高、低浓度瓦斯发电混合工艺的研究与应用

高、低浓度瓦斯发电混合工艺的研究与应用

许绘江

(晋城煤业集团金驹煤电化股份有限公司胡底瓦斯电站山西晋城048214)

摘要：该文结合晋煤集团金驹煤电化股份有限公司胡底瓦斯电站的高、低浓瓦斯发电混合工艺系统，详细介绍了燃机系统、电气系统、燃气处理系统、余热锅炉系统，为晋煤集团瓦斯发电行业在建和拟建的高、低浓瓦斯发电项目提供了参考。

关键词：瓦斯发电；混合工艺；燃机系统；电气系统；燃气处理系统；余热锅炉系统

1、概况

胡底煤业瓦斯抽放站每天抽放瓦斯气量达10×104m3左右，只将其中少部分用于矿井2×4t/h燃气锅炉房使用，其余全部对空排放，这样不仅浪费资源，而且污染大气环境。

山西金驹煤电化股份有限公司秉承“绿色发展、循环发展、低碳发展”的理念，充分利用“气化山西”和山西省国家资源型经济转型综合配套改革试验区优惠政策，对胡底瓦斯泵站抽采的高、低浓瓦斯加以综合利用，建设一座高、低浓度瓦斯混合利用的发电厂，同时采用余热蒸汽锅炉和缸套水板式换热器回收机组余热，用于满足矿井供热需求。

该项目建设总装机容量20MW，采用分期建设模式。一期装机容量10MW，利用浓度为35%左右的高浓度瓦斯发电，二期装机容量10.4MW，利用浓度为10%左右的低浓度瓦斯发电。

2、系统介绍

2.1燃机系统

一期工程装机容量为10MW，主要设备采用国际先进水平的德国曼海姆（MWM）TCG2020V20燃气发动机发电机组及配套设备和控制设备，即5×2MW集装箱式燃气内燃发电机组；二期工程装机容量为10.4MW，主要设备采用奥地利颜巴赫JGS420燃气发动机发电机组及配套设备和控制设备，即8×1.3MW集装箱式燃气内燃发电机组，均采用静音式集装箱布置。

集装箱内部包括燃气发电机组间和独立控制室两部分，燃气发电机组间安装有燃气内燃发电机组及配套润滑油箱、缸套水泵、中冷水泵、缸套水膨胀水箱和中冷水膨胀水箱等辅助设备；独立控制室位于集装箱发动机一侧，安装有HAS辅助动力柜、FUS柜和冷暖两用空调。集装箱发电机一侧安装有进风消音过滤组合装置、轴流风机和进风风阀；燃气发电机组间顶部安装有远程散热器、电动三通烟气切换阀；控制室顶部安装有排风风阀和排风消音箱。集装箱式瓦斯内燃发电机组将集装箱、发电机组、控制屏、散热水箱、外接排气管系、立式消声器等全部电厂构成单元集成为一个标准化建站模块，拥有自动化程度高，适应能力强，运行可靠等优点。

2.2电气系统

一期工程5台曼海姆2.0MW燃气发电机组以10kV出线分别接至电厂高压配电室10kVI段母线，并经一台容量为12.5MVA升压变压器升至35kV，利用一回35kV架空线接入蒲池35kV变电站，实现电力接入。一期工程施工时按规划的20MW容量考虑，升压站高低压配电室、集控室预留了二期扩建位置，满足二期工程扩建需要。二期8台颜巴赫1.3MW燃气发电机组以10kV出线分别接至电站高压配电室10kVII段母线，并经一台容量为12.5MVA升压变压器升至35kV，接入一期已有35kV母线，电厂最终利用一期已有一回35kV架空线接入电力系统。

