一种煤田火区热能的提取与转化方法技术

一种煤田火区热能的提取与转化方法，属于热能的提取与转化方法。利用阻燃充填材料覆盖高温区的地表裂隙、塌陷坑等进风与出风通道，从地表向地下煤火高温区施工热提取媒质的注入和抽出钻孔，注入钻孔排布在以抽出钻孔为中心的圆周上；再由气体增压泵向注入钻孔压入气态热媒，然后由真空泵将完成热交换的热媒混合气抽出并导入过滤器过滤后进入蒸发器完成热交换，交换出的热能由有机朗肯循环系统完成热电转换；随后热媒混合气经气体组分分离站分离出其它气体，剩余的热媒再经冷却器冷却后输入低温储气罐，最终再由气体增压泵压入注入钻孔完成循环。该方法具有既实现了煤田火区废弃热能的提取和转化又达到了火区治理目的的优点，具有广泛的实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种煤田火区热能的提取与转化方法
本专利技术涉及一种热能的提取与转化方法，尤其是煤田火区热能的提取与转化方法。
技术介绍
煤田火灾是指地下煤层因自然或人为因素发火后，沿着煤层逐步发展成对煤炭资源和周围环境造成较大危害的大面积煤燃烧现象，世界上所有产煤国都不同程度存在着地下煤层燃烧的现象。全世界每年约有10亿吨煤炭被地下煤火烧毁，约占煤总消耗量的12.5％，产生约1000GW的能量，相当于全球500个核电站所产能量总和的2.5倍，超过水利发电所产能量近100GW。煤田火区大量煤炭资源的燃烧产生了巨大热能，当前煤田火区的治理方法主要包括剥离、注水和注浆方法，这些方法都是将火区热能当作一种灾害源进行治理，治理过程中热能全部散失，不能进行提取和利用，造成了巨大的能量损失。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是要提供一种煤田火区热能的提取与转化方法，实现将火区热能提取并转换为电能，减少煤火造成的能源浪费和环境污染。技术方案：本专利技术的目的是这样实现的：该热能提取与转化方法，是在煤田火区利用注入钻孔将低温热媒工质送至地下高温区中，热媒与火区高温煤岩发生热交换后，含高温热媒的混合气再通过抽出钻孔抽出地表，经过滤器过滤后，再经蒸发器完成热交换，交换出的热能由有机朗肯循环系统完成火区热能的热电转换，最后经气体组分分离站和冷却器降温冷却后储存于低温储气罐中，再通过气体增压泵将冷却后的低温热媒压入注入钻孔，实现对火区热量的循环提取和转化，直至火区温度达到50℃或以下时停止循环作业；具体步骤如下：a.利用阻燃充填材料充填覆盖高温区的地表裂隙、塌陷坑进风与出风通道；b.从煤田火区地表向地下施工钻孔，钻孔穿过火区上覆岩土层至地下煤岩体高温区；钻孔施工过程中，首先施工热提取媒质即热媒的抽出钻孔，再以抽出钻孔为中心沿圆周排布施工热媒的注入钻孔以形成钻孔控制区；c.利用地表设置的气体增压泵将低温储气罐中的低温热媒增压后压入注入钻孔中，而后利用真空泵通过抽出钻孔将与高温煤岩体完成热交换的高温热媒混合气抽出地表；d.将抽出的含热媒的混合气导入过滤器去除高温热媒混合气中含有的岩土颗粒物，然后利用蒸发器完成高温热媒混合气与有机朗肯循环系统中低沸点有机工质的热交换，有机工质受热后将产生有机饱和或过热蒸汽并推动有机朗肯循环系统中膨胀机旋转，从而带动发动机发电；将热能转化为电能，利用冷凝器将在膨胀机做完功的乏气重新冷却为液体，通过工质泵将其打入蒸发器完成有机朗肯循环系统的整个热力循环；e.热媒混合气在蒸发器中完成热交换后进入气体组分分离站，利用气体组分分离站将热媒混合气中含有的其它气体分离，而后将剩余的热媒经冷却器降温冷却后重新储存于低温储气罐中；f.重复执行步骤c至e，当煤田火区地下高温区温度降至50摄氏度或以下时，则停止循环，煤田火区热能的提取和转换过程结束。所述的注入高温煤岩体的热媒工质为惰性气体，所述的惰性气体为氮气。所述的热媒注入钻孔和抽出钻孔间距为25～50m，注入钻孔等间距布置在以抽出钻孔为圆心的圆周上，一个抽出钻孔周围等间距排布4～6个注入钻孔。