一种空气压缩储能的煤层气与矿井通风乏气预混发电系统技术方案

本实用新型专利技术公布了一种基于空气压缩储能的煤层气与矿井通风乏气预混发电系统，空气压缩装置(2)的入口与空气(10)相连，空气气压缩装置(2)出口与高压空气储存室(3)入口相连，高压空气储存室(3)出口与空气膨胀/发电装置(4)入口相连，燃料供给(5)与空气膨胀/发电装置(4)相连，煤层气/通风乏气混合装置(6)与燃料供给(5)相连，煤层气(7)及通风乏气(8)与煤层气/通风乏气混合装置(6)相连，空气膨胀/发电装置(4)输出端与负载(9)相连。该发电系统利用风电或电网低谷电能，通过空气压缩储能，并借助于煤层气，实现与煤矿通风乏气预混的发电利用，对节约能源，减少温室气体排放及电网调峰具有明显益处。

An air compression energy storage CBM and mine ventilation var premixed power generation system

The utility model has published a premixed power generation system based on air compressed energy storage and mine ventilation. The inlet of the air compression device (2) is connected with air (10), air compressor (2) is connected to the entrance of high pressure air storage room (3), high pressure air storage room (3) outlet and air expansion / power generation unit (4) entrance Connected, the fuel supply (5) is connected to the air expansion / power plant (4), the coalbed gas / ventilation exhaust gas mixture unit (6) is connected with the fuel supply (5), coal bed gas (7) and ventilation (8) are connected to the coalbed gas / ventilation exhaust gas mixing unit (6), and the air expansion / power plant (4) output terminal is connected to the load (9). The power generation system uses the wind power or the low power of the power grid, compresses the energy storage through the air, and uses the coal bed gas to realize the power generation of the premixed ventilation with the ventilation of the coal mine. It has obvious benefit for saving energy, reducing the greenhouse gas emission and regulating the peak of the power grid.

