一种利用沼气开发煤矿抽采极低浓度瓦斯发电方法技术

本发明专利技术专利为一种利用沼气开发煤矿抽采极低浓度瓦斯发电方法。属于能源开发和污染物减排领域，具体涉及一种收集煤矿周边有机废弃物进行沼气生产，混配抽采极低浓度瓦斯(CH4≤5％)的发电方法。本发明专利技术主要是解决极低浓度瓦斯无法有效利用直接排放造成的环境问题；其产生的电可用于煤矿厂区自用，产生的热可用于沼气发酵罐增温和长期供热，提高了沼气开发的经济效益。本发明专利技术解决了极低浓度瓦斯利用率低，环境污染、矿区安全性不佳等问题，并且利用沼气开发煤矿抽采极低浓度瓦斯发电系统操作维护简单，可靠性高，能源产生效益明显，具有较强的创新性。

A Method of Utilizing Biogas to Develop Electricity Generation from Mining Extremely Low Concentration Gas in Coal Mines

The invention patent is a method for developing low concentration gas power generation in coal mine by utilizing biogas. The utility model belongs to the field of energy development and pollutant emission reduction, and specifically relates to a power generation method of collecting organic waste around coal mines for biogas production and mixing and extracting extremely low concentration gas (CH4 < 5%). The invention mainly solves the environmental problems caused by the very low concentration gas can not be effectively utilized for direct discharge; the electricity generated can be used for self-use in coal mine plant areas; the heat generated can be used for heating of methane fermentation tank and long-term heating, thereby improving the economic benefits of methane development. The invention solves the problems of low utilization rate of extremely low concentration gas, environmental pollution and poor safety of mining area, and has simple operation and maintenance, high reliability, obvious energy production benefit and strong innovation in using biogas to develop the extremely low concentration gas power generation system in coal mine.

