷却塔冷却水进口门连接，所述外燃机冷却水进水管道和外燃机冷却水冷却塔冷却水出口门连接。
[0014]作为优选，本实用新型所述外燃机冷却水水栗设置有外燃机冷却水水栗入口门和外燃机冷却水水栗出口门，所述外燃机冷却水流量计设置有外燃机冷却水流量计入口门和外燃机冷却水流量计出口门，所述外燃机冷却水水栗入口门、外燃机冷却水水栗出口门、夕卜燃机冷却水流量计入口门和外燃机冷却水流量计出口门均连接在外燃机冷却水进水管道上，所述外燃机冷却水水栗入口门、外燃机冷却水水栗出口门、外燃机冷却水流量计入口门和外燃机冷却水流量计出口门沿外燃机冷却水进水管道依次排列。
[0015]作为优选，本实用新型所述空气增压机设置有空气增压机出口门，所述空气输气管道和空气增压机出口门连接。
[0016]本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果:结构设计合理，可以有效利用煤矿在开采过程中排放的煤层气，有效利用低热值能源，节能减排，利于环保。使用低浓度煤层气作为外燃机的驱动热源，对外发电，相对于传统的高热值热源来说，具有较高的开发价值，经济效益高。
[0017]本实用新型中的多孔介质燃烧器主要用于低浓度煤层气的稳定燃烧，外燃机主要用于不受燃料燃烧影响只要求外界提供持续稳定400°C以上的热量。本实用新型能有效低解决低浓度煤层气燃烧技术在煤矿开采利用过程中的应用的局限，同时缓解煤层气中甲烷浓度波动大对发电装置造成的冲击。
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型实施例中基于低浓度煤层气燃烧的外燃机发电装置的结构示意图。
[0019]标号说明:煤层气储气罐1、煤层气储气罐出口门2、一号煤层气输气管道3、煤层气流量计出口门4、二号煤层气输气管道5、阻火器入口门6、阻火器7、烟囱8、阻火器出口门9、一号烟气排烟管道10、煤层气-烟气换热器烟气出口门11、煤层气-烟气换热器12、煤层气-烟气换热器煤层气出口门13、煤层气-烟气换热器烟气入口门14、三号煤层气输气管道15、二号烟气排烟管道16、空气输气管道17、多孔介质燃烧器空气进口门18、多孔介质燃烧器煤层气进口门19、多孔介质燃烧器20、外燃机21、外燃机冷却水出口门22、外燃机冷却水出水管道23、外燃机冷却水冷却塔冷却水进口门24、外燃机冷却水冷却塔25、外燃机冷却水冷却塔冷却水出口门26、外燃机冷却水水栗入口门28、外燃机冷却水水栗29、外燃机冷却水水栗出口门30、外燃机冷却水进水管道31、外燃机冷却水流量计入口门32、外燃机冷却水流量计33、外燃机冷却水流量计出口门34、外燃机冷却水入口门36、煤层气-烟气换热器煤层气入口门37、发电机38、四号煤层气输气管道39、空气增压机出口门40、空气增压机41、煤层气流量计42、煤层气流量计入口门43。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。
[0021]实施例。
[0022]参见图1，本实施例中基于低浓度煤层气燃烧的外燃机发电装置包括煤层气储气罐1、一号煤层气输气管道3、二号煤层气输气管道5、阻火器7、烟囱8、一号烟气排烟管道10、煤层气-烟气换热器12、三号煤层气输气管道15、二号烟气排烟管道16、空气输气管道17、多孔介质燃烧器20、外燃机21、外燃机冷却水出水管道23、外燃机冷却水冷却塔25、外燃机冷却水水栗29、外燃机冷却水进水管道31、外燃机冷却水流量计33、发电机38、四号煤层气输气管道39、空气增压机41和煤层气流量计42。