【技术实现步骤摘要】
一种空气压缩储能的煤层气与矿井通风乏气预混发电系统
本技术涉及一种空气储能发电系统，尤其涉及一种风电，特别是弃风风电，或电网低谷电能(谷电)驱动空气压缩储能的煤层气与矿井通风乏气预混发电系统。对于节约能源，减少温室气体排放及电网调峰均具有明显益处。
技术介绍
1目前含有低浓度甲烷的大量的煤矿通风乏气排空。中国煤炭资源丰富，每年的煤炭开采量达到30亿吨以上。由于开采煤炭，每年向大气排放大量的通风乏气。通风乏风(又称矿井乏风，简称VAM)，指煤矿在采掘过程中对矿井内大量通风，通风气经过开采工作面以及其它用风地点后所携带的瓦斯称为乏风，其气体中所含甲烷浓度低于0.75％。据统计，我国每年通过排入大气的乏风折纯甲烷量约为100～150亿m3，其热值相当于1300～2000万t标准煤。目前中国，乃至全世界，几乎所有煤矿对于通风瓦斯都采取排空处理，造成极大能源浪费；而且，CH4的温室效应是CO2的21倍，每年巨大的乏风排放量对环境造成了巨大危害和污染。目前，煤矿通风乏气由于其甲烷含量低，对其利用技术难度大，是世界性难题。长期以来只能被全部排到大气中。近年来，随着国际社会应对气候变化步伐的加快，以及中国节能减排力度的不断加大，乏风的利用处理技术越来越得到重视。煤矿乏风可利用的方式主要有：一是提纯；二是直接燃烧；三是乏风氧化。(1)提纯分离即：变压/变温吸附。由于煤矿乏风中甲烷浓度太低，如果进行提纯分离，不论是用变压吸附方法，还是用变温吸附分离方法，面对含量巨大的空气和微少的甲烷，都必然需要相对于甲烷产量更多的加压耗能或加温耗能。所耗的能量，远远超过获取甲烷的能量。因而不论从能源的角度，还是从经济的角度都是行不通的。(2)直接燃烧由于乏风中的甲烷含量很低，远远超出了甲烷的空然比范围，用直接燃烧的办法排放或利用热能也是行不通的。(3)乏风氧化利用乏风中的微量甲烷与其中的氧气进行氧化反应，产生热量成为目前一个研究方向；但由于催化剂技术、蓄热及与预热切换系统、控制系统等问题在短时间内难以解决，整体状态处理初级研发阶段。2中国每层气利用率低中国煤层气储量也异常丰富，每年井下抽采煤矿瓦斯近2.3×109m3，利用量仅约1.0×109m3，一般CH4浓度30％-60％，利用率比较低。3弃风风电没有得到有效利用近年来，我国风力发电迅猛发展，根据中国风能协会数据显示，2016年，中国风电累计装机容量达到1.49亿千瓦；但大规模风电的消纳一直都是世界性难题，我国在这方面的问题更加突出。一方面，我国风资源集中、规模大，远离负荷中心，资源地市场规模小、难以就地消纳；另一方面，风电本身具有波动性和间歇性等特点，风电并网需要配套建设调峰电源，而我国风电集中的“三北”(西北、华北、东北)地区，电源结构单一，基本没有调峰能力。此外，跨区输电能力不足也是一个重要的制约因素。因此，在我国弃风风电现象十分普遍。据统计，2016年，全国弃风较为严重的地区是甘肃(弃风率43％、弃风电量104亿千瓦时)、新疆(弃风率38％、弃风电量137亿千瓦时)、吉林(弃风率30％、弃风电量29亿千瓦时)内蒙古(弃风率21％、弃风电量124亿千瓦时)。全年弃风电量497亿千瓦时。4我国电网“谷电”浪费大我国电网峰谷电量变化较大，在峰负荷的时候，大家集中用电，用电负荷很高，但电厂发电量不能随着人们的用电量实时变化，电网难以承受，而在夜间谷负荷时段，常常没有人用电，又造成电能的浪费。专利“一种低浓度瓦斯或乏风的发电方法”(201110326474.1)公布了一种利用低浓度瓦斯直接与空气掺混后通入燃气内燃机空气进口，作为燃气内燃机的空气进入燃气内燃机，并与燃气内燃机燃料进气口进入的燃气进行混合后进入气缸，经压缩、燃烧、膨胀，推动活塞做功发电；专利“一种利用煤矿低浓度瓦斯发电方法”(201210558839.8)公布了一种利用煤矿低浓度瓦斯发电方法：将低浓度瓦斯与空气混合，制成混合燃烧气，之后将混合燃烧气送入燃烧器中进行燃烧，燃烧产生热量送至发动机，再由发动机带动发电机发电；专利“一种风排瓦斯回收发电系统”(201420253686.0)公布了一种瓦斯回收发电系统，包括除尘器、除湿器、高低浓度瓦斯混合箱、燃气轮机等部件组成；专利“低浓度瓦斯气的燃气轮机的利用方法”(200810118325.4)公布了一种低浓度瓦斯利用方法，将低浓第的瓦斯直接与空气掺混后引入燃气轮机的压缩机进口，作为燃气轮机的空气，经压缩机压缩后通入燃烧室与燃料进行燃烧，燃烧后的烟气经过透平膨胀做功并发电。通过对现有专利的对比发现，和本专利的最大区别在于本专利是先将能源先储存起来，然后在需要时利用储存的能源发电，具有“储能”功能。燃烧室不仅有燃烧催化剂，而且内壁还拥有红外材料，具有辅助燃烧功能。
