一种防治煤矸石山自燃及热量回收发电设备和控制方法技术

本发明专利技术公开一种防治煤矸石山自燃及热量回收发电设备和控制方法，包括循环液态传热工质供给系统，双套密封管钻封热交换系统，温度监测及智能控制系统和热量回收发电系统；循环液态传热工质供给系统包括储存池与液态供给管路和回收管路；储存池与双套密封管连通；储存池与热量回收发电系统连通；双套密封管与供给管路连通，双套密封管外侧壁通过高温输出管路与热量回收发电系统连通。本申请提出了一种施工简单、安全可靠、经济高效及节能环保的煤矸石山自燃防治及热回收发电设备，具有有效、可控降温、低供电能源成本、节能环保、可循环使用、工程量小、维护费用低等优点，有很强的经济性和实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种防治煤矸石山自燃及热量回收发电设备和控制方法
本专利技术涉及煤矿煤矸石山自燃防灭火治理
，尤其涉及一种防治煤矸石山自燃及热量回收发电设备和控制方法。
技术介绍
煤矸石是在煤炭开采过程被选出来的一种含碳量低的固体废弃物，其产量约占煤炭总产量的10％-20％。由于煤炭开采深度的不断加大，煤矸石的排放量逐年增加，目前我国已形成煤矸石山2600余座，大量煤矸石的露天堆积，不仅占用土地，而且会在空气的长期氧化作用下产生自燃，释放出包括CO、H2S、SO2等气体在内的大量有毒有害气体，危害人民健康及污染环境。煤矸石山一旦与氧气长期接触发生自燃，对其灭火治理就非常困难，而且对这种自燃释放的热量得不到有效、绿色利用。传统防灭火方法包括注浆灭火法、覆盖碾压法、挖掘熄灭法、煤矸分离法、深部注入惰性气体法、压注阻化材料、洒水降温等方法，但是由于成本高、工程量大或防治效果不好、不环保而得不到广泛的推广应用，煤矸石山自燃的防治问题需进一步有效解决。有关研究表明，在煤矸石山自燃以后，煤矸石表面温度可达40-50℃，矸石山内部温度可达300-1000℃，正式因为这种热量的大量积累导致了大量有毒有害气体的释放，因此在煤矸石山自燃的有效防治的基础上，需要进一步解决热量回收问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种防治煤矸石山自燃及热量回收发电设备和控制方式，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现有效可控降温，降低供电能源成本，整个系统节能环保，可循环使用。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种防治煤矸石山自燃及热量回收发电设备，其特征在于，包括循环液态传热工质供给系统，双套密封管钻封热交换系统和热量回收发电系统；所述循环液态传热工质供给系统包括储存池与液态供给管路和回收管路；所述储存池通过所述供给管路与所述双套密封管钻封热交换系统连通；所述储存池通过所述回收管路与所述热量回收发电系统连通；所述双套密封管钻封热交换系统包括双套密封管和高温输出管路；所述双套密封管嵌入煤矸石山内；所述双套密封管设置有至少一个，所述双套密封管顶端与所述供给管路连通，所述双套密封管外侧壁通过所述高温输出管路与所述热量回收发电系统连通。优选的，多个双套密封管钻封热交换系统以十字网格状交叉布置与煤矸石山的测量节点，每个双套密封管钻封热交换系统中又设置有多个双套密封管，每个密封管均与高温输出管路和供给管路连通，以达到其液态传热工质转移的目的。优选的，所述供给管路和回收管路均采用包括不锈钢等在内的防腐蚀性(或经过防腐蚀处理)耐高温材料。所述双套密封管包括内层套管，外层套管和钻头；所述内层套管设置于所述外层套管内，且与所述外层套管密封连接；所述钻头固定设置于所述外层套管底部；所述内层套管的管口与所述供给管路管壁连通。优选的，所述外层套管于煤矸石山中的位置可将其分为绝热段和吸热段；其划分需根据煤矸石山内部的实际温度，吸热段为煤矸石山的高温区域；绝热隔层设置于外层套管外壁的绝热段，由于需要将煤矸石山内部高温经液态传热工质吸热，再通过高温输出管路进行输出，为防止其热交换时热量大量流失，需在外层套管外壁的绝热段设置绝热隔层；且同理，于内层套管和高温输出管路的外壁皆全设置有绝热隔层；由于内层套管伸入外层套管内腔；为了防止刚从储存池进入的低温液态传热工质直接于内层套管内加热，故于内层套管外壁和外层套管的绝热段全部设置有绝热隔层；其绝热隔层的材料可为镀铝薄膜、镀铝聚酯薄膜、镀铝聚酰亚胺薄膜在内的等多种绝热材料的单一或组合。