有益效果：针对现有剥离、注浆、注水等煤田火区治理方法，将火区热量作为一种灾害源进行治理，治理过程中热能全部浪费而无法利用的不足，首先利用阻燃充填材料覆盖高温区的地表裂隙、塌陷坑等连接地下煤火高温区和外界环境的进风与出风通道，以控制火区的发展和避免热能沿通风通道散失；然后施工热媒的注入钻孔和抽出钻孔，注入钻孔排布在以抽出钻孔为中心的圆周上以形成钻孔控制区，再通过注入钻孔将氮气类低温惰性气体作为热媒注入火区，热媒在注入和抽出钻孔之间压差的作用下与钻孔控制区内的高温煤岩完成热置换，再通过真空泵由抽出钻孔抽出地表，从而实现了火区热量的提取与降温；抽出的含热媒混合气经过滤器去除岩土颗粒物后通过蒸发器完成高温热媒混合气与有机朗肯循环系统中低沸点有机工质的热交换，交换出的热能由有机朗肯循环系统完成热电转换，实现将火区的热能转化为电能；完成热交换后热媒混合气进入气体组分分离站，分离出热媒外的其它气体，而后将热媒经冷却器降温冷却后重新储存于低温储气罐中；最终再由气体增压泵压入热媒注入钻孔，从而完成了热媒工质的注入、抽出、热交换、分离、冷却、储存及再压入的循环作业；实现了火区热能的提取和转换以及火区温度的降低，既达到了火区治理的目的又实现了火区原有废弃热能的提取与转化。因此，本专利技术不仅解决了现有煤田火区治理方法治理过程中火区蕴含的热能全部散失、无法提取的缺陷，还实现了将火区原本废弃的热能提取并转化成电能，达到了变废为宝的效果，在煤田火区的治理与热能的提取与转化领域具有广泛的实用性。附图说明图1是本专利技术一种煤田火区热能的提取与转化方法实施的整体布置示意图。图2是本专利技术热媒工质注入和抽出钻孔的平面排列方式示意图。图中：1-阻燃充填材料固化泡沫；2-火区上覆岩土层；3-地下煤岩体高温区；4-热媒注入钻孔；5-热媒抽出钻孔；6-过滤器；7-蒸发器；8-膨胀机；9-发动机；10-冷凝器；11-工质泵；12-有机朗肯循环系统；13-真空泵；14-气体组分分离站；15-冷却器；16-低温储气罐；17-气体增压泵；18-钻孔控制区；19-煤田火区。具体实施方式该热能提取与转化方法，是在煤田火区利用注入钻孔将低温热媒工质送至地下高温区中，热媒与火区高温煤岩发生热交换后，含高温热媒的混合气再通过抽出钻孔抽出地表，经过滤器过滤后，再经蒸发器完成热交换，交换出的热能由有机朗肯循环系统完成火区热能的热电转换，最后经气体组分分离站和冷却器降温冷却后储存于低温储气罐中，再通过气体增压泵将冷却后的低温热媒压入注入钻孔，实现对火区热量的循环提取和转化，直至火区温度达到50℃或以下时停止循环作业；具体步骤如下：a.利用阻燃充填材料充填覆盖高温区的地表裂隙、塌陷坑进风与出风通道；b.从煤田火区地表向地下施工钻孔，钻孔穿过火区上覆岩土层至地下煤岩体高温区；钻孔施工过程中，首先施工热提取媒质即热媒的抽出钻孔，再以抽出钻孔为中心沿圆周排布施工热媒的注入钻孔以形成钻孔控制区；c.利用地表设置的气体增压泵将低温储气罐中的低温热媒增压后压入注入钻孔中，而后利用真空泵通过抽出钻孔将与高温煤岩体完成热交换的高温热媒混合气抽出地表；d.将抽出的含热媒的混合气导入过滤器去除高温热媒混合气中含有的岩土颗粒物，然后利用蒸发器完成高温热媒混合气与有机朗肯循环系统中低沸点有机工质的热交换，有机工质受热后将产生有机饱和或过热蒸汽并推动有机朗肯循环系统中膨胀机旋转，从而带动发动机发电；将热能转化为电能，利用冷凝器将在膨胀机做完功的乏气重新冷却为液体，通过工质泵将其打入蒸发器完成有机朗肯循环系统的整个热力循环；e.热媒混合气在蒸发器中完成热交换后进入气体组分分离站，利用气体组分分离站将热媒混合气中含有的其它气体分离，而后将剩余的热媒经冷却器降温冷却后重新储存于低温储气罐中；f.重复执行步骤c至e，当煤田火区地下高温区温度降至50摄氏度或以下时，则停止循环，煤田火区热能的提取和转换过程结束。