瓦斯发电技术实践分析

瓦斯发电技术实践分析（通用4篇）

瓦斯发电技术实践分析 篇1

瓦斯与煤炭共生, 其主要成分是CH4, 是一种优质清洁能源, 但是同时瓦斯也是一种温室气体, 其温室效应是CO2的21倍。国际清洁能源组织向世界发出号召, 要求各国减少大气中的瓦斯排放量。瓦斯发电技术可以实现瓦斯的有效利用, 不仅实现了对新能源的利用, 同时也可以减少瓦斯排放带来的环境问题。

1 我国瓦斯发电技术的发展现状

1.1 燃气机轮发电阶段

早在20世纪80年代, 美国、英国和澳大利亚等国家已经注意到瓦斯的价值, 并将其利用到发电中, 此时一般采用燃气轮机发电。最初的瓦斯发电一般都要对瓦斯进行压力提升, 这时的瓦斯处于高温加压的情况下, 因此瓦斯的爆炸上限将会提高, 也就是说此时低浓度瓦斯更容易着火爆炸, 因此当采用燃气轮机发电时, 对瓦斯的浓度要求比较高, 一般浓度在40%以上的瓦斯才能用来发电。另外, 瓦斯浓度降低时, 压缩设备的压缩量会相应的增大, 从而增加压缩设备的功耗, 使经济效率降低。

我国的瓦斯发电起步较晚。辽宁抚顺矿务局的老虎台电站是我国第一座煤层气发电示范项目, 这时仍然采用的是燃气机轮发电。为了保障发电安全, 其瓦斯浓度略高于40%。采用燃气轮机发电的还有晋城矿物局的寺河煤矿, 其瓦斯浓度更高, 一般为55%~60%。由于燃气轮机发电对瓦斯的要求太高, 因此, 瓦斯发电技术发展比较缓慢。

1.2 内燃机瓦斯发电阶段

内燃机瓦斯发电机的出现, 极大地改变了瓦斯发电发展缓慢的局面。内燃机瓦斯发电使甲烷浓度高于30%的瓦斯可以得到充分的利用。就目前而言, 中国市场已经涌入了一些国外品牌的内燃机瓦斯发电机组企业, 其中在我国运营较成功的品牌企业有美国的卡特比勒、奥地利的颜巴赫和德国的道依茨。我国国内也有不少企业已经成功的研发了内燃机瓦斯发电机组, 并且在一些煤矿得到广泛运用。我国国内第一个内燃机瓦斯发电项目于山西的晋城五里庙煤矿建成, 其采用的内燃机瓦斯发电机组是山东胜动集团研发的, 其机组可以实现对瓦斯浓度为30%以上的瓦斯的利用。除此之外, 江苏启东宝驹、淄博柴油机厂以及济南柴油机厂都是现行使用内燃机瓦斯发电机组的国内企业。

2 内燃机瓦斯发电的相关技术

2.1 对瓦斯的品质进行处理

目前用于发电的瓦斯都是煤矿为了安全生产而从井下抽放的瓦斯气, 这些瓦斯对瓦斯发电机的运行情况起着决定性的作用, 因此瓦斯气在进入内燃机之前, 一定要对其品质进行处理。

(1) 对瓦斯气进行脱水除湿处理:当瓦斯气从井下抽放出来时, 往往含有大量的水蒸气, 这些水蒸气的存在会影响发电的安全, 因此必须要对这些瓦斯气进行脱水除湿处理, 降低其中的水蒸气含量, 一般脱水时多采用冷凝排水的方法。

(2) 去除瓦斯气中的杂质:抽放出来的瓦斯气往往掺杂着许多粉尘和其他的有害气体等杂质, 这时可以用过滤器去除瓦斯气中的粉尘等, 同时在去除有害气体时, 要根据气体的物理性质采用冷凝气体的方法将有害气体析出。

(3) 对瓦斯气的气压进行调节:矿井抽放瓦斯气时, 由于井下各种条件的影响, 瓦斯气的压力和浓度极不稳定, 有时会出现比较大的变化。此时要把瓦斯气送入储气柜, 这样可以对瓦斯气起到稳压缓冲的作用。当瓦斯气进入内燃机时, 瓦斯气的压力必须符合内燃机发电组的要求, 此时可以用变频罗茨风机对气体的压力进行调节。