[0023]本实施例中的外燃机冷却水出水管道23的两端分别连接在外燃机21和外燃机冷却水冷却塔25上，外燃机冷却水进水管道31的两端分别连接在外燃机21和外燃机冷却水冷却塔25上，外燃机冷却水水栗29和外燃机冷却水流量计33均连接在外燃机冷却水进水管道31上，发电机38和外燃机21连接。
[0024]本实施例中的一号煤层气输气管道3的两端分别连接在煤层气储气罐I和煤层气流量计42上，二号煤层气输气管道5的两端分别连接在煤层气流量计42和阻火器7上，四号煤层气输气管道39的两端分别连接在煤层气-烟气换热器12的煤层气入口和阻火器7上，三号煤层气输气管道15的两端分别连接在煤层气-烟气换热器12的煤层气出口和多孔介质燃烧器20的煤层气进口上，空气输气管道17的两端分别连接在多孔介质燃烧器20的空气进口和空气增压机41上。
[0025]本实施例中的多孔介质燃烧器20和外燃机21的热端连接，二号烟气排烟管道16的两端分别连接在外燃机21的烟气出口和煤层气-烟气换热器12的烟气入口上，一号烟气排烟管道10的两端分别连接在煤层气-烟气换热器12的烟气出口和烟囱8上。
[0026]本实施例中的煤层气储气罐I设置有煤层气储气罐出口门2，一号煤层气输气管道3和煤层气储气罐出口门2连接。
[0027]本实施例中的煤层气流量计42设置有煤层气流量计入口门43和煤层气流量计出口门4，一号煤层气输气管道3和煤层气流量计入口门43连接，二号煤层气输气管道5和煤层气流量计出口门4连接。
[0028]本实施例中的阻火器7设置有阻火器入口门6和阻火器出口门9，二号煤层气输气管道5和阻火器入口门6连接，四号煤层气输气管道39和阻火器出口门9连接。
[0029]本实施例中的煤层气-烟气换热器12设置有煤层气-烟气换热器烟气出口门11、煤层气-烟气换热器煤层气出口门13、煤层气-烟气换热器烟气入口门14和煤层气-烟气换热器煤层气入口门37，四号煤层气输气管道39和煤层气-烟气换热器煤层气入口门37连接，三号煤层气输气管道15和煤层气-烟气换热器煤层气出口门13连接，二号烟气排烟管道16和煤层气-烟气换热器烟气入口门14连接，一号烟气排烟管道10和煤层气-烟气换热器烟气出口门11连接。
[0030]本实施例中的多孔介质燃烧器20设置有多孔介质燃烧器空气进口门18和多孔介质燃烧器煤层气进口门19，三号煤层气输气管道15和多孔介质燃烧器煤层气进口门19连接，空气输气管道17和多孔介质燃烧器空气进口门18连接。
[0031 ]本实施例中的外燃机21设置有外燃机冷却水出口门22和外燃机冷却水入口门36，外燃机冷却水出水管道23和外燃机冷却水出口门22连接，外燃机冷却水进水管道31和外燃机冷却水入口门36连接。
[0032]本实施例中的外燃机冷却水冷却塔25设置有外燃机冷却水冷却塔冷却水进口门24和外燃机冷却水冷却塔冷却水出口门26，外燃机冷却水出水管道23和外燃机冷却水冷却塔冷却水进口门24连接，外燃机冷却水进水管道31和外燃机冷却水冷却塔冷却水出口门26连接。
[0033]本实施例中的外燃机冷却水水栗29设置有外燃机冷却水水栗入口门28和外燃机冷却水水栗出口门30，外燃机冷却水流量计33设置有外燃机冷却水流量计入口门32和外燃机冷却水流量计出口门34，外燃机冷却水水栗入口门28、外燃机冷却水水栗出口门30、外燃机冷却水流量计入口门32和外燃机冷却水流量计出口门34均连接在外燃机冷却水进水管道31上，外燃机冷却水水栗入口门28、外燃机冷却水水栗出口门30、外燃机冷却水流量计入口门32和外燃机冷却水流量计出口门34沿外燃机冷却水进水管道31依次排列。
