[发明专利]基于废弃矿井的压缩空气储能及煤层瓦斯利用系统及方法

说明书

本发明提供了基于废弃矿井的压缩空气储能及煤层瓦斯利用系统及方法，通过设置燃烧控制器，可以有效的对燃烧器内的空气和燃气进行调节，燃烧控制器将含煤层瓦斯的压缩空气调整在合适浓度范围，在瓦斯处于高浓度时，通过空气流量调节阀调节空气流量，提升含氧量并降低瓦斯浓度，在瓦斯处于低浓度时，通过控制燃气流量调节阀调节燃气流量，提升瓦斯浓度并降低含氧量；利用废弃煤矿作为压缩空气的存储空间，实现了废弃矿井的煤层瓦斯气体的资源化综合利用，提升了瓦斯气体的采收能力及燃烧利用稳定性能，增强了煤层瓦斯燃烧器的适应能力，有效控制了瓦斯气体利用过程的爆炸灭火风险。

技术领域

本发明涉及电力储能技术领域，具体为基于废弃矿井的压缩空气储能及煤层瓦斯利用系统及方法。

背景技术

压缩空气储能是构建以新能源为主体的新型电力系统，实现大规模储能的关键支撑技术之一，压缩空气储能主要通过利用电力系统负荷低谷时的剩余电量带动空气压缩机，将空气压入大容量储气室，即将电能转化成可存储的压缩空气势能，当系统发电容量不足时，再通过推动膨胀机做功发电，满足系统调峰需要。压缩空气储能具有容量大、使用寿命长、经济性好等优点。但受限于压缩空气能量密度较低，储存较大能量时需要相当体积的储气空间，建造成本极高。当前能源供给侧结构性改革大量煤矿关闭遗留大量的闲置地下空间，而煤矿本身由于停产后还会产生大量瓦斯气体溢出，随着关闭年限的增长溢出瓦斯气体的浓度逐渐降低，矿井内残存的煤矿瓦斯易引发次生灾害，威胁周边生产生活安全，同时增加温室气体排放，煤层瓦斯的主要成分为甲烷，逸散后的温室效应是二氧化碳的21倍。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供基于废弃矿井的压缩空气储能及煤层瓦斯利用系统及方法，实现对废弃矿井综合利用，一方面降低了压缩空气储能系统建设成本，另一方面安全高效地利用了废弃矿井的溢出瓦斯气体。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于废弃矿井的压缩空气储能及煤层瓦斯利用系统，包括空压机、电动机、矿井巷道、燃烧器、膨胀机单元、同步发电机、换热系统、燃烧控制器和辅助压缩空气储罐；

所述空压机的输入端处设有空压机入口导叶；所述电动机连接至空压机的驱动端；所述空压机的输出端经换热系统换热后分支设置，其中一支路经矿井巷道与燃烧器的输入端相连接；另一支路经辅助压缩空气储罐与燃烧器的输入端相连接，所述燃烧器的输出端与膨胀机单元相连接，所述膨胀机单元的驱动端与同步发电机相连接，膨胀机单元内的空气经换热系统换热后排出气体；

所述辅助压缩空气储罐与燃烧器的输入端上设有空气流量计，空气流量计与燃烧器之间设有空气流量调节阀，燃烧器的输入端处还设有燃气管路，且在燃气管路处设有燃气流量计，燃气流量计与燃烧器之间设有燃气流量调节阀；所述燃烧控制器的控制端分别连接至空气流量调节阀和燃气流量调节阀上，用于对燃烧器内含煤层瓦斯压缩空气的浓度进行调节；

所述燃烧控制器的输入端连接信号接收模块，燃烧控制器的输出端连接信号处理器和信号输出模块。

优选的，信号处理器设有模式切换器，用于对含煤层瓦斯压缩空气的浓度进行切换调节。

优选的，燃烧器阵列分布，燃烧器的数量与经煤层气压缩空气的容量对应，经煤层气压缩空气的容量大，则燃烧器的数量多，经煤层气压缩空气的容量小，则燃烧器的数量少。

进一步的，燃烧器包括煤层气主流道、高压燃气辅助流道、高压空气辅助流道和伸缩式高能点火器；所述高压燃气辅助流道和高压空气辅助流道分别装配在煤层气主流道上，且高压燃气辅助流道与燃气管路连通，高压空气辅助流道与辅助压缩空气储罐的空气管道连通；伸缩式高能点火器装配在煤层气主流道的点燃端；