(4) 控制瓦斯气的温度:内燃机发电组对瓦斯气的进气温度有严格的要求, 当瓦斯气进入发电机时, 要严格把握瓦斯气的温度, 因此, 要根据季节的变化和外界的温度条件对瓦斯气的温度进行调节。一般情况下, 瓦斯气的温度要高于进气温度, 此时要安装降温装置。

2.2 对瓦斯气的气量和浓度进行严格控制

在正常情况下, 如果降低瓦斯的浓度或者是减少瓦斯气流量, 会使发电机组的转速降低, 从而降低发电机发出电能的频率。当瓦斯气的浓度或者是气量降到一定程度的时候, 内燃机可能会因为失速而停机。在瓦斯气进入到发电机之前, 要对瓦斯气的质量和浓度进行严格额控制。为了保障生产的稳定性, 提高生产的安全性, 要求进气瓦斯的浓度不低于30%, 只有对瓦斯气的浓度进行严格控制, 瓦斯气才能够进入到发电机内部。瓦斯气发电机对瓦斯气的燃气量有严格的要求, 只有对瓦斯气的流量进行有效地控制才能保障内燃机的稳定运行。

3 瓦斯发电与节能减排

一方面, 瓦斯是一种优质清洁能源, 我国现在正面连巨大的资源能源压力, 开发使用新能源成为大众关注的焦点。另一方面, 瓦斯与煤矿共生, 当矿井中的瓦斯达到一定浓度时, 会出现瓦斯爆炸的情况。利用瓦斯进行发电, 可以实现对瓦斯的充分利用, 不仅可以减轻我国能源资源短缺的压力, 同时还可以解决困扰煤矿安全的瓦斯爆炸问题。除此之外, 瓦斯发电建设投资相对较小, 发电的功率也可以根据瓦斯储量进行有效地控制。因此可以在较短的时间内解决我国能源紧缺的问题。瓦斯同时还是一种温室气体, 通过瓦斯发电的实施, 可以有效减少瓦斯气的排放量, 缓解我国环境问题。

4 结束语

我国的瓦斯发电项目虽然已经取得很大的成效, 但是我国的瓦斯发电技术仍然处于起步阶段, 对瓦斯利用无论从广度上还是深度上都存在许多问题, 随着国家相继出台相关政策和科学技术的不断发展, 这些问题都可以得到有效的解决。瓦斯发电可以实现节能减排的目的, 由此带来巨大的环保效益, 所以需要将瓦斯综合利用工作做的更好, 提高浓度低于30%的瓦斯发电技术的成熟度, 真正实现瓦斯的“零”排放。

参考文献

[1]丁佐进, 张炜玮, 孙寰勇.瓦斯发电技术的应用[J].上海电力学院学报, 2012.

[2]高阳.瓦斯发电技术与节能减排[J].节能与环保, 2008.

[3]高炯.煤矿瓦斯发电技术[J].中国煤层气, 2006.

低浓度瓦斯发电技术及应用分析 篇2

关键词：低浓度瓦斯,发电技术,应用,效益

低浓度瓦斯发电的技术适于在煤量丰富的地区使用, 矿井里面的瓦斯含量很高, 将矿井中的瓦斯用瓦斯抽放系统收集起来, 使矿井里面的瓦斯含量降低, 从而确保了矿工的安全作业。当然瓦斯输送的过程也非常重要, 因为一旦泄露, 它的危害是巨大的, 所以就要求整个管道的施工工艺非常精湛。甲烷是煤矿瓦斯的主要成分, 它的热值是普通煤的二到五倍。一立方米的纯煤层气的热值与天然气热值相当。所以, 煤层气能够和天然气混合使用, 并且燃烧之后不会产生任何的废气, 因此成为优质工业、发电、化工与居民的生活燃料。

