一种环保型煤层气燃烧发电装置

本发明属于煤层气开采利用，涉及一种环保型煤层气燃烧发电装置。

背景技术：

1、煤层气，又称“煤层瓦斯”，属非常规天然气，与煤炭相伴而生。煤层气的主要成分为甲烷，其热值与常规天然气相当，是近20年来崛起的一种清洁、高效的优质能源。对煤层气进行综合利用，可达到节约资源、减少环境污染、促进煤矿安全生产以及调整能源结构等多重目的。

2、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。

3、公告号为cn205188232u的中国专利公开了一种煤层气发电系统，包括依次连接的煤层气收集系统、煤层气净化系统、燃气机发电系统和余热回收系统，所述煤层气收集系统包括煤层气抽放装置和与之连接的输气管道，所述的煤层气净化系统包括冷凝分流器和与之连接的过滤处理器；所述的输气管道连通冷凝分流器，所述的过滤处理器连接燃气机发电系统。燃气轮机发电机组发电，其对气源品质要求较高，只有甲烷含量大于40%以及气源稳定的情况下才适用，发电效率可高达60%。但是由于抽采瓦斯气浓度变化大，瓦斯浓度达不到安全要求，瓦斯浓度低经常导致燃烧装置熄火，而且浓度波动会对发动机装置造成冲击，使得发动机装置性能严重不稳定；而且煤层气与煤炭伴生以吸附状态储存于煤层内，因此在开采过程中，其不可避免的会携带有颗粒的煤炭，这些煤炭颗粒会影响气源的品质，长时间的使用会影响发电系统的使用寿命。

技术实现思路

1、本发明克服了现有技术的不足，提出一种环保型煤层气燃烧发电装置。解决由于供气浓度不稳定且气源品质低导致煤层气燃烧发电装置性能不稳定的问题。

2、为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

3、一种环保型煤层气燃烧发电装置，包括三组煤层气存储系统；煤层气存储系统包括相连接的存储单元和多级过滤装置；三组煤层气存储系统中的存储单元分别用于存储原始煤层进行地面井预抽的瓦斯、采动区及采空区进行地面井预抽的瓦斯以及井下抽采的高浓度瓦斯；三组煤层气存储系统中的存储单元均通过支管与同一个燃气混合供气仓连通，燃气混合供气仓与燃气轮机燃烧发电系统相连接；存储单元与燃气混合供气仓之间连接有浓度及流量控制装置，用于调节燃气混合供气仓内混合气体的浓度与流量；

4、所述多级过滤装置内通过竖隔板分隔形成过滤腔和滤渣收集腔；所述过滤腔从下至上设置有多层滤孔逐渐减小的过滤结构，每个所述过滤结构下方对应设置有倾斜的溜板组件；所述溜板组件较低的一端延伸至滤渣收集腔；所述过滤腔的底部连接有进气管，所述过滤腔的顶部连接有排气管；瓦斯经底部的进气管进入过滤腔并经过过滤结构的层层过滤通过排气管进入存储单元；滤渣通过溜板组件排入滤渣收集腔。

5、进一步的，浓度及流量控制装置包括设置在存储单元内的瓦斯浓度传感器和气压传感器，以及设置在支管上的流量调节阀和流量计；流量调节阀、流量计、瓦斯浓度传感器和气压传感器均与处理器连接；根据各存储单元内瓦斯浓度传感器检测到的甲烷体积分数，并通过流量调节阀和流量计配合来调整存储单元向燃气混合供气仓内供入气体的流量比。

6、进一步的，每组煤层气存储系统包括两个并联的存储单元，实现一备一用。

7、进一步的，燃气混合供气仓通过主管道与燃气轮机燃烧发电系统相连接；在主管道上设置有加热套，位于加热套两端的主管道上分别设置有第一温度传感器和第二温度传感器；加热套上设置有一进气口和若干沿主管道长度方向间隔设置的排气口；排气口上均设置有与处理器连接的电磁阀；进气口用于引入燃气轮机燃烧发电系统燃烧产生的尾气；通过燃气轮机燃烧发电系统燃烧产生的高温尾气对送入燃气轮机燃烧发电系统内的煤层气进行加热，若干排气口均连通同一个排气管道，排气管道连通尾气处理装置。

8、进一步的，所述过滤腔的底部设有反吹出气口，所述过滤腔的顶部设有反吹进气口。

9、进一步的，多级过滤装置包括一箱体，竖隔板竖直设置在箱体内，过滤结构为倾斜状态，且溜板组件和过滤结构二者倾斜方向相同；箱体上开设有第二开口，竖隔板上设置有第一开口，溜板组件一端穿过第二开口延伸至箱体外，另一端穿过第一开口使溜板组件延伸至滤渣收集腔内；过滤结构滤下的颗粒煤炭等会在自重力作用下沉落到溜板组件上，并沿着溜板组件滑落到滤渣收集腔内进收集。