[0034]本实施例中的空气增压机41设置有空气增压机出口门40，空气输气管道17和空气增压机出口门40连接。
[0035]外燃机21的热源可以有多种，主要有天然气、煤层气、煤、低热值能源等化石燃料的燃烧，本实施例中外燃机21的热源来源于煤层气的燃烧，动力由煤层气储气罐I来提供。
[0036]本实施例中的外燃机21发电时，93°C的外燃机冷却水经外燃机冷却水水栗29，从外燃机冷却水外燃机冷却水出口门22进入外燃机冷却水出水管道23，再进入外燃机冷却水冷却塔冷却水进口门24，最终到达外燃机冷却水冷却塔25进行冷却，外燃机冷却水被冷却至88°C，然后从外燃机冷却水冷却塔冷却水出口门26，经外燃机冷却水进水管道27到达外燃机冷却水水栗入口门28进入外燃机冷却水水栗29，外燃机冷却水经加压后从外燃机冷却水水栗出口门30排出，经外燃机冷却水进水管道31到达外燃机冷却水流量计入口门32进入外燃机冷却水流量计33。外燃机冷却水经外燃机冷却水流量计出口门34进入外燃机冷却水进水管道35，最终外燃机冷却水经外燃机冷却水入口门36被输送至外燃机21，对外燃机21进行冷却降温；甲烷(9.6 m3/h，0.5MPa)浓度为99.99%的煤层气经煤层气储气罐I，经煤层气储气罐出口门2到达一号煤层气输气管道3，经输送到煤层气流量计入口门43到达煤层气流量计42，经煤层气流量计出口门4到达二号煤层气输气管道5，经输送到阻火器入口门6到达阻火器7，经阻火器出口门9到达四号煤层气输气管道39，经输送到煤层气-烟气换热器煤层气入口门37到达煤层气-烟气换热器12与高温烟气换热，经煤层气-烟气换热器煤层气出口门13到达三号煤层气输气管道15，经输送到达多孔介质燃烧器煤层气进口门19最终到达多孔介质燃烧器20 ；空气从空气增压机41经空气增压机出口门40输送至空气输气管道17，经输送到多孔介质燃烧器空气进口门18到达多孔介质燃烧器20;空气与煤层气经充分混合后燃烧，高温烟气加热外燃机热端，放热后的高温烟气经二号烟气排烟管道16经煤层气-烟气换热器烟气入口门14到达煤层气-烟气换热器12，排烟加热煤层气，换热后经煤层气-烟气换热器烟气出口门11到达一号烟气排烟管道10，经输送到达烟囱8，最终排入大气；外燃机21通过吸收高温烟气热量做功，最终通过发电机38发电。
[0037]此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例说明。凡依据本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种基于低浓度煤层气燃烧的外燃机发电装置，包括外燃机、外燃机冷却水出水管道、外燃机冷却水冷却塔、外燃机冷却水水栗、外燃机冷却水进水管道、外燃机冷却水流量计和发电机，所述外燃机冷却水出水管道的两端分别连接在外燃机和外燃机冷却水冷却塔上，所述外燃机冷却水进水管道的两端分别连接在外燃机和外燃机冷却水冷却塔上，所述外燃机冷却水水栗和外燃机冷却水流量计均连接在外燃机冷却水进水管道上，所述发电机和外燃机连接，其特征在于:还包括煤层气储气罐、一号煤层气输气管道、二号煤层气输气管道、阻火器、烟囱、一号烟气排烟管道、煤层气-烟气换热器、三号煤层气输气管道、二号烟气排烟管道、空气输气管道、多孔介质燃烧器、四号煤层气输气管道、空气增压机和煤层气流量计，所述一号煤层气输气管道的两端分别连接在煤层气储气罐和煤层气流量计上，所述二号煤层气输气管道的两端分别连接在煤层气流量计和阻火器上，所述四号煤层气输气管道的两端分别连接在煤层气-烟气换热器的煤层气入口和阻火器上，所述三号煤层气输气管道的两端分别连接在煤层气-烟气换热器的煤层气出口和多孔介质燃烧器的煤层气进口上，所述空气输气管道的两端分别连接在多孔介质燃烧器的空气进口和空气增压机上，所述多孔介质燃烧器和外燃机的热端连接，所述二号烟气排烟管道的两端分别连接在外燃机的烟气出口和煤层气-烟气换热器的烟气入口上，所述一号烟气排烟管道的两端分别连接在煤层气-烟气换热器的烟气出口和烟囱上。