汝箕溝煤礦瓦斯電廠余熱綜合利用實踐

摘要：簡介了瓦斯發電機組煙氣余熱利用原理和應用效果，結合汝箕溝煤礦實際分析了瓦斯發電機組煙氣余熱利用的途徑和經濟效益，并探討了瓦斯發電機組煙氣余熱利用的發展方向。

關鍵詞：余熱利用 余熱鍋爐應用效果 節能減排 環境保護

1 國內可燃副產氣利用現狀

我國鋼鐵、有色、煤炭、建材、化工、紡織等行業的余熱余壓以及其他余能沒有得到充分利用，如鋼鐵企業的焦爐氣、高爐氣、轉爐氣，煤礦的煤層氣，焦化企業的焦爐氣等可燃副產氣，大量放空，造成能源的嚴重浪費，同時也污染了環境。隨著國家政策扶持帶動新能源熱潮，發展利用新能源勢頭強勁，越來越多的余熱余壓能源在節能減排工程中得到利用，特別是煤炭行業推廣瓦斯抽采技術和瓦斯利用技術，逐步建立煤層氣和煤礦瓦斯開發利用產業體系。到2010年，全國煤層氣（煤礦瓦斯）產量達100億立方米，其中，地面抽采煤層氣 50億立方米，利用率100%；井下抽采瓦斯50億立方米，利用率 60%以上。

2 瓦斯發電機組煙氣余熱的用途

2.1 余熱采暖

瓦斯發電機組余熱采暖是在發電機組煙道出口加裝一套余熱回收裝置，熱水循環泵將軟化水送到余熱回收裝置，經加熱的軟化水供給采暖戶，冷卻水再被送到余熱回收裝置加熱，如此一直循環。

2.2 余熱供應洗浴熱水

在余熱采暖的基礎上加裝——套水——水熱交換器，被循環加熱的軟化水通過水——水熱交換器將洗浴用水加熱。

2.3 余熱制冷

余熱制冷的典型代表是溴化鋰吸收式制冷，吸收式制冷和壓縮式制冷的主要差別在于用蒸汽發生器——吸收器裝置代替了壓縮機。用蒸汽發生器吸收瓦斯發電機組煙氣熱量。

3 余熱吸收裝置——余熱鍋爐特點

目前理想的瓦斯發電機組煙氣余熱回收裝置是針型管余熱鍋爐。該裝置采用針型管強化傳熱元件擴展受熱面，同時煙氣流經針型管表面時形成強烈的紊流，起到提高傳熱效率和減少煙灰積聚的作用。該余熱鍋爐具有結構簡單、熱效率高、運行壽命長、安全可靠、維護方便等優點。

4 余熱鍋爐應用效果——余熱效益

在有高溫燃氣的地方，如：水泥廠、玻璃廠、鋁廠、發電站等，通過余熱鍋爐回收余熱能量為客戶提供生產或生活用熱水、蒸汽，以下以燃氣發電機組的余熱為例作說明。

目前，燃氣發電機組消耗燃料的能量只有約30-35%被發電機組轉化為電能，約有30%隨廢氣排出，25-30%被發動機冷卻水帶走，通過機身散發等其它損失約占10%左右，排氣和冷卻水損失的能量比有用功還多。我國目前占燃氣發動機燃料近55%熱值的排氣余熱和冷卻水余熱資源基本上被白白浪費掉，而在西方國家，燃氣機余熱80%以上已被利用。目前隨著國內能源供應日益緊張，節能、降耗，提高能源利用率越來越引起人們重視，燃氣機余熱利用是必然趨勢。

在燃氣機組發電的同時，以機組的高溫排氣為熱源，通過余熱鍋爐產生熱水（或蒸汽），以一臺500GF1-3RW瓦斯發電機組為例，排煙溫度為500℃左右，通過“煙氣余熱鍋爐”，吸收排煙余熱，1臺機組可產生354.5kg/h壓力是0.4MPa的飽和蒸汽（飽和溫度133℃），或每小時12噸熱水(以升溫20度計)。為企業環保節能創造價值。

5 汝箕溝煤礦瓦斯電廠余熱利用實踐

汝箕溝煤礦瓦斯電廠遠期規劃安裝32臺瓦斯發電機組，現安裝有24臺500GFl－3RW型瓦斯發電機組，在每臺瓦斯發電機組煙氣管道上安裝一臺KNPT04-500針型管余熱鍋爐。

5.1 24臺針型管余熱鍋爐每小時回收熱能量

煙道出口煙氣溫度550℃；經針型管余熱鍋爐換熱后煙氣溫度為150℃，煙氣由550℃降為150℃時，每小時釋放的熱量為：

Q=CMρ(T1-T2)=1.180MJ/h

式中，C為煙氣比熱，1.076kJ/kg℃；M為煙氣流量，2130m3/h；ρ為煙氣密度，1.293kg/m3；Tl為煙道出口煙氣溫度，550℃；T2為針型管換熱后煙氣溫度，150℃。

