范 敏 張宏玉 朱海新

(1.中核新能核工業(yè)工程有限責(zé)任公司，山西 太原 030012;2.中核蘭州鈾濃縮有限公司第二車間，甘肅 蘭州 730065； 3.山西泰祥宏源科技有限公司，山西 太原 030002)

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瓦斯電站余熱節(jié)能利用

結(jié)合某煤礦瓦斯電站工程實例，介紹了瓦斯電站余熱回收利用方案，分析了余熱回收的節(jié)能效果，指出通過加裝煙氣余熱回收系統(tǒng)回收煙氣余熱，既提高了能源的綜合利用率，又增加了瓦斯電站的經(jīng)濟效益。

瓦斯電站，余熱回收，節(jié)能，余熱利用

0 引言

煤層氣(瓦斯)是煤層中的一種伴生氣，它屬于非常規(guī)天然氣(其主要成分是甲烷)。在煤礦采煤過程中，瓦斯氣會自動散發(fā)出來，它是一種有害氣體,無色、無味、易燃、易爆。長期以來,大量被抽采上來的低濃度瓦斯(濃度<30%),因為利用成本高等原因,不被利用，只能排入大氣,造成溫室效應(yīng)。

近年來，國家及地區(qū)不斷出臺關(guān)于加快煤層氣( 煤礦瓦斯) 抽采利用的相關(guān)政策，支持和鼓勵相關(guān)企業(yè)加快對煤層氣的抽采利用。國家能源局出臺的《煤層氣開發(fā)利用“十二五”規(guī)劃》提出，煤礦瓦斯以就地發(fā)電和民用為主，高濃度瓦斯力爭全部利用，推廣低濃度瓦斯發(fā)電，到2015年發(fā)電裝機容量超過285萬kW?！渡轿魇∪嗣裾P(guān)于加快推進煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干意見》(晉政發(fā)〔2013〕31號)中指出，到“十二五”末，實現(xiàn)地面煤層氣總產(chǎn)能195億m3，煤礦瓦斯抽采量52億m3，管網(wǎng)覆蓋全省。

1 瓦斯電站存在問題

近年來，煤層氣發(fā)電技術(shù)研發(fā)和裝備制造水平不斷提高，低濃度瓦斯發(fā)電技術(shù)應(yīng)運而生。該技術(shù)的應(yīng)用既能增加能源種類，緩解能源短缺情況，又能實現(xiàn)節(jié)能減排和余熱利用的雙重效益。而隨著國家和地方對瓦斯氣抽采利用支持和鼓勵，瓦斯電站裝機規(guī)模逐年上升，瓦斯發(fā)電技術(shù)的研發(fā)和裝備制造水平也相應(yīng)提高。內(nèi)燃機發(fā)電，制造技術(shù)成熟，運行狀況穩(wěn)定，對低濃度瓦斯的適用性，成為現(xiàn)階段瓦斯電站選用的主要設(shè)備。

燃氣機組運行過程中，燃料的能量只有約35%被發(fā)電機組轉(zhuǎn)化為電能,另有約30%隨廢氣排出,25%被發(fā)動機冷卻水帶走, 通過機身散發(fā)等其他損失約占10%，即近55%的能量以余熱的形式排出[1]。通過加裝余熱利用設(shè)施，使發(fā)電機組排出的煙氣所攜帶的熱量得以利用。 通過高溫?zé)煔馀c水換熱,從而產(chǎn)生熱水(或蒸汽)通過供熱系統(tǒng)輸送到需要熱源的用戶。

在實際瓦斯電站運行中，從節(jié)能角度來說存在如下兩個問題，一是燃氣內(nèi)燃機組自身的制造工藝已經(jīng)足夠成熟，短時期內(nèi)難以實現(xiàn)重大突破，其機組效率很難再有大的提高；二是燃氣內(nèi)燃機組排煙溫度高達500 ℃，直接排放浪費了大量熱能。因此，在煤炭資源日漸匱乏的條件下，瓦斯電站高溫?zé)煔庥酂峄厥毡仨毜玫阶銐虻闹匾?，才能夠更加有效地提高能源利用率，?jié)約能源。

2 工程實例

2.1 工程簡介

本工程采用低濃度瓦斯發(fā)電技術(shù)，配備國產(chǎn)燃氣內(nèi)燃發(fā)電機組，裝機容量為8×500 kW。內(nèi)燃發(fā)電機組發(fā)電效率為35%，排煙溫度為500 ℃，經(jīng)渦輪增壓后直接消音排放。瓦斯氣中CH4濃度為15.36%，煤礦瓦斯抽放泵站平均小時總抽采量為6 466.80 Nm3，全部供該項目使用。機組全年利用小時數(shù)為5 500 h，年發(fā)電量可達到1 906.79萬kWh。