优选的，内层套管其长度为外层套管长度的0.618倍，外层套管其钻入煤矸石山长度10-15m。优选的，设置于外层套管外壁的螺旋螺纹，其作用为增强所述双密封套管于煤矸石山内的密封效果。其底部的钻头所起到的效果为将双套密封管插入煤矸石山内时降低其阻力，且所述钻头钻孔处需经过密封处理，防止长时间和外界空气接触；所述热量回收发电系统包括回收池，温差发电器，散热片，变压器和外部用电；所述回收池外侧密封布置有所述温差发电器；所述温差发电器外侧设置有至少一个所述散热片；所述温差发电器与所述变压器电性连接；所述变压器与所述外部用电电性连接；所述回收管路伸入所述回收池内。优选的，所述回收池其建造材料为良好的导热耐腐蚀材料；所述温差发电器可以使用包括中温区Pb-Te基热电材料或掺入铊的Pb-Te基热电材料在内等具有高效热电转换的发电材料。储存池，外层套管和回收池均设置有液态传热工质；所述液态传热工质为地表水、地下水、自来水、城市与工业污水处理后的回用水、海水及其他符合工业用水标准的水源或包括液氨、液氮、液戊烷、导热油在内的等具有良好导热效果的传热工质。还设置有温度监测及智能控制系统；所述温度监测及智能控制系统包括电脑温度监控平台，可编程控制器PLC，设置于回收池内的搅拌器和回收池温度传感器，设置于回收管路上的回收管路循环泵和回收管路流量控制阀，设置于供给管路上的供给管路循环泵和供给管路流量控制阀，设置于储存池内的储存池温度传感器，设置于外层套管内的双套密封管温度传感器和设置于煤矸石山内部的煤矸石山温度传感器；所述电脑温度监控平台与变压器电连接；所述电脑温度监控平台与所述可编程控制器PLC电连接；所述回收池温度传感器，储存池温度传感器，双套密封管温度传感器和煤矸石山温度传感器均与所述电脑温度监控平台电连接；所述搅拌器，回收管路循环泵，回收管路流量控制阀，供给管路循环泵和供给管路流量控制阀与所述可编程控制器PLC电连接。优选的，所述搅拌器设置于所述回收池底部，其作用是通过搅拌器的旋转控制其回收池内的温度，由于通过高温输出管路进入的传热工质为高温气体，通过温差发电器利用其内的温差从而产生电能。还设置有螺旋螺纹和绝热层；所述内层套管和高温输出管路的外管壁均覆设有所述绝热层；所述外层套管的外管壁上侧也覆设有所述绝热层；所述外层套管外侧设置有螺旋螺纹。所述外部用电包括蓄电池和国家电网；所述蓄电池和国家电网--分别与所述变压器电性连接。优选的，一般对煤矸石山热量利用时，只能通过即时发电的方式，但本申请的装置不仅可以通过即时发电的方式进入国家电网用电，还可通过直接储存于蓄电池或电动汽车等储电设备。由于煤矸石山内部温度于90度进入加热升温期；300度以上为其实质燃烧期；通过设置于各个系统内的温度传感器和煤矸石山内部的温度传感器，来准确获知其各个位置的温度，通过所述搅拌器，回收管路循环泵，回收管路流量控制阀，供给管路循环泵和供给管路流量控制阀控制整个循环系统内传热工质的流动速度，将煤矸石山高温区域内部温度控制在90度以下或更低；这样可以预防煤矸石山高温区温度过高产生自燃，减少有毒有害物质的排放，同时将煤矸石自燃产生的热量有效回收利用。一种防治煤矸石山自燃及热量回收发电控制方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一、于煤矸石山表面设置测量节点，测量节点采用十字网格交叉布置，使用红外测温仪测定煤矸石山表面温度，对比环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防治煤矸石山自燃及热量回收发电设备，其特征在于，包括循环液态传热工质供给系统(1)，双套密封管钻封热交换系统(2)和热量回收发电系统(4)；/n所述循环液态传热工质供给系统(1)包括储存池(11)与液态供给管路(12)和回收管路(13)；所述储存池(11)通过所述供给管路(12)与所述双套密封管钻封热交换系统(2)连通；所述储存池(11)通过所述回收管路(13)与所述热量回收发电系统(4)连通；/n所述双套密封管钻封热交换系统(2)包括双套密封管和高温输出管路(23)；所述双套密封管嵌入煤矸石山(5)内；所述双套密封管设置有至少一个，所述双套密封管顶端与所述供给管路(12)连通，所述双套密封管外侧壁通过所述高温输出管路(23)与所述热量回收发电系统(4)连通。/n

