本發(fā)明涉及低濃度瓦斯發(fā)電，特別是涉及一種富氧低濃度瓦斯動(dòng)態(tài)摻混系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、瓦斯是煤礦開采過程中的伴生氣體，高濃度瓦斯可以直接燃燒利用，常被應(yīng)用于汽車、化工、發(fā)電等行業(yè)，然而低于7％的煤礦抽采瓦斯不能直接燃燒利用，常被排放到空氣中，會(huì)造成嚴(yán)重環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。煤礦所用低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組能夠正常運(yùn)行的瓦斯?jié)舛葹?％-13％，因此，若抽采瓦斯?jié)舛鹊陀?％時(shí)會(huì)出現(xiàn)停機(jī)現(xiàn)象，此外，抽采瓦斯?jié)舛缺旧砭哂胁▌?dòng)性，會(huì)造成發(fā)電機(jī)運(yùn)行常出現(xiàn)停機(jī)后需要人工干預(yù)的情況，降低了瓦斯發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率和使用年限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種富氧低濃度瓦斯動(dòng)態(tài)摻混系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)及方法。以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提高瓦斯發(fā)電的運(yùn)行效率，降低煤礦瓦斯碳排放，實(shí)現(xiàn)極低濃度瓦斯的資源化利用。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、本發(fā)明提供一種富氧低濃度瓦斯動(dòng)態(tài)摻混系統(tǒng)，包括：摻混管道、可燃?xì)怏w供氣系統(tǒng)、氧氣供氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。摻混管道一端用于連通瓦斯抽采泵站，另一端用于連通發(fā)電機(jī)；可燃?xì)怏w供氣系統(tǒng)用于將可燃?xì)怏w輸入至所述摻混管道中；氧氣供氣系統(tǒng)用于將氧氣輸入至所述摻混管道中；所述控制系統(tǒng)根據(jù)所述摻混管道上游的開采氣體內(nèi)甲烷濃度來實(shí)時(shí)控制所述可燃?xì)怏w供氣系統(tǒng)的供氣流量。

4、優(yōu)選的，所述可燃?xì)怏w供氣系統(tǒng)包括可燃?xì)怏w氣瓶和可燃?xì)怏w進(jìn)氣管路；所述可燃?xì)怏w進(jìn)氣管路的一端和所述可燃?xì)怏w氣瓶連通，另一端和所述摻混管道連通，所述可燃?xì)怏w進(jìn)氣管路沿著氣體流動(dòng)方向依次設(shè)置有減壓閥、止回閥和第一電動(dòng)球閥；所述控制系統(tǒng)控制所述第一電動(dòng)球閥的開度以及打開時(shí)間來控制所述可燃?xì)怏w供氣系統(tǒng)的供氣流量。

5、優(yōu)選的，所述氧氣供氣系統(tǒng)包括氧氣進(jìn)氣管路；所述氧氣進(jìn)氣管路的一端用于和儲(chǔ)氣罐連通；另一端和所述摻混管道連通，所述氧氣進(jìn)氣管路沿著氣體流動(dòng)方向依次設(shè)置有氧濃度傳感器和第二電動(dòng)球閥。

6、優(yōu)選的，所述摻混管道內(nèi)設(shè)置有擾流元件，所述摻混管道上設(shè)置有可燃?xì)怏w進(jìn)口和氧氣進(jìn)口；所述可燃?xì)怏w供氣系統(tǒng)通過所述可燃?xì)怏w進(jìn)口將可燃?xì)怏w排入至所述摻混管道內(nèi)，所述氧氣供氣系統(tǒng)通過所述氧氣進(jìn)口將氧氣排入至所述摻混管道內(nèi)，所述可燃?xì)怏w進(jìn)口和所述氧氣進(jìn)口下游的所述摻混管道內(nèi)均設(shè)置有所述擾流元件。

7、優(yōu)選的，所述摻混管道上游和下游均設(shè)置有甲烷檢測元件。

8、優(yōu)選的，所述控制系統(tǒng)根據(jù)所述氧濃度傳感器所檢測到的氧氣濃度來控制所述第二電動(dòng)球閥的開度以及打開時(shí)間。

9、本發(fā)明還提供了一種低濃度瓦斯動(dòng)態(tài)摻混發(fā)電系統(tǒng)，包括瓦斯抽采泵站和如上所述的富氧低濃度瓦斯動(dòng)態(tài)摻混系統(tǒng)。