一、低浓度瓦斯发电原理工艺流程及其关键技术

(一) 发电的原理

使用水环式抽采泵站将瓦斯抽出, 通过安全管道进入500GF1-3RW型的发电机组缸体, 将爆炸点燃, 推动活塞运动, 从而产生机械能, 再进一步转化成电能。

(二) 瓦斯发电组以及它的工艺流程

1、含义

瓦斯发电组是以内燃机技术为基础, 与煤矿瓦斯特点相结合, 通过对柴油发电机组进行改造而成。它用现在的燃烧瓦斯代替原来的燃油使发动机驱动发电机的运转, 从而将机械能转化成电能。

2、瓦斯发电组的主要系统及其流程

电站的组成包括:监测监控系统、高低压电器系统、冷却水循环系统、水雾输送系统、气体输送系统。

气体输送系统的流程如下:气体最先进入瓦斯抽放泵站, 然后进入二道水封式阻火器, 接着进入三道水雾阻火器, 再进入脱水器, 接着又进入机组, 然后再进入排水管, 最后再进入大气

水雾输送系统的流程如下:最先进入水雾泵, 然后进入水管, 接着进入水雾阻火装置, 再进入进气管路, 接着再进入排水管, 最后进入泵房吸水井。

3、关键技术

阻火技术:为了隔离瓦斯发电机组和瓦斯抽采系统, 安装了一个干式阻火器和两个水封式阻火器在发电站的总进气管上面;还安装了三组细水雾输送装置在总进气管上面, 从而保证低浓度瓦斯输送过程的安全性。

电控燃气混合器技术:电控技术使用电子控制技术, 经过闭环对混合气空燃比进行自动调节, 电控燃气混合技术的使用明显增强了机组对压力变化和瓦斯浓度的适应能力。

瓦斯和空气先混合再增压的技术:发电机依据瓦斯的特点来匹配中冷器和增压器, 从而实现燃气的稀薄燃烧, 减少热负荷, 改善排放, 提高发电机的功率, 使燃气机的经济性和动力性得到提升。

数字式点火技术:此技术是电控单元依照瓦斯发电机的不同工况, 用软件对点火的时间和能量进行调整。

稀燃技术:先将空燃比调低, 接着与新概念预燃室技术相配合, 使点火能量的相对优势在局部形成, 然后将点火能量放大, 使甲烷的燃烧速度加快, 从而使发动机的热负荷得到降低, 发动机的功率得到提升。

二、低浓度瓦斯发电的应用

当前我国煤矿共有七十多个发电站在使用, 每日的发电量高达三百五十万千瓦时, 一年的瓦斯用量高达四亿立方米, 能够代替五十万吨煤。其中, 贵州水城的大湾煤矿具备的瓦斯发电站有十六台, 装机容量达到了八千千瓦, 发电效率高达百分之八十。并且在发电机尾气排放处设立了余热回收装置用于烧水, 使全矿职工的洗澡和用水问题得到了解决。

伴随瓦斯抽采量不断地增加, 为了使沙曲矿大量的煤层气能源得到充分的利用, 华晋焦煤有限责任公司大力建设瓦斯发电的项目, 并且依据瓦斯的不同浓度, 已经建成了14MW规模的高浓度瓦斯发电项目以及10×500kW低浓度瓦斯发电项目一期工程。并决定于2012年开始低浓度瓦斯发电项目二期工程建设, 地点定在南翼抽放站附近, 建设的规模依旧为10×500kW。打算在2014年建设小时处理混合气量一万立方米的低浓度瓦斯提纯试验项目, 地点同样在南翼抽放站的附近。

三、结语

《煤矿安全规程》里面明确规定, 在利用瓦斯的时候, 瓦斯的浓度不能低于30%。但因为各种原因, 国内的很多煤矿因为抽采的浓度比30%低而不能够达到利用条件。如今实践证明, 在瓦斯浓度为百分之六到百分之十六之间时, 它的爆炸产生的动能转变为电能的方式是可靠的, 这个技术使得瓦斯的利用范围得到了扩大, 使瓦斯浓度不足30%不能用于发电的技术难关得到突破。

创建低浓度的瓦斯发电项目, 尽最大可能使煤矿瓦斯气体排放减少, 将其变为能量的来源, 从而为社会和企业提供更多的电能和热能。

参考文献

[1]刘丹.低浓度瓦斯发电技术及应用[J].科海故事博览.科技探索, 2011 (1) .

