煤礦瓦斯發(fā)電項(xiàng)目設(shè)計(jì)要點(diǎn)

煤礦瓦斯發(fā)電項(xiàng)目設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)目前，該煤礦利用能源磚瓦發(fā)電的主要方式有燃料鍋爐能源、天然氣發(fā)電、天然氣發(fā)電等。由于煤礦瓦斯氣體濃度相對(duì)不高,發(fā)熱量較低,燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)忮仩t帶汽輪機(jī)發(fā)電方式系統(tǒng)復(fù)雜、占地面積大、發(fā)電效率低,不宜采用;另外燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)進(jìn)氣質(zhì)量、壓力要求高(0.9MPa),壓縮溫升使瓦斯?jié)舛纫子谶_(dá)到爆炸極限。內(nèi)燃式瓦斯發(fā)電機(jī)組具有建站周期短,基建、運(yùn)行費(fèi)用低,機(jī)組配置靈活等特點(diǎn),可單臺(tái)或多臺(tái)并網(wǎng)發(fā)電。它相對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電及燃?xì)忮仩t—汽輪機(jī)發(fā)電來(lái)說(shuō),具有效率高(國(guó)產(chǎn)機(jī)組發(fā)電效率為33%左右,進(jìn)口機(jī)組發(fā)電效率可達(dá)40%~43%)、燃料氣人口壓力低(通常為1~15kPa之間)、單機(jī)發(fā)電容量小(一般在400~2000kW)等特點(diǎn)。適用瓦斯?jié)舛确秶鸀?%~50%、溫度范圍為5~50℃。1.1燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)內(nèi)燃式瓦斯發(fā)電機(jī)組不僅可以燃用高濃度瓦斯,還可以燃用低濃度瓦斯。它通過(guò)機(jī)組燃?xì)忾]環(huán)控制系統(tǒng),將瓦斯與空氣中的氧自動(dòng)混合,根據(jù)燃燒室容積及壓縮比,對(duì)空燃比進(jìn)行精確控制,保證稀薄燃燒及高效發(fā)電做功。自動(dòng)檢測(cè)燃?xì)膺M(jìn)氣溫度、燃?xì)膺M(jìn)氣壓力、燃?xì)忾y后絕對(duì)壓力、溫度、功率、轉(zhuǎn)速、均值排溫等參數(shù),自動(dòng)調(diào)整機(jī)組運(yùn)行工況,適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)瓦斯?jié)舛燃皦毫Σ▌?dòng),保證機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行,具有濃度適應(yīng)范圍廣、抗波動(dòng)能力強(qiáng)、自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)。內(nèi)燃式瓦斯發(fā)電機(jī)組采用了預(yù)燃技術(shù)和數(shù)字點(diǎn)火技術(shù),通過(guò)這兩項(xiàng)技術(shù),可以有效地增加點(diǎn)火能量,降低排氣溫度,提高機(jī)組效率。稀薄燃燒技術(shù)和空燃比控制技術(shù)的采用能夠保證發(fā)動(dòng)機(jī)始終以稀薄混合氣進(jìn)氣,回火不傳播。1.2火炬燃燒和粉碎高濃度瓦斯從抽放站引出經(jīng)過(guò)水封阻火器、氣水分離器及干式阻火器至集裝箱式氣體預(yù)處理裝置處理后送至發(fā)電機(jī)組發(fā)電,當(dāng)瓦斯過(guò)?；驒C(jī)組故障檢修時(shí),瓦斯通過(guò)火炬燃燒后排空。下面重點(diǎn)介紹集裝箱式瓦斯預(yù)處理工藝和火炬。1.2.1凝結(jié)水水質(zhì)監(jiān)控氣體預(yù)處理過(guò)程是自動(dòng)控制的。