所述的注入高温煤岩体的热媒工质为惰性气体如氮气；所述的热媒注入钻孔和抽出钻孔间距为25～50m，注入钻孔等间距布置在以抽出钻孔为圆心的圆周上，一个抽出钻孔周围等间距排布4～6个注入钻孔。下面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤田火区热能的提取与转化方法，其特征是：在煤田火区利用注入钻孔（4）将低温热媒工质送至地下高温区（3）中，热媒与火区高温煤岩发生热交换后，含高温热媒的混合气再经抽出钻孔（5）抽出地表，经过滤器（6）过滤后，再经蒸发器（7）完成热交换，交换出的热能由有机朗肯循环系统（12）完成火区热能的热电转换，最后经气体组分分离站（14）和冷却器（15）降温冷却后储存于低温储气罐（16）中，再通过气体增压泵（17）将冷却后的低温热媒压入注入钻孔（4），实现对火区热量的循环提取和转化，直至火区温度达到50℃或以下时停止循环作业；具体步骤如下：a.利用阻燃充填材料（1）充填覆盖高温区的地表裂隙、塌陷坑等进风与出风通道；b.从煤田火区地表向地下施工钻孔，钻孔穿过火区上覆岩土层（2）至地下煤岩体高温区（3）；钻孔施工过程中，首先施工热提取媒质（热媒）的抽出钻孔（5），再以抽出钻孔（5）为中心沿圆周排布施工热媒的注入钻孔（4）以形成钻孔控制区；c. 利用地表设置的气体增压泵（17）将低温储气罐（16）中的低温热媒增压后压入注入钻孔（4）中，而后利用真空泵（13）通过抽出钻孔（5）将与高温煤岩体完成热交换的高温热媒混合气抽出地表；d. 将抽出的含热媒的混合气导入过滤器（6）去除高温热媒混合气中含有的岩土颗粒物，然后利用蒸发器（7）完成高温热媒混合气与有机朗肯循环系统（12）中低沸点有机工质的热交换，有机工质受热后将产生有机饱和或过热蒸汽并推动有机朗肯循环系统（12）中膨胀机（8）旋转，从而带动发动机（9）发电，将热能转化为电能；利用冷凝器（10）将在膨胀机（8）做完功的乏气重新冷却为液体，通过工质泵（11）将其打入蒸发器（7）完成有机朗肯循环系统（12）的整个热力循环；e. 热媒混合气在蒸发器（7）中完成热交换后进入气体组分分离站（14），利用气体组分分离站（14）将热媒混合气中含有的其它气体分离，而后将剩余的热媒经冷却器（15）降温冷却后重新储存于低温储气罐（16）中；f. 重复执行步骤c至e，当煤田火区地下高温区温度降至50℃或以下时，则停止循环，煤田火区热能的提取和转换过程结束。...

【技术特征摘要】
1.一种煤田火区热能的提取与转化方法，其特征是：在煤田火区利用热媒注入钻孔（4）将低温热媒工质送至地下煤岩体高温区（3）中，热媒与火区高温煤岩发生热交换后，含高温热媒的混合气再经热媒抽出钻孔（5）抽出地表，经过滤器（6）过滤后，再经蒸发器（7）完成热交换，交换出的热能由有机朗肯循环系统（12）完成火区热能的热电转换，最后经气体组分分离站（14）和冷却器（15）降温冷却后储存于低温储气罐（16）中，再通过气体增压泵（17）将冷却后的低温热媒压入热媒注入钻孔（4），实现对火区热量的循环提取和转化，直至火区温度达到50℃或以下时停止循环作业；具体步骤如下：a.利用阻燃充填材料（1）充填覆盖高温区的地表裂隙、塌陷坑进风与出风通道；b.从煤田火区地表向地下施工钻孔，钻孔穿过火区上覆岩土层（2）至地下煤岩体高温区（3）；钻孔施工过程中，首先施工热提取媒质的热媒抽出钻孔（5），再以热媒抽出钻孔（5）为中心沿圆周排布施工热媒的热媒注入钻孔（4）以形成钻孔控制区；c.利用地表设置的气体增压泵（17）将低温储气罐（16）中的低温热媒增压后压入热媒注入钻孔（4）中，而后利用真空泵（13）通过热媒抽出钻孔（5）将与高温煤岩体完成热交换的高温热媒混合气抽出地表；d.将抽出的含热媒的混合气导入过滤器（6）去除高温热...

【专利技术属性】
技术研发人员：仲晓星，汤研，王德明，田绪沛，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32