[2]左有君, 张宏彪.低浓度瓦斯发电技术及应用[J].黑龙江科技信息, 2011 (18) .

[3]王晋普.瓦斯发电技术在高寒地区的应用[J].科技创新与应用, 2012 (6) .

瓦斯发电机组烟气余热利用实践 篇3

1 国内瓦斯发电机组烟气余热利用现状

进入21世纪, 国家鼓励发展绿色循环经济, 倡导建设资源节约型社会, 企业对经济效益、能源利用和环境保护的认识进一步加深。瓦斯作为一种能源, 被广泛用于发电, 但占瓦斯发电机燃料近35%的热能随烟气排空, 我国对瓦斯发电机组烟气余热的回收利用还处于初级阶段。

2 瓦斯发电机组烟气余热的用途

(1) 余热采暖。

瓦斯发电机组余热采暖是在发电机组烟道出口加装一套余热回收装置, 热水循环泵将软化水送到余热回收装置, 经加热的软化水供给采暖户, 冷却水再被送到余热回收装置加热, 如此一直循环。

(2) 余热供应洗浴热水。

在余热采暖的基础上加装一套水—水热交换器, 被循环加热的软化水通过水—水热交换器将洗浴用水加热。

(3) 余热制冷。

余热制冷的典型代表是溴化锂吸收式制冷, 吸收式制冷和压缩式制冷的主要差别在于用蒸汽发生器——吸收器装置代替了压缩机。用蒸汽发生器吸收瓦斯发电机组烟气热量。

3 余热吸收装置

目前理想的瓦斯发电机组烟气余热回收装置是针型管余热锅炉。该装置采用针型管强化传热元件扩展受热面, 同时烟气流经针型管表面时形成强烈的紊流, 起到提高传热效率和减少烟灰积聚的作用。该余热锅炉具有结构简单、热效率高、运行寿命长、安全可靠、维护方便等优点。

4 鹤壁六矿瓦斯余热利用实践

鹤壁六矿现安装有5台500GF1-3RW型瓦斯发电机组, 在每台瓦斯发电机组烟气管道上安装一台KNPT04-500针型管余热锅炉。

(1) 5台针型管余热锅炉每小时回收热能量。

烟道出口烟气温度550 ℃;经针型管余热锅炉换热后烟气温度为150 ℃, 烟气由550 ℃降为150 ℃时, 每小时释放的热量为:

Q = CMρ (T1-T2) =1 180 MJ/h

式中, C为烟气比热, 1.076 kJ/kg℃;M为烟气流量, 2 130 m3/h;ρ为烟气密度, 1.293 kg/m3;T1为烟道出口烟气温度, 550 ℃;T2为针型管换热后烟气温度, 150 ℃。

针型管烟气换热器换热效率为95%, 5台机组每小时可回收热量:

Qz=5Q×95%≈5 610 MJ/h。

(2) 所回收热量可供采暖面积。

每平方米取暖所需热量为250 kJ/ (m2·h) , 则余热回收的热量可供暖的面积为:

Qη2/A=20 196 m2

式中, Q为5台机组可回收热量, MJ/h;A为每平方米采暖面积小时需用热量, 250 kJ/ (m2·h) ;η2为供热管网效率, 取90%。

(3) 所回收热量可供洗浴热水量。

供到水—水热交换器的地下水温度为20 ℃, 热交换后水温达到50 ℃供洗浴用, 即水温提高了30 ℃。每小时可供50 ℃的热水量为:

