瓦斯發(fā)電技術與節(jié)能減排研究

宋少華+李中華

（華晉煤層氣綜合利用有限責任公司瓦斯發(fā)電廠 山西呂梁 033300）

摘要：利用礦井抽采瓦斯進行發(fā)電， 是目前礦井最有前途的瓦斯開發(fā)項目之一。煤礦應用瓦斯發(fā)電技術， 可取得明顯的經濟效益和社會效益。本文對瓦斯預處理系統(tǒng)進行了分析，并對瓦斯發(fā)電技術與節(jié)能減排進行了研究。

關鍵詞：瓦斯發(fā)電技術；節(jié)能減排

1.瓦斯預處理系統(tǒng)

瓦斯發(fā)電技術的關鍵在于對瓦斯進行預處理。因為瓦斯中通常含有水分、硫化物、粉塵、硅氧烷等雜質氣體，必須經過處理凈化后，才能送入內燃發(fā)電機組發(fā)電。瓦斯預處理的作用是通過預處理系統(tǒng)，實現瓦斯氣體的脫水、脫硫、除塵、加壓等功能，使供氣壓力、流量、溫度等物理參數與內燃發(fā)電機組的要求相匹配。瓦斯預處理系統(tǒng)主要由除濕過濾器、冷凝器、羅茨風機、精密過濾器等設備組成，同時還包括系統(tǒng)連接的管道、閥門、測量儀表及控制調節(jié)設備。首先，將瓦斯引入除濕過濾器，通過其除濕脫水功能，降低氣體中的水分含量；通過過濾功能，降低氣體粉塵雜質含量。然后將瓦斯氣體引入羅茨風機，對瓦斯氣體進行加壓。再經過冷卻器，通過其冷凍功能，使氣體中的有害氣體冷凝析出，起到氣體脫硫的作用。最后經過精密過濾器，對氣體進行精過濾處理，最后送至內燃發(fā)電機組發(fā)電。同時，瓦斯預處理系統(tǒng)還具有自動穩(wěn)壓功能，保證內燃發(fā)電機組供氣壓力的穩(wěn)定；該系統(tǒng)還配有風機超壓保護裝置，氣體溫度調節(jié)裝置，使氣體的壓力和溫度適應內燃機的需要。在氣體性能監(jiān)測方面，系統(tǒng)配置有氣體在線檢測儀，可以及時檢測氣體的成份。根據發(fā)電機組的要求，該系統(tǒng)還可以自動跟蹤調節(jié)氣體流量。在正常情況下，發(fā)電機組入口的氣體流量和壓力是通過控制系統(tǒng)變頻調節(jié)風機轉速來實現的。當發(fā)電機組降負荷或停機時，通往火炬的焚燒系統(tǒng)會自動開啟。系統(tǒng)采用可編程控制器（PLC）控制，以實現數據采集、在線檢測、報警和自動停機等功能。2.瓦斯發(fā)電與節(jié)能減排

2.1 瓦斯發(fā)電簡介

瓦斯發(fā)電站由礦井瓦斯開采系統(tǒng)、瓦斯氣預處理系統(tǒng)、內燃發(fā)電機組、輸變電系統(tǒng)以及余熱利用系統(tǒng)幾部分內容組成。其生產工藝流程內容如下：煤礦瓦斯抽放站→加壓站→混氣站→儲氣柜→瓦斯預處理系統(tǒng)→內燃發(fā)電機主廠房?；鞖庹镜闹饕饔檬强紤]儲氣柜內的氣體流動性差，相對靜止程度高，不利于溫度、壓力、濃度不同的瓦斯氣混合。在儲氣柜前設置瓦斯混氣站，可以將不同參數的瓦斯混合在一起，使其在進入儲氣柜前達到新的平衡。 儲氣柜的主要作用是解決瓦斯抽放時的不穩(wěn)定性。當內燃發(fā)電機組在運行過程中，遇到檢修、調整、故障等情況時，瓦斯輸送系統(tǒng)不能均衡供氣，儲氣柜可以對不穩(wěn)定的瓦斯氣體進行平衡和緩沖，并儲存一定量的瓦斯，對輸配系統(tǒng)進行調節(jié)。內燃發(fā)電機組要求瓦斯中甲烷的含量達到30%以上，才能保證機組的正常運行。在瓦斯燃燒過程中，內燃發(fā)動機排出的高溫煙氣溫度可達到4 0 0℃以上，若直接排空，既造成能源的巨大浪費，又給環(huán)境帶來嚴重的熱污染。通過設置余熱回收系統(tǒng)，由余熱鍋爐回收這部分熱量，利用內燃機排氣的余熱及富氧燃燒產生蒸汽，供給生產或生活用汽；換熱后的燃氣通過煙囪排入大氣。在內燃機中的瓦斯能量大約有41% 轉變?yōu)殡娔埽?5% 轉變?yōu)闊崮堋?/p>