2.根据权利要求1所述的基于低浓度煤层气燃烧的外燃机发电装置，其特征在于:所述煤层气储气罐设置有煤层气储气罐出口门，所述一号煤层气输气管道和煤层气储气罐出口门连接。3.根据权利要求1所述的基于低浓度煤层气燃烧的外燃机发电装置，其特征在于:所述煤层气流量计设置有煤层气流量计入口门和煤层气流量计出口门，所述一号煤层气输气管道和煤层气流量计入口门连接，所述二号煤层气输气管道和煤层气流量计出口门连接。4.根据权利要求1所述的基于低浓度煤层气燃烧的外燃机发电装置，其特征在于:所述阻火器设置有阻火器入口门和阻火器出口门，所述二号煤层气输气管道和阻火器入口门连接，所述四号煤层气输气管道和阻火器出口门连接。5.根据权利要求1所述的基于低浓度煤层气燃烧的外燃机发电装置，其特征在于:所述煤层气-烟气换热器设置有煤层气-烟气换热器烟气出口门、煤层气-烟气换热器煤层气出口门、煤层气-烟气换热器烟气入口门和煤层气-烟气换热器煤层气入口门，所述四号煤层气输气管道和煤层气-烟气换热器煤层气入口门连接，所述三号煤层气输气管道和煤层气-烟气换热器煤层气出口门连接，所述二号烟气排烟管道和煤层气-烟气换热器烟气入口门连接，所述一号烟气排烟管道和煤层气-烟气换热器烟气出口门连接。6.根据权利要求1所述的基于低浓度煤层气燃烧的外燃机发电装置，其特征在于:所述多孔介质燃烧器设置有多孔介质燃烧器空气进口门和多孔介质燃烧器煤层气进口门，所述三号煤层气输气管道和多孔介质燃烧器煤层气进口门连接，所述空气输气管道和多孔介质燃烧器空气进口门连接。7.根据权利要求1所述的基于低浓度煤层气燃烧的外燃机发电装置，其特征在于:所述外燃机设置有外燃机冷却水出口门和外燃机冷却水入口门，所述外燃机冷却水出水管道和外燃机冷却水出口门连接，所述外燃机冷却水进水管道和外燃机冷却水入口门连接。8.根据权利要求1所述的基于低浓度煤层气燃烧的外燃机发电装置，其特征在于:所述外燃机冷却水冷却塔设置有外燃机冷却水冷却塔冷却水进口门和外燃机冷却水冷却塔冷却水出口门，所述外燃机冷却水出水管道和外燃机冷却水冷却塔冷却水进口门连接，所述外燃机冷却水进水管道和外燃机冷却水冷却塔冷却水出口门连接。9.根据权利要求1所述的基于低浓度煤层气燃烧的外燃机发电装置，其特征在于:所述外燃机冷却水水栗设置有外燃机冷却水水栗入口门和外燃机冷却水水栗出口门，所述外燃机冷却水流量计设置有外燃机冷却水流量计入口门和外燃机冷却水流量计出口门，所述外燃机冷却水水栗入口门、外燃机冷却水水栗出口门、外燃机冷却水流量计入口门和外燃机冷却水流量计出口门均连接在外燃机冷却水进水管道上，所述外燃机冷却水水栗入口门、外燃机冷却水水栗出口门、外燃机冷却水流量计入口门和外燃机冷却水流量计出口门沿外燃机冷却水进水管道依次排列。10.根据权利要求1所述的基于低浓度煤层气燃烧的外燃机发电装置，其特征在于:所述空气增压机设置有空气增压机出口门，所述空气输气管道和空气增压机出口门连接。
【文档编号】F23G7/06GK205714466SQ201620404027
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年5月6日
【发明人】王思文, 张保生, 马军, 刘丽丽, 王勇, 周宇昊
【申请人】华电电力科学研究院