Qz/A2 =44.5 m3

每天可供50 ℃热水量1 068 m3。

式中, Qz为5台机组每小时可回收热量, kJ/h;A2为每立方水提高30 ℃需用热量, 1.25×105 kJ/ (m3·h) 。

(4) 鹤壁煤电公司六矿瓦斯余热利用现状。

冬季, 利用5台瓦斯发电机组烟气余热向职工宿舍楼、矿工会办公楼和职工服务中心等场所供暖, 供暖最远距离为80 m, 采暖面积20 000余m2, 室内温度在18 ℃以上。解决了原燃煤锅炉汽暖系统供暖距离远 (700 m) 、供暖不足等问题, 为职工营造了舒适的休息、娱乐环境。夏季, 利用瓦斯发电机组烟气余热供应职工洗浴用水, 全矿4 000余名职工洗浴用水量为1 030 m3, 瓦斯发电机组烟气余热供水满足了职工洗浴需求, 实现了夏季燃煤锅炉停运。

5 经济效益分析

(1) 5台余热锅炉同燃煤锅炉相比, 节约燃煤量9.16 t/d。除去检修时间, 每年瓦斯发电机组正常运行时间按360 d计算, 则每年可节约煤3 297.6 t。六矿2007年原煤价格385元/t, 可节约资金约127万元。

(2) 资金投入。采暖改造费用55元/m2, 面积20 000 m2, 投入资金110万元;供洗浴热水投入资金60万元;余热利用设备投入资金40万元。总投入资金预计210万元。

(3) 经计算, 回收周期为1.65 a。

6 结语

瓦斯发电技术实践分析 篇4

1任楼煤矿瓦斯治理现状

任楼煤矿隶属于皖北煤电集团公司,是国家重点建设的国有大型矿井,始建于1985年11月,矿井设计生产能力150万t/a,服务年限84 a,1997年12月投产。2006年技改后,矿井核定能力提高到280万t/a。矿井共有两个作业水平,主采中煤组的72、73、82煤,煤层具有自然发火倾向性。随着开采深度的增加,地压和瓦斯涌出量都明显增大。矿井于2009年2月正式升级为瓦斯突出矿井,主采煤层72、73、82煤均为瓦斯突出煤层。目前矿井相对瓦斯涌出量为7.93 m3/t,绝对涌出量为46.83 m3/min。矿井建有地面永久瓦斯抽采系统,年抽采量1 300万m3以上。工作面瓦斯采用多方式立体抽放,效果良好。该矿不断摸索改进抽放技术,在现有瓦斯抽放系统上进行创新,使集中抽放和局部抽放并网运作,在抽放过程中采取多样性、立体化、全方位的方法,综合利用高位、埋管、顺层、老塘抽放等方式,逐步实现了瓦斯抽放专业化,提高了抽放发电能力,解决了回采工作面瓦斯超限问题。另外,该矿建立健全瓦斯抽放发电良性循环机制,实行瓦斯电厂、防突工区、抽排工区工资奖金挂钩联保,日清日结,以抽促采、以采保用,有效调动了现场作业人员瓦斯抽放的积极性。

2任楼矿瓦斯利用现状

任楼煤矿切实加强矿井瓦斯治理与利用工作,坚持走“煤与瓦斯共采,治理与利用并重,煤—气—电一体化发展”的循环经济新模式。

随着采场逐步向深部和边远地带延伸,矿井升级为瓦斯突出矿井,给作业和环保带来巨大的安全隐患。为了解决瓦斯排放造成的浪费和对环境的污染问题,该矿决定发展瓦斯发电工程。根据矿井瓦斯抽排的实际情况,集资1 800多万元,筹建瓦斯发电厂,并于2010年4月中旬向淮北发改委呈报《关于任楼煤矿低浓度瓦斯发电项目请示》。该项目集低浓度瓦斯输送、瓦斯发电及系统自动控制为一体,不仅拓宽了瓦斯资源利用渠道,加快了节能减排工作进程,又实现了可观的经济效益。日前,该矿瓦斯发电厂首期工程建设完成,2010年11月,3台发电机组已经开始带负荷运行,进入试运行阶段,每天发电量约为3万kW·h。

瓦斯发电厂主要利用地面集中抽放泵站抽出的井下瓦斯,当瓦斯浓度达到约12%时,即能满足正常发电需要。目前,任楼煤矿地面集中抽放泵站内安装有2 台功率为560 kW的水环真空泵,单台泵额定抽放能力为415 m3/min;目前瓦斯抽放纯量为7.5 m3/min,浓度为12%,可以满足一期3台发电机组的正常运行要求。新抽放站建成以后,抽排瓦斯纯量将达到14.4 m3/min以上,届时可以满足6台机组的正常运行需求。