考慮機組負荷率取為80%，運轉率取為80%，針型管煙氣換熱器換熱效率為95％，24臺機組每小時可回收熱量：

Qz=24Q×80%×80%×95％≈17218MJ/h≈4.78MW。

5.2 所回收熱量可供采暖面積

每平方米取暖所需熱量為250kJ／(m2·h)，則余熱回收的熱量可供暖的面積為：Qη2/A=61984m2

式中，Q為24臺機組可回收熱量，MJ/h；

A為每平方米采暖面積小時需用熱量，250kJ／(m2·h)；

η2：為供熱管網效率，取90％。

5.3 所回收熱量可供洗浴熱水量

供到水一水熱交換器的地下水溫度為20℃，熱交換后水溫達到50℃供洗浴用，即水溫提高了30℃。每小時可供50℃的熱水量為：

Qz/A2=137m3

每天可供50℃熱水量3288m3。

式中，Qz為24臺機組每小時可回收熱量，kJ/h；A2：為每立方水提高30℃需用熱量，1.25×105kJ/(m3·h)。

5.4 汝箕溝煤礦瓦斯電廠余熱利用現狀

汝箕溝煤礦地處山區，平均海拔2000m左右，地理環境和氣候條件較差，礦區全年采暖期為6個月。比本地區規定的供暖時段分別提前半月和延長半月。

我礦現有供暖鍋爐和供熱負荷分三大部分即：

①陰坡鍋爐房周邊的建筑和工業設施：以飽和蒸汽為熱源，運行兩臺十噸蒸汽燃煤鍋爐，定為A區。

②大樓鍋爐房周邊建筑：以熱水為熱源，運行一臺六噸熱水燃煤鍋爐，定為B區。

③副斜井熱風爐是以燃燒瓦斯鍋爐為熱源的部分，定為C區。A區B區合計總建筑面積為4.2萬平方米，總的耗熱量為288.81×104kcal即3.4MW。

2009年根據瓦斯發電廠余熱利用規劃，利用瓦斯發電廠方提供的余熱對全礦鍋爐采暖系統進行改造，目前24臺發電機組通過余熱鍋爐熱能總量為4.78MW，完全可以滿足礦區冬季采暖所需熱量。余熱利用系統選用4臺BR-6型板式換熱器，停運原有的蒸汽和熱水鍋爐，新建2座換熱站進行供熱循環，供暖最遠距離為1000m。由于地處山區，系統的自然落差較大，為保證系統末端不超壓，必須為末端負荷采取降壓措施。措施之一是在大樓鍋爐房換熱站設置調壓和報警裝置。但調壓必須在供回水管道上同時進行，如果一旦調壓裝置失效(供回水管道調壓器任意之一)，將可能造成末端負荷的管道或散熱器破裂，造成故障。同時調壓裝置會對后部管道的供熱能力造成影響。所以建議增加大樓鍋爐房“汽-水”換熱器的換熱面積，改為“水-水”換熱，通過換熱器，將水位落差造成的靜壓進行分段隔離，保證系統運行的安全。同時考慮瓦斯電廠也有不可預見的停機檢修的可能。所以礦區原有的供暖設備和配套設施及其功能必須完整保留，作為備用的供熱熱源。并且需要在陰坡鍋爐房安裝“汽-水”換熱器，在啟運備用蒸汽鍋爐時，將鍋爐熱能通過“汽-水”換熱器輸入供熱管網。以確保供暖系統安全正常運行。

經過一年的試運行，達到了預期的采暖供熱要求和節能減排的目標。解決了原燃煤鍋爐汽暖系統供暖距離遠，供暖不足等問題，為職工營造了舒適的休息、娛樂環境。夏季，利用瓦斯發電機組煙氣余熱供應職工洗浴用水，滿足了職工洗浴需求，實現了夏季燃煤鍋爐停運。每年節約標煤：47916 噸。年減排溫室氣體：60.22萬噸CO2當量。

6 經濟效益分析

6.1 我礦燃煤鍋爐年運行費用

①鍋爐耗煤量費用

4000噸/年×700元/噸(成本價)=280萬元

②鍋爐用水量費用

100m2/班×3班×30天×6月×3.4元/m2＝18.36萬元

③鍋爐耗電量費用

310KW×20小時×30天×6個月×0.4元/KW＝44.64萬元

④維修計量、質檢費用及化學藥劑費用平均每月10000元，6個月費用6萬元

總計費用：349(萬元)

6.2 瓦斯電站余熱利用供暖改造費用

①瓦斯發電廠至各熱用戶的主干管￠325--￠48的保溫管總計3800米，共計費用80.15萬元。

②循環泵房水泵投資費用為35.845萬元。

③各熱用戶蒸汽系統改造為熱水系統費用為5.38萬元。

④暖溝費用為62.3萬元。

⑤安裝費用為22.34萬元。

總計費用：206萬元

6.3 經計算，當年可收回全部投資，今后每年可節省349萬元支出。

7 結語

瓦斯發電機組煙氣余熱利用使礦井資源得到充分利用，改善了煤礦安全生產條件，礦山環境得到有效保護，實現了企業的節約發展、清潔發展和可持續發展，創造了良好的經濟、環保和社會綜合效益。