10、優(yōu)選的，還包括制氮機(jī)；所述制氮機(jī)產(chǎn)生的氧氣副產(chǎn)物通過所述氧氣供氣系統(tǒng)輸入至摻混管道中。

11、本發(fā)明還提供了一種低濃度瓦斯動(dòng)態(tài)摻混發(fā)電方法，將發(fā)電機(jī)的部分進(jìn)氣管道構(gòu)造為摻混管道；利用可燃?xì)怏w供氣系統(tǒng)和氧氣供氣系統(tǒng)將可燃?xì)怏w和氧氣輸入至所述摻混管道內(nèi)；并使得控制系統(tǒng)根據(jù)所述摻混管道上游的開采氣體內(nèi)甲烷濃度來實(shí)時(shí)控制所述可燃?xì)怏w供氣系統(tǒng)的供氣流量。

12、優(yōu)選的，所述可燃?xì)怏w供氣系統(tǒng)的供氣流量確定方法：根據(jù)甲烷濃度濃度及摻混氣體所需的當(dāng)量比進(jìn)行理論計(jì)算后，采用補(bǔ)償系數(shù)濃度分段配比的方式進(jìn)行可燃?xì)怏w所需摻混量的計(jì)算，然后再根據(jù)可燃?xì)怏w所需摻混量計(jì)算出供氣流量；

13、氧氣供氣系統(tǒng)的供氣流量的確定方法：根據(jù)所檢測到的實(shí)際氧氣濃度與所需的富氧環(huán)境的氧氣濃度的差值來計(jì)算氧氣所需的摻混量，然后再根據(jù)氧氣所需的摻混量計(jì)算出供氣流量。

14、本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)取得了以下技術(shù)效果：

15、本發(fā)明提供的方案中，在瓦斯進(jìn)入發(fā)電機(jī)燃燒缸之前將可燃?xì)怏w和瓦斯進(jìn)行混合以使得進(jìn)入缸內(nèi)的氣體均勻混合，并利用氧氣為摻混氣體提供富氧環(huán)境，提高瓦斯摻混可燃?xì)怏w的燃爆特性，從而提高瓦斯發(fā)電的運(yùn)行效率，降低煤礦瓦斯碳排放，實(shí)現(xiàn)極低濃度瓦斯的資源化利用。

16、具體具備如下幾點(diǎn)優(yōu)勢：

17、1、實(shí)現(xiàn)了濃度為1％-7％的抽采瓦斯發(fā)電利用，彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)中極低濃度瓦斯利用空白，減少煤礦低濃度瓦斯碳排放。

18、2、提高濃度高于7％的抽采瓦斯發(fā)電效率，改善發(fā)電機(jī)組停機(jī)次數(shù)。

19、3、通過收集利用礦用制氮機(jī)產(chǎn)生的氧氣來進(jìn)行富氧瓦斯摻混，可以提高現(xiàn)有瓦斯發(fā)電機(jī)組效率，實(shí)現(xiàn)氧氣資源的二次利用。

20、4、在瓦斯運(yùn)輸過程中設(shè)置摻混管道，抽采瓦斯在摻混管道中穿過兩組擾流元件，可以降低瓦斯運(yùn)輸?shù)牟环€(wěn)定性，提高氧氣、可燃?xì)怏w與極低濃度瓦斯混合的均勻性。