【技术特征摘要】
1.一种防治煤矸石山自燃及热量回收发电设备，其特征在于，包括循环液态传热工质供给系统(1)，双套密封管钻封热交换系统(2)和热量回收发电系统(4)；
所述循环液态传热工质供给系统(1)包括储存池(11)与液态供给管路(12)和回收管路(13)；所述储存池(11)通过所述供给管路(12)与所述双套密封管钻封热交换系统(2)连通；所述储存池(11)通过所述回收管路(13)与所述热量回收发电系统(4)连通；
所述双套密封管钻封热交换系统(2)包括双套密封管和高温输出管路(23)；所述双套密封管嵌入煤矸石山(5)内；所述双套密封管设置有至少一个，所述双套密封管顶端与所述供给管路(12)连通，所述双套密封管外侧壁通过所述高温输出管路(23)与所述热量回收发电系统(4)连通。


2.根据权利要求1所述的一种防治煤矸石山自燃及热量回收发电设备，其特征在于：所述双套密封管包括内层套管(21)，外层套管(22)和钻头(24)；所述内层套管(21)设置于所述外层套管(22)内，且与所述外层套管(22)密封连接；所述钻头(24)固定设置于所述外层套管(22)底部；所述内层套管(21)的管口与所述供给管路(12)管壁连通；所述外层套管(22)外侧壁顶端与所述高温输出管路(23)连通。


3.根据权利要求1所述的一种防治煤矸石山自燃及热量回收发电设备，其特征在于：所述热量回收发电系统(4)包括回收池(41)，温差发电器(42)，散热片(43)，变压器(44)和外部用电；所述回收池(41)外侧密封布置有所述温差发电器(42)；所述温差发电器(42)外侧设置有至少一个所述散热片(43)；所述温差发电器(42)与所述变压器(44)电性连接；所述变压器(44)与所述外部用电电性连接；所述回收管路(13)伸入所述回收池(41)内。


4.根据权利要求1-3所述的一种防治煤矸石山自燃及热量回收发电设备，其特征在于：还设置有温度监测及智能控制系统(3)；所述温度监测及智能控制系统(3)包括电脑温度监控平台(31)，可编程控制器PLC(32)，设置于回收池(41)内的搅拌器(33)和回收池温度传感器(38)，设置于回收管路(13)上的回收管路循环泵(34)和回收管路流量控制阀(35)，设置于供给管路(12)上的供给管路循环泵(36)和供给管路流量控制阀(37)，设置于储存池(11)内的储存池温度传感器(39)，设置于外层套管(22)内的双套密封管温度传感器(310)和设置于煤矸石山(5)内部的煤矸石山温度传感器(311)；
所述电脑温度监控平台(31)与变压器(44)电连接；所述电脑温度监控平台(31)与所述可编程控制器PLC(32)电连接；所述回收池温度传感器(38)，储存池温度传感器(39)，双套密封管温度传感器(310)和煤矸石山温度传感器(311)均与所述电脑温度监控平台(31)电连接；所述搅拌器(33)，回收管路循环泵(34)，回收管路流量控制阀(35)，供给管路循环泵(36)和供给管路流量控制阀(37)与所述可编程控制器PLC(32)电连接。


5.根据权利要求4所述的一种防治煤矸石山自燃及热量回收发电设备，其特征在于：储存池(11)，外层套管(22)和回收池(41)均设置有液态传热工质(27)...

【专利技术属性】
技术研发人员：范鹏宏，穆满根，张军亮，王慧芳，荆丽波，刘刚，吕李华，姜威，钱浩然，夏祉君，付强，
申请(专利权)人：山西工程技术学院，范鹏宏，
类型：发明
国别省市：山西;14