技术实现思路
为了克服了现有技术的缺点和不足，本专利解决了如下技术问题：(1)使含有低浓度甲烷的大量的煤矿通风乏气得到应用。(2)有效地利用了风电，特别是弃风风电，或“谷电”。利用这部分能源来压缩煤矿通风乏气，将这部分能量储存起来(相当于抽水蓄能)，当需要能源的时候，利用其做功发电。(3)调节电网负荷。煤矿等企业都是用电大户，用风电及“谷电”对储能系统充电，可有效地调节电网负荷，在高峰期应用于生产、运营，不仅电能的利用效率高，减轻电网负担，还可以降低运营成本。为达到上述目的，本技术所述的一种全新的基于空气压缩储能的煤层气与矿井通风乏气预混发电系统包括驱动源(1)、空气压缩装置(2)、高压空气储存室(3)、空气膨胀/发电装置(4)、燃料供给(5)、煤层气与通风乏气混合装置(6)、煤层气(7)、通风乏气(8)、负载(9)及空气(10)；空气压缩装置(2)的入口与空气(10)相连，空气气压缩装置(2)出口与高压空气储存室(3)入口相连，高压空气储存室(3)出口与空气膨胀/发电装置(4)入口相连，燃料供给(5)与空气膨胀/发电装置(4)相连，煤层气/通风乏风混合装置(6)与燃料供给(5)相连，煤层气(7)及通风乏风(8)与煤层气/通风乏风混合装置(6)相连，空气膨胀/发电装置(4)输出端与负载(9)相连；其中，驱动源(1)是风电，或是电网低谷电源；高压乏气储存室(3)是压力容器，或是盐岩洞、硬岩层、多孔岩适用于压缩空气储能的地质岩洞；空气膨胀/发电装置(4)燃烧室内壁涂有红外材料(11)，腔内安装有板式燃烧催化剂，或蜂窝状燃烧催化剂(12)；燃料供给(5)为均匀掺混煤层气(7)的通风乏气(8)；煤层气/通风乏风混合装置(6)内部设计有混合及均流装置。附图说明图1为本专利技术一种全新的基于空气压缩储能的煤层气与矿井通风乏气预混发电系统结构示意图。图2为乏气膨胀/发电装置燃烧室结构示意图。图3为煤层气与煤矿通风乏气混合装置。图4为煤层气喷射示意图。驱动源1、空气压缩装置2、高压空气储存室3、空气膨胀/发电装置4、燃料供给5、煤层气与通风乏气混合装置6、煤层气7、通风乏气8、负载9、空气10、红外材料11、燃烧催化剂12、煤矿通风乏气进入13、煤层气进入14、煤层气总管15、调节阀16、喷嘴17、导流板18、连接管19、分配管20、喷射管21。具体实施方式空气压缩装置从大气吸入空气，经过压缩，形成高压空气，储存于高压空气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空气压缩储能的煤层气与矿井通风乏气预混发电系统，其特征在于，包括驱动源(1)、空气压缩装置(2)、高压空气储存室(3)、空气膨胀/发电装置(4)、燃料供给(5)、煤层气与通风乏气混合装置(6)、煤层气(7)、通风乏气(8)、负载(9)及空气(10)；其中，空气压缩装置(2)的入口与空气(10)相连，空气压缩装置(2)出口与高压空气储存室(3)入口相连，高压空气储存室(3)出口与空气膨胀/发电装置(4)入口相连，燃料供给(5)与空气膨胀/发电装置(4)相连，煤层气/通风乏气混合装置(6)与燃料供给(5)相连，煤层气(7)及通风乏气(8)与煤层气/通风乏气混合装置(6)相连，空气膨胀/发电装置(4)输出端与负载(9)相连。

【技术特征摘要】
1.一种空气压缩储能的煤层气与矿井通风乏气预混发电系统，其特征在于，包括驱动源(1)、空气压缩装置(2)、高压空气储存室(3)、空气膨胀/发电装置(4)、燃料供给(5)、煤层气与通风乏气混合装置(6)、煤层气(7)、通风乏气(8)、负载(9)及空气(10)；其中，空气压缩装置(2)的入口与空气(10)相连，空气压缩装置(2)出口与高压空气储存室(3)入口相连，高压空气储存室(3)出口与空气膨胀/发电装置(4)入口相连，燃料供给(5)与空气膨胀/发电装置(4)相连，煤层气/通风乏气混合装置(6)与燃料供给(5)相连，煤层气(7)及通风乏气(8)与煤层气/通风乏气混合装置(6)相连，空气膨胀/发电装置(4)输出端与负载(9)相连。2.根据权利要求1所述的一种空气压缩储能的煤层气与矿井通风乏气预混发电...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：西安新维度能源技术发展有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西,61