【技术实现步骤摘要】
一种利用沼气开发煤矿抽采极低浓度瓦斯发电方法
本专利技术属于能源开发和污染物减排领域，具体涉及一种收集煤矿周边有机废弃物进行沼气生产，混配抽采极低浓度瓦斯(CH4≤5％)进行发电，以减少极低浓度瓦斯无法有效利用直排造成的环境问题，也提高沼气开发的经济效益。
技术介绍
瓦斯，又称为煤层气，瓦斯储量巨大，仅我国就有36万亿立方的储量，各大煤矿每年瓦斯抽采量超过100亿立方，但是由于技术限制、地质条件等因素的制约，造成现在煤矿抽采中浓度<10％的低浓瓦斯的总排放量占比例很大，超过60％-70％。其中，在抽采过程中，存在大量的极低浓度瓦斯(CH4≤5％)，由于其利用难度大，利用比例极低，目前各矿以直接排放于大气中为主，不仅造成大量浪费资源，还对环境造成极大破坏。现有瓦斯发电设备，一般仅适用于8％～30％浓度范围内的混合瓦斯气体，此外，煤矿瓦斯气量和CH4随着抽采时间的增加，也逐渐出现衰减的趋势。另一方面，煤矿生活存在大量的有机生活垃圾和农作物秸秆，废弃或露天燃烧将造成严重环境和安全隐患。
技术实现思路
本专利技术的目的为了克服现有技术对极低浓度瓦斯(CH4≤5％)无法利用，提供一种是利用煤矿及周边的有机废弃物生产沼气(CH4含量为50％-70％)，与极低浓度瓦斯气进行混配，使混配气CH4≥8％，同时通过发酵过程的调控，有效保证混配气的气量和气质，提高发电系统的长期稳定和煤矿瓦斯开采的经济效益，保证煤矿极低浓度瓦斯长期有效的开采和发电长期稳定供给。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本专利技术的利用沼气开发煤矿抽采极低浓度瓦斯发电系统由配气系统、发电系统和余热增温系统组成，沼气系统其特征在于根据发酵料液(2)的量(有机物进料负荷)控制沼气生产量的多少，配料池内设置进料泵(1)，进料泵(1)和沼气发酵罐(5)通过进料管(4)连接，沼气发酵罐(5)内设置换热器(19)，沼气发酵罐(5)上部设置沼气导气管(6)，沼气导气管(6)与沼气贮气柜(7)连接，沼气贮气柜(7)出气与沼气管(9)连接，沼气管(9)上设置沼气调频风机(8)，煤矿(10)内设置瓦斯导气管(11)，瓦斯导气管(11)与瓦斯贮气柜(12)连接，瓦斯贮气柜(12)出气与瓦斯管(14)连接，瓦斯管(14)上设置瓦斯调频风机(13)，沼气管(9)与瓦斯管(14)合流，通过发电机进气管(15)与发电机(16)连接，发电机产电通过电缆(17)输送到用处，产热通过供热管网(18)输送到用处。本专利技术的原理是：抽采极低浓度瓦斯通过瓦斯贮气柜的暂存和均质可以较好获得气源稳定、气质明确的瓦斯。沼气生产则可根据单位时间内甲烷的需求量，通过进料量的控制调控沼气的生产量，生产的沼气和瓦斯通过调频风机实现设定比例配送，到发电机要求的混配燃气可进行热电联产，产生的电可用于煤矿厂区自用，产生的热用于沼气发酵罐增温和长期供热。由于煤矿在不同时期抽采极低浓度瓦斯的气量和气质是变化的，而沼气的生产量则可更加用电需求和配气要求，随时机动进行调整，因此可长期稳定保证抽采极低浓度瓦斯的有效开发，同时发电机产热就近利用，有效的保证了产热的利用效率。本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术设置沼气发酵系统，可通过就近处理煤矿周边的有机废弃物，机动灵活的生产高甲烷含量的沼气，可长期有效的保证配气气源的稳定性，可明显提高抽采极低浓度瓦斯的利用效率，减少运行成本。(2)本专利技术针对抽采极低浓度瓦斯产气不稳定、气质不固定的特点，采用贮气柜均质调峰后进行针对性的配气，可有效混配的气量、气压和甲烷行亮稳定，可较好的保证燃气的利用消化，提升发电机的发电和发热效率。(3)本专利技术利用有机废弃物的投入量来控制沼气的产量，有效的消除了配气元的不稳定性，解决了依靠其他气源供给不稳定的不足，气源储备的设备维护投入，可永续就近保证极低浓度瓦斯的开采和利用，确保抽采极低浓度瓦斯开发的经济性和稳定性。(4)本专利技术利用生物质开发利用抽采极低浓度瓦斯，尤其是利用生物燃气实现对配气源的动态控制，使其可靠性高，维护管理便利，不依赖与其他能源，适合于在我国的广大矿区进行抽采极低浓度瓦斯开发。因此，本专利技术克服了现有技术中抽采极低浓度瓦斯无法利用，大量排空造成环境污染大、矿区安全性不佳的不足，提供的利用沼气开发煤矿抽采极低浓度瓦斯发电系统可有效的抽采极低浓度瓦斯的有机稳定发电利用，有效提高煤矿的经济性，减少煤矿开采过程中的环境污染问题，操作维护简单，可靠性高，能源产出效益明显，保证抽采极低浓度瓦斯长期稳定开发，适应了我国煤矿厂区有机废弃物可集性高的现状。附图说明图1是本专利技术的示意图。附图中，1：进料泵；2：发酵料液；3：配料池；4：进料管；5：沼气发酵罐；6：沼气导气管；7：沼气贮气柜；8：沼气调频风机；9：沼气管；10：煤矿；11：瓦斯导气管；12：瓦斯贮气柜；13：瓦斯调频风机；14：瓦斯管；15：发电机进气管；16：发电机；17：电缆；18：供热管网；19：换热器。具体实施例下面结合附图及实施例进一步详述本专利技术，但本专利技术不仅限于所述实施例。本例的利用沼气开发煤矿抽采极低浓度瓦斯发电系统如图1所示，煤矿及周边的有机生活垃圾和农作物秸秆等废弃物通过进料泵(1)进入配料池(3)，根据进料量添加发酵料液(2)，然后由进料管(4)将废弃物与发酵液的混合物导入沼气发酵罐(5)进行发酵，发酵完成后沼气通过沼气导气管(6)贮存到沼气贮气柜(7)中，沼气贮气柜(7)中的沼气可通过换热器(19)经供热管(18)网输送到用处。煤矿(10)中的极低浓度瓦斯通过瓦斯导气管(11)进入瓦斯贮气柜(12)，然后通过瓦斯管(14)经瓦斯调频风机(13)从发电机进气管(15)进入发电机(16)，与通过沼气管(9)经沼气调频风机(8)后从发电机进气管(15)进入发电机的沼气进行混配；发电机产生的电通过电缆(17)输送到用处。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用沼气开发煤矿抽采极低浓度瓦斯发电技术与方法，其特征在于：包括沼气产生系统、低浓度瓦斯输运和存储系统、自动瓦斯配气系统、发电系统和余热利用系统组成。沼气系统特征在于：利用煤矿周围农田的秸秆、植物等有机质或者煤矿周边的餐厨垃圾，根据发酵料液的量(有机物进料负荷)控制沼气生产量的多少，配料池内设置进料泵，进料泵和沼气发酵罐通过进料管连接，沼气发酵罐内设置换热器，沼气发酵罐上部设置沼气导气管，沼气导气管与沼气贮气柜连接，沼气贮气柜出气与沼气管连接，沼气管上设置沼气调频风机。低浓度瓦斯输运和存储系统特征在于：井下极低浓度(<5％)瓦斯从井下抽采经过煤矿内设置的瓦斯输运管路到地面的储罐中，该输运管路上设置防回火、防回爆、抑爆、接地等安全装置。自动配气系统特征在于：极低浓度瓦斯从瓦斯储罐或者输运管路向瓦斯发电机组输运过程中，距离瓦斯发电机组一定距离，设置自动沼气添加装置，该装置可以通过低浓度管道中的瓦斯浓度和流量传感器，根据混合后能够利用的目标浓度和流量，计算需要添加的沼气浓度和流量，并经过防爆电磁阀控制流量和混合后的浓度实现目标浓度和流量，混合后的气体可以和瓦斯发电系统进行连接。发电系统特征在于：极低浓度瓦斯发电系统可以对5‑16％浓度的混合瓦斯和沼气进行利用。发电系统产电通过电缆输送到用电地点，同时产生的热量通过供热管网输送到用热地点。...

