平舒矿区低浓度瓦斯发电余热利用技术的应用

2019-07-31李斌

中国煤层气 2019年3期

李斌

(晋中市阳煤扬德煤层气发电有限公司，山西 045400)

1 平舒矿区瓦斯发电及余热情况简介

平舒矿区瓦斯发电项目位于山西省晋中市，是利用瓦斯为燃料进行发电的新型发电厂，共有30台500kW瓦斯发电机组，型号为500GF9-WD，气缸数量12，缸径190mm，活塞行程210mm，活塞总排量71.5L，气缸排列V型，夹角60°，标定转速1000r/min，最大功率500kW，持续运行功率415kW。发电机组温度传感器显示气缸内温度通常在600℃上下浮动。机组效率为每立方米纯瓦斯发电3千瓦时，正常运行时消耗空气与燃气比例约15比1，按额定运行符合415kW计算，一小时耗气量为：

415/3×(15+1)=2213m3

烟气密度按1.25kg/m3计算，则一小时排烟重量为：

2213×1.25=2766kg

烟气在100℃～600℃平均比热容大约是0.27kcal/kg·℃，则每台煤层气发电机正常工作一小时可供利用的热量为：

(500-165)×0.27×2766=325000kcal

2 平舒矿区瓦斯发电余热利用形式

目前我电厂余热利用有余热锅炉和缸套水板式换热器系统两种形式。

2.1 余热锅炉

余热锅炉是一种通过吸收发电机烟气热量，将水气化成水蒸气给生产生活提供热量的装置，由“锅”和“炉”组成，“锅”主要包含省煤器管组、蒸发器管组、过热器管组、汽包以及其他换热元件、列管、热管、上升管和下降管炉墙、阀系和仪表组成。“炉”主要包含烟箱、烟气通道和钢架组成，如图1所示。该余热锅炉为小型低压蒸汽锅炉，主要满足日常热水供应和冬季供暖需求。

图1 余热锅炉

多台瓦斯发电机组排出烟气后在烟道汇合，烟气→过热器→蒸发器→省煤器→过滤器后排向大气，此时烟气温度降为100℃～220℃。余热锅炉换热器换热效率为90%，饱和蒸汽温度150℃，蒸汽比焓656kcal/kg，进水比焓20kcal/kg，则1台发电机每小时余热可产生的蒸汽量为：

325000×90%÷(656-20)=459kg

我厂30台发电机一天余热可产生的蒸汽量为459×30×24=330480kg。

2.2 缸套水板式换热器系统

发动机活塞在气缸中做功使气缸产生高温高热，为了使气缸温度保持在合理范围内，在气缸外围装设循环水系统用以冷却气缸，我们把这种冷却水叫缸套水，也叫高温循环水。500GF9-WD机组正常工作时，缸套水出水温度在(80±5℃)，回水温度低于出水温度7～10℃。循环水泵流量60m3/h,扬程20m，转速2863r/min,轴功率5.1kW，重量21kg。按温度降低9℃计算：

Q释放=4.2×103J/(kg·℃)×60×1000kg×9℃

=54.2万kcal/h

可得出一台500kW煤层气发电机组一小时缸套水可释放热量约54.2万千卡，热量加以利用，不仅可以方便生产生活，还可以减少之前风机散热所消耗的电能。

水-水热交换板式换热器是由规定数量的波纹状金属片叠加而成，各金属片之间形成薄矩形通道进行热交换，如图2所示。采用HBB板式换热器,设计压力1.0MPa,设计温度150℃，换热面积19.2m2，配套给水泵功率7.5kW，流量25m3，扬程50m。该设备换热效率高，热损失小，体积小，清洗维护方便，使用寿命长。由于冷热水之间是逆流流动，热交换效率相当高，可以使冷热水最小温差达1℃。大大减少了热量损失。

3 关于瓦斯发电机组余热利用的设想

3.1 发电机组循环冷却水余热为周边村庄供暖

图2 缸套水板式换热器系统

周边村庄没有集中供暖系统，取暖措施主要靠燃煤锅炉取暖，近年来为了改善空气质量，山西颁布了“禁煤令”，禁止所有散煤燃烧，要求实施煤改电，但是村庄居民担心电费昂贵，增加经济负担，冬季取暖问题尚未得到妥善解决。因此，可利用瓦斯发电机组余热给周边住户取暖，安装供暖系统后，在加压泵上链接高温循环管线，让循环水进入用户的供暖系统后供暖，通过调节塔门来控制水温。这样既可以避免余热浪费，又创造了经济效益。

3.2 发电机组循环冷却水余热为农户大棚供热

发电机组循环冷却水连接板式换热器后进入大棚地暖管道，对土壤进行加热，通过提高土壤温度让农作物提前萌芽。进入大棚管道前安装温控功能，实现对大棚内温度的按需调控，精确控温。农户大棚建设较集中，相对于为村庄供暖可减少发电机组循环冷却水在运输途中的热能损耗。该种供热方式经济环保，对农作物无污染，给蔬菜、花卉等农作物提供最理想的生长环境。