它將瓦斯進(jìn)行脫水、除塵、冷卻、加壓,并對(duì)瓦斯流量、濃度、壓力、溫度、濕度等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控,根據(jù)凝結(jié)水水位自動(dòng)排水和報(bào)警。氣體預(yù)處理的工藝流程圖如圖1所示。1.2.2火炬燃燒及流量調(diào)節(jié)范圍瓦斯?jié)舛仍?0%以上的高濃度瓦斯發(fā)電工程,當(dāng)瓦斯發(fā)電機(jī)組不能消耗所有的瓦斯氣時(shí)或發(fā)電機(jī)組故障、正常檢修期間,高濃度瓦斯需放空時(shí),自動(dòng)點(diǎn)燃火炬燃燒后再排放大氣。當(dāng)瓦斯?jié)舛炔▌?dòng)變化,濃度低于30%時(shí),火炬停止工作,瓦斯直接排空。火炬形式為落地封閉式火炬,流量調(diào)節(jié)范圍根據(jù)總的瓦斯流量及機(jī)組的配置情況來(lái)確定?；鹁娴奶幚須饬亢腿?xì)獍l(fā)電機(jī)組的用氣量動(dòng)態(tài)匹配。1.3低濃度瓦斯與細(xì)水霧混合安全輸送原理圖低濃度瓦斯從抽放站引出利用水位自控式水封阻火泄爆裝置、絲網(wǎng)過(guò)濾器、瓦斯管道專用阻火器、溢流水封阻火泄爆裝置、低溫濕式放散閥及低濃度瓦斯與細(xì)水霧混合安全輸送等技術(shù),實(shí)現(xiàn)瓦斯的安全輸送,確保機(jī)組正常發(fā)電。低濃度瓦斯輸送工藝系統(tǒng)圖如圖2所示。低濃度瓦斯與細(xì)水霧混合安全輸送系統(tǒng)主要包括細(xì)水霧發(fā)生系統(tǒng)、脫水系統(tǒng)和控制系統(tǒng),系統(tǒng)主要由濕式阻火泄爆裝置、阻火器、水霧發(fā)生器、脫水器、循環(huán)水泵、水池及管道閥門(mén)組成。低濃度瓦斯與細(xì)水霧混合安全輸送原理圖如圖3所示。1)細(xì)水霧發(fā)生系統(tǒng)。本系統(tǒng)由霧化水泵、霧化水池、水霧發(fā)生器及管道閥門(mén)組成。軟化水經(jīng)霧化水泵加壓后送至各個(gè)水霧發(fā)生器通過(guò)噴嘴進(jìn)入瓦斯主管形成50~200μm大小的霧滴,霧滴與瓦斯混合,避免了火焰的產(chǎn)生,霧滴吸熱氣化,體積急劇膨脹,抑制火焰?zhèn)鞑?達(dá)到安全輸送。水霧發(fā)生器安裝在瓦斯主管道上,每隔20m設(shè)一個(gè)水霧發(fā)生器。2)脫水系統(tǒng)。由于瓦斯中含有細(xì)水霧,形成氣霧兩相流,為了不影響發(fā)電機(jī)組的效率,必須在瓦斯進(jìn)入機(jī)組之前脫水。脫水系統(tǒng)采用電制冷脫水工藝。在脫水區(qū)每臺(tái)低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組進(jìn)氣支管上按照流程的先后,分別裝有冷凝器、旋風(fēng)氣水分離器,用于脫出瓦斯氣體中的水分。冷凝器冷媒介質(zhì)采用40%乙二醇水溶液,由風(fēng)冷式冷水機(jī)組供給。冷凝器將瓦斯中的水蒸氣冷凝,冷凝水與旋風(fēng)分離器脫出的液態(tài)水匯合后回到霧化水池循環(huán)使用,除水后的瓦斯最后經(jīng)阻火器進(jìn)入機(jī)組發(fā)電。3)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由瓦斯?jié)舛葌鞲衅?、繼電器、瓦斯?jié)舛刃盘?hào)接收與處理器等組成。實(shí)現(xiàn)細(xì)水霧發(fā)生子系統(tǒng)的自動(dòng)開(kāi)停。即當(dāng)瓦斯?jié)舛仍?%~16%范圍內(nèi)水霧發(fā)生子系統(tǒng)正常運(yùn)行,當(dāng)瓦斯?jié)舛却笥?6%時(shí)水霧發(fā)生子系統(tǒng)停止運(yùn)行,節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用。1.4余熱鍋爐煙氣余熱回收瓦斯發(fā)電機(jī)組燃燒后的煙氣排放溫度約為500~600℃。為了節(jié)能,在每臺(tái)機(jī)組排氣管道上安裝一臺(tái)蒸汽余熱鍋爐,將軟化水通過(guò)給水泵送入余熱鍋爐中回收機(jī)組的排氣余熱,使排煙溫度降到150℃左右。