瓦斯电站余热节能利用

范 敏 张宏玉 朱海新

(1.中核新能核工业工程有限责任公司，山西 太原 030012;2.中核兰州铀浓缩有限公司第二车间，甘肃 兰州 730065； 3.山西泰祥宏源科技有限公司，山西 太原 030002)



瓦斯电站余热节能利用

结合某煤矿瓦斯电站工程实例，介绍了瓦斯电站余热回收利用方案，分析了余热回收的节能效果，指出通过加装烟气余热回收系统回收烟气余热，既提高了能源的综合利用率，又增加了瓦斯电站的经济效益。

瓦斯电站，余热回收，节能，余热利用

0 引言

煤层气(瓦斯)是煤层中的一种伴生气，它属于非常规天然气(其主要成分是甲烷)。在煤矿采煤过程中，瓦斯气会自动散发出来，它是一种有害气体,无色、无味、易燃、易爆。长期以来,大量被抽采上来的低浓度瓦斯(浓度<30%),因为利用成本高等原因,不被利用，只能排入大气,造成温室效应。

近年来，国家及地区不断出台关于加快煤层气( 煤矿瓦斯) 抽采利用的相关政策，支持和鼓励相关企业加快对煤层气的抽采利用。国家能源局出台的《煤层气开发利用“十二五”规划》提出，煤矿瓦斯以就地发电和民用为主，高浓度瓦斯力争全部利用，推广低浓度瓦斯发电，到2015年发电装机容量超过285万kW。《山西省人民政府关于加快推进煤层气产业发展的若干意见》(晋政发〔2013〕31号)中指出，到“十二五”末，实现地面煤层气总产能195亿m3，煤矿瓦斯抽采量52亿m3，管网覆盖全省。

1 瓦斯电站存在问题

近年来，煤层气发电技术研发和装备制造水平不断提高，低浓度瓦斯发电技术应运而生。该技术的应用既能增加能源种类，缓解能源短缺情况，又能实现节能减排和余热利用的双重效益。而随着国家和地方对瓦斯气抽采利用支持和鼓励，瓦斯电站装机规模逐年上升，瓦斯发电技术的研发和装备制造水平也相应提高。内燃机发电，制造技术成熟，运行状况稳定，对低浓度瓦斯的适用性，成为现阶段瓦斯电站选用的主要设备。

燃气机组运行过程中，燃料的能量只有约35%被发电机组转化为电能,另有约30%随废气排出,25%被发动机冷却水带走, 通过机身散发等其他损失约占10%，即近55%的能量以余热的形式排出[1]。通过加装余热利用设施，使发电机组排出的烟气所携带的热量得以利用。 通过高温烟气与水换热,从而产生热水(或蒸汽)通过供热系统输送到需要热源的用户。

在实际瓦斯电站运行中，从节能角度来说存在如下两个问题，一是燃气内燃机组自身的制造工艺已经足够成熟，短时期内难以实现重大突破，其机组效率很难再有大的提高；二是燃气内燃机组排烟温度高达500 ℃，直接排放浪费了大量热能。因此，在煤炭资源日渐匮乏的条件下，瓦斯电站高温烟气余热回收必须得到足够的重视，才能够更加有效地提高能源利用率，节约能源。

2 工程实例

2.1 工程简介

本工程采用低浓度瓦斯发电技术，配备国产燃气内燃发电机组，装机容量为8×500 kW。内燃发电机组发电效率为35%，排烟温度为500 ℃，经涡轮增压后直接消音排放。瓦斯气中CH4浓度为15.36%，煤矿瓦斯抽放泵站平均小时总抽采量为6 466.80 Nm3，全部供该项目使用。机组全年利用小时数为5 500 h，年发电量可达到1 906.79万kWh。

2.2 原方案工艺流程

从抽放泵站抽出瓦斯气，通过水雾输送系统安全地输送至内燃发电机组，电子点火系统点燃处于爆炸范围内的低浓度瓦斯气，利用其爆炸性推动活塞做功，产生机械能，再由发电机将机械能转化为电能，经输变电装置输出(见图1)。

2.3 余热回收利用方案

燃气内燃发电机组尾部烟气温度为500 ℃，增设烟气余热蒸汽锅炉生产0.4 MPa饱和蒸汽回收热量，提高能源利用率。工艺流程图如图2所示。

3 余热回收节能效果

3.1 余热回收前后技术指标对比

由于瓦斯电站没有相应的标准规范，参照火力发电厂技术指标计算方法对该项目技术指标进行核算，得出表1中计算结果。

表1 余热回收参数表

从表1中数据得知，高温烟气余热回收利用后，虽然全厂自用电率有所增加，但是供电煤耗及发电煤耗均显著下降，同时全厂热效率显著提高，大大地增强了能源利用率，从而节约能源。

3.2 余热回收后经济效益

经计算，通过增加烟气余热回收系统，每年可回收热量为24 828.27 GJ,折合标煤847.14 tce。用回收的烟气余热与水换热，每年可产生0.4 MPa饱和蒸汽9 350 t。若蒸汽价格为70元/t,则烟气余热年经济收益可达到65.45万元。

据统计，加装一整套余热回收系统，一次性投资约为106万元，年减少供电量约为21.13万kWh，按2011年煤矿瓦斯电厂上网电价0.509元/kWh[2]计算，年供电收益减少10.75万元，则用于余热回收部分的静态投资回收期为1.78年。

4 结语

通过加装烟气余热回收系统回收烟气余热，不仅可以提高能源综合利用率，提高全厂热效率，从而节约能源；同时还可以增加全厂经济效益，实现技术经济效益最大化。随着低浓度瓦斯电站技术日渐成熟，高温烟气余热回收也逐渐成为其必不可少的一部分。在条件允许的情况下，建议将余热回收作为一项必不可少的内容，列入全厂总体规划，达到节约能源的目的。

[1] 谢晓东，张振东，高胜阳.谈低浓度瓦斯发电站工艺设计[J].煤炭工程，2008(9)：31-32.

[2] 赵玉龙.煤层气发电的可行性研究[J].科学之友，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，工程师; 张宏玉(1964- )，男，政工师； 朱海新(1986- )，男，技术员

范 敏1张宏玉2朱海新3

(1.中核新能核工业工程有限责任公司，山西 太原 030012;2.中核兰州铀浓缩有限公司第二车间，甘肃 兰州 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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