2.2 原方案工藝流程

從抽放泵站抽出瓦斯氣，通過水霧輸送系統(tǒng)安全地輸送至內(nèi)燃發(fā)電機組，電子點火系統(tǒng)點燃處于爆炸范圍內(nèi)的低濃度瓦斯氣，利用其爆炸性推動活塞做功，產(chǎn)生機械能，再由發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能，經(jīng)輸變電裝置輸出(見圖1)。

2.3 余熱回收利用方案

燃氣內(nèi)燃發(fā)電機組尾部煙氣溫度為500 ℃，增設(shè)煙氣余熱蒸汽鍋爐生產(chǎn)0.4 MPa飽和蒸汽回收熱量，提高能源利用率。工藝流程圖如圖2所示。

3 余熱回收節(jié)能效果

3.1 余熱回收前后技術(shù)指標對比

由于瓦斯電站沒有相應(yīng)的標準規(guī)范，參照火力發(fā)電廠技術(shù)指標計算方法對該項目技術(shù)指標進行核算，得出表1中計算結(jié)果。

表1 余熱回收參數(shù)表

從表1中數(shù)據(jù)得知，高溫?zé)煔庥酂峄厥绽煤螅m然全廠自用電率有所增加，但是供電煤耗及發(fā)電煤耗均顯著下降，同時全廠熱效率顯著提高，大大地增強了能源利用率，從而節(jié)約能源。

3.2 余熱回收后經(jīng)濟效益

經(jīng)計算，通過增加煙氣余熱回收系統(tǒng)，每年可回收熱量為24 828.27 GJ,折合標煤847.14 tce。用回收的煙氣余熱與水換熱，每年可產(chǎn)生0.4 MPa飽和蒸汽9 350 t。若蒸汽價格為70元/t,則煙氣余熱年經(jīng)濟收益可達到65.45萬元。

據(jù)統(tǒng)計，加裝一整套余熱回收系統(tǒng)，一次性投資約為106萬元，年減少供電量約為21.13萬kWh，按2011年煤礦瓦斯電廠上網(wǎng)電價0.509元/kWh[2]計算，年供電收益減少10.75萬元，則用于余熱回收部分的靜態(tài)投資回收期為1.78年。

4 結(jié)語

通過加裝煙氣余熱回收系統(tǒng)回收煙氣余熱，不僅可以提高能源綜合利用率，提高全廠熱效率，從而節(jié)約能源；同時還可以增加全廠經(jīng)濟效益，實現(xiàn)技術(shù)經(jīng)濟效益最大化。隨著低濃度瓦斯電站技術(shù)日漸成熟，高溫?zé)煔庥酂峄厥找仓饾u成為其必不可少的一部分。在條件允許的情況下，建議將余熱回收作為一項必不可少的內(nèi)容，列入全廠總體規(guī)劃，達到節(jié)約能源的目的。

[1] 謝曉東，張振東，高勝陽.談低濃度瓦斯發(fā)電站工藝設(shè)計[J].煤炭工程，2008(9)：31-32.

[2] 趙玉龍.煤層氣發(fā)電的可行性研究[J].科學(xué)之友，2011(20)：150-152.

On waste heat energy utilization in gas station

Fan Min1Zhang Hongyu2Zhu Haixin3

(1.CNNCXinnengNuclearEngineeringCo.,Ltd,Taiyuan030012,China; 2.2ndWorkshop,CNNCLanzhouUraniumEnrichmentCo.,Ltd,Lanzhou730065,China; 3.ShanxiTaixiangHongyuanTechnologyCo.,Ltd,Taiyuan030002,China)

Combining with the engineering case of the gas station at some coal mine, the paper introduces the waste heat energy utilization in gas station, analyzes the energy-saving effect of the waste heat utilization, and points out the recycled heat waste by installing the flue gas water heat recovery system can improve the resources’ comprehensive utilization ratio, and enhance the economic benefits of the station.

gas station, waste heat recycling, energy-saving, waste heat utilization

1009-6825(2016)10-0208-02

2016-01-27

范 敏(1987- )，女，工程師; 張宏玉(1964- )，男，政工師； 朱海新(1986- )，男，技術(shù)員

范 敏1張宏玉2朱海新3

(1.中核新能核工業(yè)工程有限責(zé)任公司，山西 太原 030012;2.中核蘭州鈾濃縮有限公司第二車間，甘肅 蘭州 730065； 3.山西泰祥宏源科技有限公司，山西 太原 030002)

TU201.5

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