10、进一步的，滤渣收集腔内设置有多个横隔板，多个横隔板将滤渣收集腔分割成多个滤渣收集空间；横隔板位于第一开口上方，横隔板与溜板组件数量相适应，使每个溜板组件对应一个滤渣收集空间。

11、更进一步的，溜板组件包括呈阶梯状分布的若干溜板；相邻两溜板之间通过若干连接柱连接，位于一端的溜板的端部贯穿并延伸至箱体外部并连接有水平状的敲击部；所述敲击部连接有敲击机构；位于另一端的溜板穿过第一开口并延伸至滤渣收集空间内。

12、更进一步的，所述敲击机构包括竖直设置的活动柱，活动柱的一侧连接有若干位于敲击部上方的l型敲击杆；活动柱的底端连接有弹簧，弹簧固定在一安装座上，活动柱的正上方设置有脉冲气缸，脉冲气缸的端部正对活动柱；通过控制脉冲气缸进行脉冲式伸缩来控制活动柱做往复式上下活动，进而通过l型敲击杆对敲击部进行间歇式敲击。

13、更进一步的，在滤渣收集空间的底部一侧壁上开设有用于清理滤渣的门洞，在门洞处配合安装有密封门；第一开口正对门洞；在滤渣收集空间内设置有对第一开口进行封堵的封堵机构；所述封堵机构包括安装在横隔板底侧面的导向套，导向套内设置导向杆，导向杆的一端部连接有封堵板，封堵板的底侧面设置有与溜板上表面配合的斜面，同时还包括驱动封堵机构活动的控制机构；

14、所述控制机构包括磁块和电磁铁；导向杆的另一端部连接有横杆，横杆的底部连接有第一竖杆，导向套的底侧面连接有第二竖杆，第二竖杆和第一竖杆一一配合、且二者之间连接有弹性伸缩机构；磁块安装在第一竖杆的端部，电磁铁通过一支杆安装在滤渣收集空间的侧壁上；当电磁铁通电时，电磁铁和磁块产生相斥作用，此时控制弹性伸缩机构压缩，则封堵板移动到溜板和横隔板之间形成密封；当电磁铁断电时，电磁铁和磁块相互吸引，则弹性伸缩机构恢复至自然状态，封堵板从溜板和横隔板之间滑出。

15、本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

16、1、本发明通过将三组煤层气存储系统按照相应比例送入到燃气混合供气仓内进行混合获得甲烷含量大于40%且稳定的煤层气，并将该煤层气送入到燃气轮机燃烧发电系统进行燃烧发电。

17、2、本发明在煤层气存储单元前增加多级过滤结构，并结合倾斜的溜板组件，可对煤层气进行充分的过滤，经过过滤的煤层气其品质有效提高，避免了对燃气轮机燃烧发电系统的影响。

18、3、通过本发明所述的环保型煤层气燃烧发电装置进行煤层气发电，有效提高了装置性能的稳定性。

技术特征：

1.一种环保型煤层气燃烧发电装置，其特征在于，包括三组煤层气存储系统；煤层气存储系统包括相连接的存储单元（1）和多级过滤装置（2）；三组煤层气存储系统中的存储单元（1）分别用于存储原始煤层进行地面井预抽的瓦斯、采动区及采空区进行地面井预抽的瓦斯以及井下抽采的高浓度瓦斯；三组煤层气存储系统中的存储单元（1）均通过支管（10）与同一个燃气混合供气仓（4）连通，燃气混合供气仓（4）与燃气轮机燃烧发电系统（3）相连接；存储单元（1）与燃气混合供气仓（4）之间连接有浓度及流量控制装置，用于调节燃气混合供气仓（4）内混合气体的浓度与流量；

2.根据权利要求1所述的一种环保型煤层气燃烧发电装置，其特征在于，浓度及流量控制装置包括设置在存储单元（1）内的瓦斯浓度传感器和气压传感器，以及设置在支管（10）上的流量调节阀（101）和流量计（102）；流量调节阀（101）、流量计（102）、瓦斯浓度传感器和气压传感器均与处理器连接；根据各存储单元（1）内瓦斯浓度传感器检测到的甲烷体积分数，并通过流量调节阀（101）和流量计（102）配合来调整存储单元（1）向燃气混合供气仓（4）内供入气体的流量比。