发电厂设计年发电量2 160万kW·h,其中一期为3×600 kW瓦斯发电机组。一期工程投入运行后,可利用瓦斯纯量442万m3/a,供电量976万kW·h/a,新增产值564万元,节约标准煤3 417 t/a。截止到2010年11月15日,一期工程已发电20多万kW·h,直接进入任楼煤矿3.5万kV变电所。

在工作面瓦斯治理的同时对抽采的煤层气进行收集利用,目前,任楼矿恒丰煤层气有限公司的3台600 kW的低浓度瓦斯发电机组已正常运转。年利用纯瓦斯442万m3,二期共计安装6台,建成后年发电量将达到3 000 kW·h,预计每年利用纯瓦斯800万m3,实现煤气共采。

3瓦斯发电站经济效益

(1)年运行总成本。

建设6台发电机组(一期3×600 kW瓦斯发电机组),投资约1 764万元。机组连续运行功率按600 kW,年运行时间7 200 h计算,年运行总成本如下:

年发电量:3×600 kW×7 200 h=1 296万kW·h;

机油消耗:0.0018 g/kW·h×1 296万kW·h×15元/kg=34.99万元;

人员工资:运行及维护15人,人员工资平均按3万元/a计算,15人×3万元/人=45万元;

设备维护:每台机组每年需3.5万元,3台机组全年共10.50万元。

(2)年收入。

电价按0.50元/kW·h计算,每年电费收入为:1 296万kW·h×0.50元/kW·h=648万元;

每台机组每小时可产生0.45 t饱和蒸汽,蒸汽价格按66元/t计算,每年可以节约蒸汽成本64.15万元。总收入达712.15万元。

(3)效益分析。

发电厂年运行成本为90.49万元,年运行收益=712.15万元-90.49万元=621.66万元。电站总投资为1 760万元,则回收全部投资需:1 761/621.66=2.83 a,即不到3 a可回收全部投资。

4结束语

任楼煤矿利用抽采瓦斯发电,不仅有效消除了矿井重大安全隐患,减少了温室气体排放,保护了环境;同时还为节能减排,发展低碳经济,建设资源节约型企业发挥了积极作用。

《大型低热值燃料发电循环经济模式研究与实践》课题评审会召开

2011年6月29日,中国煤炭加工利用协会组织的《大型低热值燃料发电循环经济模式研究与实践》课题评审会在山西省古交市召开。该课题由山西兴能发电公司委托,中国煤炭加工利用协会承担。来自电力和煤炭行业的低热值燃料发电、循环经济等方面的10多位专家出席了评审会。会议由中国煤炭加工利用协会副理事长张绍强主持,山西兴能发电有限责任公司董事长荣国林出席会议并讲话。

与会人员首先参观了古交发电厂的配煤场、电厂一期和二期工程、古交发电厂粉煤灰堆场。结合本课题,与会专家认为古交发电厂在实践中立足循环经济,从保障发电燃料质量到废物排放和利用,做出了大量富有成效的工作。

专家组听取了课题项目组的汇报,审核了有关资料,并进行了反复认真的讨论,认为课题创建了大型低热值燃料(洗中煤、煤泥、矸石)坑口电厂发电循环经济发展新模式;结合古交发电厂及其资源利用特点,构建完善的产业链和产业网络,提出大型低热值燃料发电循环经济园区融合模式;“规划”内容全面,目标明确,可操作性强,对我国低热值燃料发电产业发展循环经济具有指导意义。专家组一致同意课题通过评审,并建议做进一步完善,尽快立项“规划”涉及到的重点项目。

摘要：介绍了任楼煤矿瓦斯抽采利用现状,该矿集低浓度瓦斯输送、瓦斯发电及系统自动控制为一体,瓦斯发电一期工程已建成投产,经计算,不到3 a即可回收全部投资,既节约了能源,改善了空气质量,又取得了可观的经济效益。