【技术特征摘要】
1.一种利用沼气开发煤矿抽采极低浓度瓦斯发电技术与方法，其特征在于：包括沼气产生系统、低浓度瓦斯输运和存储系统、自动瓦斯配气系统、发电系统和余热利用系统组成。沼气系统特征在于：利用煤矿周围农田的秸秆、植物等有机质或者煤矿周边的餐厨垃圾，根据发酵料液的量(有机物进料负荷)控制沼气生产量的多少，配料池内设置进料泵，进料泵和沼气发酵罐通过进料管连接，沼气发酵罐内设置换热器，沼气发酵罐上部设置沼气导气管，沼气导气管与沼气贮气柜连接，沼气贮气柜出气与沼气管连接，沼气管上设置沼气调频风机。低浓度瓦斯输运和存储系统特征在于：井下极低浓度(<5％)瓦斯从井下抽采经过煤矿内设置的瓦斯输运管路到地面的储罐中，该输运管路上设置防回火、防回爆、抑爆、接地等安全装置。自动配气系统特征在于：极低浓度瓦斯从瓦斯储罐或者输运管路向瓦斯发电机组输运过程中，距离瓦斯发电机组一定距离，设置自动沼气添加装置，该装置可以通过低浓度管道中的瓦斯浓度和流量传感器，根据混合后能够利用的目标浓度和流量，计算需要添加的沼气浓度和流量，并经过防爆电磁阀控制流量和混合后的浓度实现目标浓度和流量，混合后的气体可以和瓦斯发电系统进行连接。发电系统特征在于：极低浓度瓦斯发电系统可以对5-16％浓度的混合瓦斯和沼气进行利用。发电系统产电通过电缆输送到用电地点，同时产生的热量通过供热管网输送到用热地点。2.根据权利要求1所述的一种利用沼气开发煤矿抽采极低浓度瓦斯发电技术与方法，其特征在于，所述沼气系统包括进料泵、进料管、沼气发酵罐、沼气贮气柜、沼气导气管、沼气管和沼气调频风机，并且根据发酵料液的量(有机物进料负荷)控制沼气生产量的多少。3.根据权利要求2所述的一种利用沼气开发煤矿抽采极低浓度瓦斯发电技术与方法，其特征在于，所述沼气发酵罐内设...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂百胜，罗涛，尹斐斐，李祥春，孟筠青，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11