3.根据权利要求1所述的一种环保型煤层气燃烧发电装置，其特征在于，每组煤层气存储系统包括两个并联的存储单元（1），实现一备一用。

4.根据权利要求1所述的一种环保型煤层气燃烧发电装置，其特征在于，燃气混合供气仓（4）通过主管道（11）与燃气轮机燃烧发电系统（3）相连接；在主管道（11）上设置有加热套（12），位于加热套（12）两端的主管道（11）上分别设置有第一温度传感器（110）和第二温度传感器（111）；加热套（12）上设置有一进气口（121）和若干沿主管道（11）长度方向间隔设置的排气口（122）；排气口（122）上均设置有与处理器连接的电磁阀；进气口（121）用于引入燃气轮机燃烧发电系统（3）燃烧产生的尾气；通过燃气轮机燃烧发电系统（3）燃烧产生的高温尾气对送入燃气轮机燃烧发电系统（3）内的煤层气进行加热，若干排气口（122）均连通同一个排气管道，排气管道连通尾气处理装置。

5.根据权利要求1所述的一种环保型煤层气燃烧发电装置，其特征在于，所述过滤腔的底部设有反吹出气口（204），所述过滤腔的顶部设有反吹进气口（203）。

6.根据权利要求1所述的一种环保型煤层气燃烧发电装置，其特征在于，多级过滤装置（2）包括一箱体（20），竖隔板（21）竖直设置在箱体（20）内，过滤结构（22）为倾斜状态，且溜板组件（23）和过滤结构（22）二者倾斜方向相同；箱体（20）上开设有第二开口（29），竖隔板（21）上设置有第一开口（211），溜板组件（23）一端穿过第二开口（29）延伸至箱体（20）外，另一端穿过第一开口（211）使溜板组件（23）延伸至滤渣收集腔内；过滤结构（22）滤下的颗粒煤炭等会在自重力作用下沉落到溜板组件（23）上，并沿着溜板组件（23）滑落到滤渣收集腔内进收集。

7.根据权利要求6所述的一种环保型煤层气燃烧发电装置，其特征在于，滤渣收集腔内设置有多个横隔板（24），多个横隔板（24）将滤渣收集腔分割成多个滤渣收集空间；横隔板（24）位于第一开口（211）上方，横隔板（24）与溜板组件（23）数量相适应，使每个溜板组件（23）对应一个滤渣收集空间。

8.根据权利要求7所述的一种环保型煤层气燃烧发电装置，其特征在于，溜板组件（23）包括呈阶梯状分布的若干溜板（230）；相邻两溜板（230）之间通过若干连接柱（231）连接，位于一端的溜板（230）的端部贯穿并延伸至箱体（20）外部并连接有水平状的敲击部（232）；所述敲击部（232）连接有敲击机构；位于另一端的溜板（230）穿过第一开口（211）并延伸至滤渣收集空间内。

9.根据权利要求8所述的一种环保型煤层气燃烧发电装置，其特征在于，所述敲击机构包括竖直设置的活动柱（240），活动柱（240）的一侧连接有若干位于敲击部（232）上方的l型敲击杆（241）；活动柱（240）的底端连接有弹簧（242），弹簧（242）固定在一安装座（243）上，活动柱（240）的正上方设置有脉冲气缸（244），脉冲气缸（244）的端部正对活动柱（240）；通过控制脉冲气缸（244）进行脉冲式伸缩来控制活动柱（240）做往复式上下活动，进而通过l型敲击杆（241）对敲击部（232）进行间歇式敲击。

10.根据权利要求8所述的一种环保型煤层气燃烧发电装置，其特征在于，在滤渣收集空间的底部一侧壁上开设有用于清理滤渣的门洞（27），在门洞（27）处配合安装有密封门（28）；第一开口（211）正对门洞（27）；在滤渣收集空间内设置有对第一开口（211）进行封堵的封堵机构；所述封堵机构包括安装在横隔板（24）底侧面的导向套（25），导向套（25）内设置导向杆（251），导向杆（251）的一端部连接有封堵板（252），封堵板（252）的底侧面设置有与溜板（230）上表面配合的斜面（253），同时还包括驱动封堵机构活动的控制机构；

技术总结
本发明公开了一种环保型煤层气燃烧发电装置，属于煤层气开采利用技术领域；所述燃烧发电装置包括三组相连接的存储单元和多级过滤装置；三组存储单元分别用于存储不同来源和浓度的瓦斯；存储单元通过燃气混合供气仓与燃气轮机燃烧发电系统相连接；存储单元与燃气混合供气仓之间连接有浓度及流量控制装置，用于调节燃气混合供气仓内混合气体的浓度与流量；多级过滤装置从下至上设置有多层滤孔逐渐减小的过滤结构，瓦斯经过过滤结构的层层过滤再经排气管进入存储单元；本发明通过三组存储单元和多级过滤装置提供甲烷含量大于40%且品质稳定的煤层气，解决了由于供气浓度不稳定且气源品质低导致煤层气燃烧发电装置性能不稳定的问题。

技术研发人员：茹忠亮,冯睿智,简阔,王敏
受保护的技术使用者：太原科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15