2.3燃气处理系统

一期燃气预处理系统由进气盲板阀、初级过滤器、冷凝器——气水分离器、1#、2#罗茨风机、1#、2#精密过滤器、阻火器及配套泄压阀、放散阀、快速关断阀等组成。从胡底煤矿抽放站气柜来的瓦斯气经由燃气预处理系统将瓦斯气脱水、除尘、加压后，达到燃机所需的温度、压力以及洁净度，最后经过出口快速关断阀和出口阻火器输送至燃机进气口。在预处理系统的出口管路上设有压力变送器，信号反馈给罗茨风机进行变频，出口还装有温度、湿度变送器，氧气、甲烷检测仪对成品进行检测。在预处理系统的进出口管路上还设置紧急切断阀以及阻火器用于安全保护。系统设计处理能力8210Nm3/h(混合气体)，设计2台罗茨风机同时运行（即热备用），供5台燃机使用，单台风机的出口气量为系统额定处理能力的80%即6570Nm3/h。

二期工程燃气处理系统采用3套低浓度瓦斯输送自动喷粉抑爆系统。用于低浓度瓦斯管道的出、入口火源点能引起爆炸危险的地方，能迅速熄灭管道内爆炸火焰，控制住管道爆炸，以便保护整个低浓度瓦斯管网及上游抽放站的安全。自动喷粉抑爆装置是低浓度瓦斯管道输送、排空及利用的重要的安全保障设备。该系统拥有以下优点：动作速度快，爆炸初始阶段可在毫秒级的时间内把爆炸消灭；体积小，便于安装，保养维护简单方便；自身运行与瓦斯输送系统运行互不影响；供电采用低压电源，能长期稳定工作。控制器具有对装置运行故障自动检测、监控系统联网功能互联功能，可以有效的为燃机提供可靠的瓦斯气。

2.4余热锅炉系统

一期工程共装有5台余热锅炉，每台燃气发动机配套1台余热锅炉，单台余热锅炉产生的额定蒸发量为1.35t/h、出口蒸汽压力为0.6MPa、蒸汽温度165℃。二期工程共装有4台余热锅炉，每两台燃机共用一台锅炉，单台锅炉的额定蒸发量为1.8t/h，出口蒸汽压力为0.6MPa，蒸汽温度165℃。余热锅炉利用燃气发动机排放的尾气，在余热锅炉内进行热交换，9台锅炉总额定蒸发量13.95t/h，通过热网管道供给胡底煤矿生活澡堂热水使用和附近住户及煤矿冬季采暖。

3、产生效益

3.1经济效益

电站建成投产后，具备20MW的发电能力，年设备利用小时数为7500小时，年耗纯瓦斯量3.7×107m3，年发电量为1.47×108kW•h。

3.2环保效益

电站充分利用胡底煤业的瓦斯气，实现了节能减排、绿色发展。与相同规模的燃煤电厂相比，每年可节约4.29万吨煤炭，减少二氧化硫(S02)排放797吨，烟尘156吨，煤渣1.58万吨，减排CO2约55.4万吨，具有良好的经济效益和社会效益。

燃机做功后排出的高温乏气（高达450℃左右）经烟道送至余热蒸汽锅炉，与锅炉给水进行换热，产生0.6Mpa的饱和蒸汽，用以给胡底矿供暖，相当于瓦斯气的二度利用，省去了胡底矿直接燃烧瓦斯气用以供暖，提高了瓦斯利用效率。

3.3社会效益

电站充分利用煤矿瓦斯资源，从根源上防止瓦斯事故，为促进矿山资源的合理开发和综合利用发挥其有效作用，减少煤矿处理排出气体的开支，降低煤矿的生产成本，为其改善生产条件创造了可能；同时，在煤炭市场持续低迷的大环境下，为企业实现多种经营模式创造条件，缓解由于煤炭价格下降带来的经济影响。

4、小结

建设一座高、低浓度瓦斯发电混合工艺的瓦斯电站，在晋煤集团尚属首例。胡底瓦斯电站的成功投运，为公司以后在建或拟建的分布式高、低浓度瓦斯电站提供了可靠的借鉴，同时也为全国范围内的瓦斯突出矿井瓦斯利用开辟了一条崭新的道路。

参考文献：

[1]马晓钟.煤矿瓦斯综合利用技术的探索与实践[J].中国煤层气.2007,7(3)：28-31.

[2]刘闯，于京春.煤层气利用技术方案研究[J].煤层气与热力，2005,25（9）：62-63