在瓦斯發(fā)電領域，國內目前只有少數企業(yè)的內燃發(fā)電機組應用獲得成功，但在性能方面與國外品牌相比，還存在較大差距。近兩年國外品牌燃氣機組已進入中國市場，目前卡特比勒，顏巴赫，道依茨等廠家的產品已在國內有成功運行的案例。全國已投入運行的瓦斯發(fā)電機組有數百臺，裝機容量達到100MW，在建的瓦斯發(fā)電項目裝機容量達到300MW。國內已上瓦斯發(fā)電項目的地區(qū)有：山西沁水、陽泉；貴州水城；安徽淮南；黑龍江鶴崗；河南焦化等利用瓦斯發(fā)電，可以充分利用能源，解決瓦斯排空所帶來的環(huán)保問題和困擾煤礦安全的瓦斯爆炸問題。而且建設投資小，發(fā)電功率根據瓦斯儲量可大可小，短期內即可解決能源緊缺問題。目前，瓦斯發(fā)電項目的開發(fā)還處于起步階段，自2006 年以來，國家出臺了一系列加快瓦斯抽采利用的政策和意見，充分體現了國家對煤礦瓦斯綜合利用的高度重視。

2.2效益分析

瓦斯發(fā)電的電價目前約為 0.3 5元/ kWh 。由于沒有燃料成本，瓦斯發(fā)電運行成本僅0.08元/ kWh左右。以5MW瓦斯發(fā)電站為例，機組年運行成本約320萬元，年收入可達1400萬元。項目總投資約2000萬元，1.5年即可收回投資。此外，由于瓦斯發(fā)電項目可以實現溫室氣體減排量的轉讓，通過申請CDM項目，可得到為數可觀的減排費。而且，瓦斯得到充分利用，可以大大減少煤炭和燃油的耗用量，減輕火力發(fā)電對環(huán)境的污染。因此，瓦斯發(fā)電項目具有非常好的經濟和社會效益。

2.3工程應用示例

下面是山西某地瓦斯發(fā)電站的工程示例。該瓦斯電站共有12臺內燃發(fā)電機組，均為美國卡特彼勒G3520C型機組，總裝機容量為24MW，單臺機組發(fā)電功率2000 kW。煤礦現有兩座瓦斯抽放站，瓦斯通過輸送管路送至電站混氣站，混氣站將不同濃度、壓力、流量的瓦斯氣混合成新的瓦斯參數，然后進入濕式儲氣柜，從儲氣柜出來的瓦斯再進入瓦斯預處理站，經過處理使瓦斯氣的參數滿足內燃發(fā)電機組的進氣要求，瓦斯最后進入內燃發(fā)電機組發(fā)電。機組發(fā)電機采用6.3kV 電壓，發(fā)出的電能通過升壓到110kV并網。機組尾氣余熱采用余熱鍋爐制取蒸汽供居民或工業(yè)用汽。整個瓦斯發(fā)電站按系統(tǒng)劃分可分為：瓦斯收集系統(tǒng)、凈化加壓系統(tǒng)、內燃機發(fā)電系統(tǒng)、電氣并網系統(tǒng)、余熱利用系統(tǒng)。

3.結束語

我國的煤礦瓦斯發(fā)電技術還處于初級階段，無論是利用的廣度還是深度都存在許多需要解決的問題。向節(jié)能減排要效益利國利民，由此帶動的巨大環(huán)保、經濟、社會效益潛力也已初步顯現。但是，依然需要在煤礦瓦斯綜合利用的深度（提高熱效率）和廣度（適應CH4 濃度范圍）方面，做更多、更細的工作，走向更高的層次，并最終實現煤礦瓦斯“零”排放的目標。

參考文獻

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