生成的蒸汽匯集后送至熱用戶,凝結(jié)水回收至軟化水箱循環(huán)使用。軟化水系統(tǒng)由過(guò)濾器、全自動(dòng)軟化水裝置、管道泵、軟化水箱等組成,軟化水作為蒸汽余熱鍋爐的補(bǔ)水和發(fā)電機(jī)組內(nèi)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)水以及霧化水池的補(bǔ)水。2在設(shè)計(jì)礦山和發(fā)電項(xiàng)目時(shí)，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)2.1瓦斯發(fā)電機(jī)放空量計(jì)算煤礦瓦斯分高濃度(>30%)瓦斯和低濃度(3%~30%)瓦斯,我國(guó)60%以上的瓦斯是低濃度瓦斯。在確定瓦斯發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量前,要分析高、低濃度瓦斯氣量及瓦斯?jié)舛鹊牟▌?dòng)性,為瓦斯機(jī)組的選型和容量確定提供可靠的科學(xué)依據(jù)。為確保瓦斯發(fā)電機(jī)組氣源穩(wěn)定可靠,一般對(duì)于高濃度瓦斯設(shè)儲(chǔ)氣罐或緩沖罐,由于低濃度瓦斯的易爆性,為了安全起見(jiàn),低濃度瓦斯不設(shè)儲(chǔ)氣罐。高濃度瓦斯可以遠(yuǎn)距離輸送,低濃度瓦斯一般就近發(fā)電消化。2.2中方風(fēng)電機(jī)組與進(jìn)口瓦斯機(jī)組的性能對(duì)比國(guó)產(chǎn)機(jī)組主要有勝動(dòng)集團(tuán)、中油濟(jì)柴的1100kW、1000kw、800kW和500kW系列,進(jìn)口機(jī)組主要有美國(guó)卡特彼勒、德國(guó)薩爾能源公司的1800kW和2000kW系列。從機(jī)組的綜合技術(shù)性能來(lái)說(shuō),國(guó)外設(shè)備具有領(lǐng)先水平。從對(duì)煤礦瓦斯的適應(yīng)性來(lái)說(shuō),國(guó)產(chǎn)設(shè)備更有優(yōu)勢(shì)。進(jìn)口機(jī)組要求瓦斯?jié)舛缺仨氝_(dá)到30%以上,要求進(jìn)氣壓力20kPa以上。而國(guó)產(chǎn)機(jī)組能適應(yīng)低濃度低壓力瓦斯。進(jìn)口機(jī)組對(duì)粉塵、溫度、濕度的要求也較高。進(jìn)口設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用低,但初投資高。國(guó)產(chǎn)機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用高,但初投資低。從機(jī)組檢修及備品備件方面來(lái)看,國(guó)內(nèi)機(jī)組更有優(yōu)勢(shì)。2.3機(jī)組安裝方案根據(jù)瓦斯氣源的穩(wěn)定性及電站服務(wù)年限確定機(jī)組的布置形式。對(duì)于氣源穩(wěn)定可靠、服務(wù)年限長(zhǎng)的電站,采用室內(nèi)固定安裝機(jī)組,在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮發(fā)電機(jī)房的通風(fēng)散熱、防爆泄爆和噪聲治理問(wèn)題。對(duì)于氣源波動(dòng)大、服務(wù)年限短的發(fā)電站,可采用集裝箱式機(jī)組,發(fā)電機(jī)的通風(fēng)散熱、防爆泄爆和噪聲治理等問(wèn)題在集裝箱設(shè)計(jì)時(shí)供貨商已經(jīng)考慮。3瓦斯內(nèi)燃發(fā)電系統(tǒng)山西寶萊電力開(kāi)發(fā)有限公司王坡煤礦低濃度瓦斯發(fā)電工程共安裝了中油濟(jì)柴8臺(tái)500kW集裝箱式瓦斯內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組,裝機(jī)規(guī)模4MW。瓦斯平均濃度為15%