[发明专利]基于二氧化碳工艺和模块化设计的煤火治理利用系统及方法

权利要求书

1.基于二氧化碳工艺和模块化设计的煤火治理利用系统，其特征在于：它包括用于提供热源的热源系统，所述热源系统与用于发电的移动式发电系统相连；

所述热源系统包括地下煤火核心区（1），地下煤火核心区（1）位于煤层（5）的内部，煤层（5）的内部并与地下煤火核心区（1）相连通的位置设置有气态二氧化碳收集井（7），气态二氧化碳收集井（7）的侧边设置有二氧化碳输配管（6）；

所述移动式发电系统包括移动式膨胀部（8）、移动式升压部（9）、移动式液态二氧化碳储罐（10）和移动式电储能部（11）四个部分；

所述系统包括二氧化碳流、热能流和电能流三股逻辑流向；所述二氧化碳流通过由移动式膨胀部（8）、移动式液态二氧化碳储罐（10）、移动式升压部（9）、二氧化碳输配管（6）、地下煤火核心区（1）、气态二氧化碳收集井（7）、移动式膨胀部（8）顺序连接构成的系统完成二氧化碳发电的热动力循环；

所述热能流是由移动式膨胀部（8）和移动式升压部（9）相互连接构成的吸热循环，以及移动式升压部（9）和移动式液态二氧化碳储罐（10）相互连接构成的冷热供应循环；

所述电能流是以移动式电储能部（11）为转换核心，移动式膨胀部（8）根据电网具体情况选择向电网供电或向移动式电储能部（11）供电，移动式电储能部（11）向移动式升压部（9）供电；

所述移动式膨胀部（8）包括发电机（20）、第一变速箱（21）、膨胀机（22）、旋风除尘器（23）和第一换热器（24）；所述发电机（20）的电力出口（20a）为电网或移动式电储能部（11）供电；第一变速箱（21）用以匹配发电机（20）和膨胀机（22）二者转速；膨胀机（22）采用3-4级二氧化碳专用透平；旋风除尘器（23）由引流入口（23a）、引流出口（23b）、壳体（23c）和螺旋给料器（23d）四部分组成，用以排除地下提取二氧化碳时随之携带的固体颗粒；第一换热器（24）热端用于为膨胀机（22）出口提供低温低压环境，冷端用于将回收的热量传递给移动式升压部（9）；

所述移动式升压部（9）由表冷器（31）、吸收式热泵（32）、电动机（33）、第二变速箱（34）、液态二氧化碳增压泵（35）、第二换热器（36）和冷热换向阀门组（37）组成；表冷器（31）用于从自然环境中吸收环境中的低温能或排出系统余热；吸收式热泵（32）由冷凝器（32e）、蒸发器（32f）、发生器（32g）、吸收器（32h）和盐水泵（32i）五个部分组成，用于吸收移动式膨胀部（8）中排出的热量，以作为驱动源进行制冷；吸收器（32h）采用卵石或格栅填充，增加其内部表面积；电动机（33）用于为液态二氧化碳增压泵（35）提供动力，电动机（33）与盐水泵（32i）的电力来源于移动式电储能部（11）；第二变速箱（34）用以匹配电动机（33）和液态二氧化碳增压泵（35）二者转速；液态二氧化碳增压泵（35）用于将移动式液态二氧化碳储罐（10）内的低压液态二氧化碳进行升压；第二换热器（36）用于将吸收式热泵（32）制备的冷量传递给液态二氧化碳增压泵（35）出来的高温高压液态二氧化碳，实现降温预冷功能，并通过二氧化碳输配管（6）将低温高压液态二氧化碳注入地下煤火核心区（1）；冷热换向阀门组（37）实现对冷热量的组织管理；

所述移动式液态二氧化碳储罐（10）由储罐罐体（41）、上部换热器（42）、下部换热器（43）、安全阀（44）和防爆膜（45）构成；储罐罐体（41）内部采用不锈钢，外部使用碳纤维缠绕并在外部做绝热处理；上部换热器（42）、下部换热器（43）二者通过通入冷热流体实现移动式液态二氧化碳储罐（10）的压力调节，当储罐压力降低时通过向上部换热器（42）和下部换热器（43）内通入热流体，使部分二氧化碳加速汽化；当储罐压力升高时向上部换热器（42）和下部换热器（43）内通入冷流体，使部分二氧化碳加速冷凝。

2.根据权利要求1所述的基于二氧化碳工艺和模块化设计的煤火治理利用系统，其特征在于：所述煤层（5）的内部含有煤层裂隙（2），在煤层（5）的上层为原始覆土层（4），原始覆土层（4）的上层为阻燃填埋层（3）。

3.根据权利要求1所述的基于二氧化碳工艺和模块化设计的煤火治理利用系统，其特征在于：所述二氧化碳输配管（6）采用耐高温耐高压液态二氧化碳输配管，采用三层套管形式，其中最内、最外层均采用不锈钢管，中层嵌套硅基环形耐火固件进行填充。