21、5、根據(jù)可燃?xì)怏w的爆炸極限和當(dāng)量比計(jì)算，在控制系統(tǒng)中預(yù)設(shè)分段摻混編程，可根據(jù)瓦斯波動(dòng)信號調(diào)控?fù)交鞖怏w的添加量，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)摻混，保證發(fā)電機(jī)組的持續(xù)性運(yùn)行以及居民工業(yè)用電的穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種富氧低濃度瓦斯動(dòng)態(tài)摻混系統(tǒng)，其特征在于：包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富氧低濃度瓦斯動(dòng)態(tài)摻混系統(tǒng)，其特征在于：所述可燃?xì)怏w供氣系統(tǒng)包括可燃?xì)怏w氣瓶和可燃?xì)怏w進(jìn)氣管路；所述可燃?xì)怏w氣瓶用于盛放可燃?xì)怏w，所述可燃?xì)怏w進(jìn)氣管路的一端和所述可燃?xì)怏w氣瓶連通，另一端和所述摻混管道連通，所述可燃?xì)怏w進(jìn)氣管路沿著氣體流動(dòng)方向依次設(shè)置有減壓閥、止回閥和第一電動(dòng)球閥；所述控制系統(tǒng)控制所述第一電動(dòng)球閥的開度以及打開時(shí)間來控制所述可燃?xì)怏w供氣系統(tǒng)的供氣流量。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富氧低濃度瓦斯動(dòng)態(tài)摻混系統(tǒng)，其特征在于：所述氧氣供氣系統(tǒng)包括氧氣進(jìn)氣管路；所述氧氣進(jìn)氣管路的一端用于和儲(chǔ)氣罐連通；另一端和所述摻混管道連通，所述氧氣進(jìn)氣管路沿著氣體流動(dòng)方向依次設(shè)置有氧濃度傳感器和第二電動(dòng)球閥。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富氧低濃度瓦斯動(dòng)態(tài)摻混系統(tǒng)，其特征在于：所述摻混管道內(nèi)設(shè)置有擾流元件，所述摻混管道上設(shè)置有可燃?xì)怏w進(jìn)口和氧氣進(jìn)口；所述可燃?xì)怏w供氣系統(tǒng)通過所述可燃?xì)怏w進(jìn)口將可燃?xì)怏w添加至所述摻混管道內(nèi)，所述氧氣供氣系統(tǒng)通過所述氧氣進(jìn)口將氧氣添加至所述摻混管道內(nèi)，所述可燃?xì)怏w進(jìn)口和所述氧氣進(jìn)口下游的所述摻混管道內(nèi)均設(shè)置有所述擾流元件。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富氧低濃度瓦斯動(dòng)態(tài)摻混系統(tǒng)，其特征在于：所述摻混管道上游和下游均設(shè)置有甲烷檢測元件。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的富氧低濃度瓦斯動(dòng)態(tài)摻混系統(tǒng)，其特征在于：所述控制系統(tǒng)根據(jù)所述氧濃度傳感器所檢測到的氧氣濃度來控制所述第二電動(dòng)球閥的開度以及打開時(shí)間。

7.一種低濃度瓦斯動(dòng)態(tài)摻混發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于：包括瓦斯抽采泵站和權(quán)利要求1～6任意一項(xiàng)所述的富氧低濃度瓦斯動(dòng)態(tài)摻混系統(tǒng)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的低濃度瓦斯動(dòng)態(tài)摻混發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于：還包括制氮機(jī)；所述制氮機(jī)產(chǎn)生的氧氣副產(chǎn)物通過所述氧氣供氣系統(tǒng)輸入至摻混管道中。

9.一種低濃度瓦斯動(dòng)態(tài)摻混發(fā)電方法，其特征在于：將發(fā)電機(jī)的部分進(jìn)氣管道構(gòu)造為摻混管道；利用可燃?xì)怏w供氣系統(tǒng)和氧氣供氣系統(tǒng)將可燃?xì)怏w和氧氣輸入至所述摻混管道內(nèi)；并使得控制系統(tǒng)根據(jù)所述摻混管道上游的開采氣體內(nèi)甲烷濃度來實(shí)時(shí)控制所述可燃?xì)怏w供氣系統(tǒng)的供氣流量。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的低濃度瓦斯動(dòng)態(tài)摻混發(fā)電方法，其特征在于：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種富氧低濃度瓦斯動(dòng)態(tài)摻混系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)及方法，涉及低濃度瓦斯發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，富氧低濃度瓦斯動(dòng)態(tài)摻混系統(tǒng)包括：摻混管道、可燃?xì)怏w供氣系統(tǒng)、氧氣供氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。摻混管道一端用于連通瓦斯抽采泵站，另一端用于連通瓦斯發(fā)電機(jī)；可燃?xì)怏w供氣系統(tǒng)用于將可燃?xì)怏w輸入至所述摻混管道中；氧氣供氣系統(tǒng)用于將氧氣輸入至所述摻混管道中；所述控制系統(tǒng)根據(jù)所述摻混管道上游的開采氣體內(nèi)甲烷濃度來實(shí)時(shí)控制所述可燃?xì)怏w供氣系統(tǒng)的供氣流量，本發(fā)明能夠提高瓦斯發(fā)電的運(yùn)行效率，降低煤礦瓦斯碳排放，實(shí)現(xiàn)極低濃度瓦斯的資源化利用。

技術(shù)研發(fā)人員：聶百勝,王曉彤,趙丹,王煒麗,周成,鄧博知,柳先鋒,黃繼江
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24