分布式低濃瓦斯發(fā)電項目在胡底瓦斯電站的研究與應(yīng)用

摘 要：瓦斯?jié)舛仍?%-16%屬于爆炸范圍，胡底瓦斯抽放泵站抽放的低濃度瓦斯現(xiàn)尚未利用，全部對空排放，不僅浪費(fèi)資源，而且污染大氣環(huán)境，加劇溫室效應(yīng)。建設(shè)低濃度瓦斯發(fā)電站，可以充分利用煤礦低濃度瓦斯資源，從根源上防止瓦斯事故，為促進(jìn)礦山資源的合理開發(fā)和綜合利用發(fā)揮其有效作用，減少煤礦處理排出氣體的開支，降低煤礦的生產(chǎn)成本，為其改善生產(chǎn)條件創(chuàng)造了可能;同時，在煤炭市場持續(xù)低迷的大環(huán)境下，為企業(yè)實現(xiàn)多種經(jīng)營模式創(chuàng)造條件，緩解由于煤炭價格下降帶來的經(jīng)濟(jì)影響。

關(guān)鍵詞：分布式;低濃;瓦斯發(fā)電;應(yīng)用

1 系統(tǒng)概述

胡底瓦斯抽放泵站抽放的低濃度瓦斯現(xiàn)尚未利用，全部對空排放，不僅浪費(fèi)資源，而且污染大氣環(huán)境。建設(shè)低濃度瓦斯發(fā)電站，可以充分利用煤礦低濃度瓦斯資源，從根源上防止瓦斯事故，為促進(jìn)礦山資源的合理開發(fā)和綜合利用發(fā)揮其有效作用，減少煤礦處理排出氣體的開支，降低煤礦的生產(chǎn)成本，為其改善生產(chǎn)條件創(chuàng)造了可能;同時，在煤炭市場持續(xù)低迷的大環(huán)境下，為企業(yè)實現(xiàn)多種經(jīng)營模式創(chuàng)造條件，緩解由于煤炭價格下降帶來的經(jīng)濟(jì)影響。

為了充分利用低濃度瓦斯，金駒煤電化有限公司建成了胡底布式低濃度瓦斯發(fā)電站--胡底瓦斯發(fā)電站。該電站就地利用胡底礦瓦斯抽放站抽放的10%-15%的低濃度瓦斯發(fā)電，低濃度發(fā)電裝機(jī)容量10.3MW，就地利用低濃瓦斯、就地并網(wǎng)發(fā)電。2018年3月1日開工建設(shè)，2018年3月12日并網(wǎng)運(yùn)行。

2 主要研究內(nèi)容

目前全國低濃度瓦斯發(fā)電處于研究、發(fā)展階段，胡底瓦斯發(fā)電站作為分布式低濃瓦斯電站，研究選用低濃度瓦斯安全輸送裝置，就近實現(xiàn)抽放的10%-15%低濃度瓦斯利用并網(wǎng)性質(zhì)采用“自發(fā)自用，多余上網(wǎng)”的分布式電站，直接在蒲池35kV變電站并網(wǎng)運(yùn)行，實現(xiàn)資源的綜合利用。

3 系統(tǒng)介紹

3.1 機(jī)組布置方式

機(jī)組本體及輔助系統(tǒng)安裝在特定的集裝箱內(nèi)及集裝箱頂部，出廠前測試合格后將集裝箱頂部設(shè)備拆分裝箱運(yùn)輸，到現(xiàn)場后拼裝并整體吊裝至機(jī)組集裝箱基礎(chǔ)上，在完成外部接管、接線后，即可進(jìn)入調(diào)試階段，具有占地小、工期短、安裝和搬遷較為方便等優(yōu)點(diǎn)。同時集裝箱式發(fā)電機(jī)組可依據(jù)煤礦的服務(wù)年限和瓦斯抽采情況，隨時吊運(yùn)到需要的地方，靈活、方便、實用。集裝箱式瓦斯內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組將集裝箱、發(fā)電機(jī)組、控制屏、散熱水箱、外接排氣管系、立式消聲器等全部電廠構(gòu)成單元集成為一個標(biāo)準(zhǔn)化建站模塊，自動化程度高，適應(yīng)能力強(qiáng)，運(yùn)行可靠。

3.2 瓦斯輸送工藝選擇與工藝流程

3.2.1 瓦斯輸送工藝選擇

目前瓦斯發(fā)電用低濃度瓦斯管道輸送工藝有三種：

自動噴粉抑爆輸送工藝：通過對瓦斯管道燃燒或爆炸信息的探測，自動噴出干粉滅火劑將燃燒或爆炸傳播過程中的火焰撲滅，抑制燃燒或爆炸火焰?zhèn)鞑サ难b置。

細(xì)水霧輸送工藝：地面煤礦低濃度瓦斯在管道內(nèi)與細(xì)水霧全程連續(xù)混合輸送，防止低濃度瓦斯輸送管道內(nèi)產(chǎn)生火源和抑制火焰?zhèn)鞑サ拿旱V低濃度瓦斯安全輸送裝置。

氣水兩相流輸送工藝：其特征是在地面正壓瓦斯輸送管道內(nèi)，水流環(huán)繞輸送管道的內(nèi)壁連續(xù)流動，形成環(huán)形水流，低濃度瓦斯氣體流動在所述環(huán)形水流所形成的環(huán)形水封中，沿所述瓦斯氣體的輸送方向上每隔一段以柱狀水團(tuán)隔斷氣流，形成氣流的端面水封，低濃度瓦斯氣體在所述環(huán)形水流及端面水封中形成間歇性柱塞氣流。

3.2.2 瓦斯輸送工藝流程

低濃度瓦斯輸送自動噴粉抑爆系統(tǒng)，用于低濃度瓦斯管道的出、入口火源點(diǎn)能引起爆炸危險的地方，能迅速熄滅管道內(nèi)爆炸火焰，控制住管道爆炸，以便保護(hù)整個低濃度瓦斯管網(wǎng)及上游抽放站的安全。其工藝流程為：

瓦斯→抽放泵站→水封式阻火泄爆裝置→瓦斯自動阻爆裝置→自動噴粉抑爆裝置→水封式阻火泄爆裝置→冷凍脫水裝置→壓力傳感器和火焰?zhèn)鞲衅鳌z網(wǎng)過濾器→瓦斯發(fā)電機(jī)組燃?xì)忾y組。

3.3 安全保護(hù)措施

安全保障系統(tǒng)應(yīng)用了多級阻火技術(shù)包括：水封式阻火泄爆裝置、自動阻爆裝置、自動噴粉抑爆裝置，同時系統(tǒng)配套信號傳輸分站和礦用隔爆兼本質(zhì)安全型可編程控制箱使用。所謂被動阻火是指當(dāng)瓦斯輸送過程中產(chǎn)生爆炸火焰時，阻火裝置安全的將爆炸火焰阻在前端，不向后面?zhèn)鞑ィ瑥亩ＷC輸送管道和發(fā)電機(jī)組的安全。在輸送系統(tǒng)中安裝有多級阻火泄爆器和濕式安全放散裝置等安全保障設(shè)施，并采用自動噴粉抑爆輸送技術(shù)以確保低濃度瓦斯輸送系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.4 發(fā)電工藝流程

瓦斯抽放站管道引來的瓦斯氣在輸送過程中經(jīng)阻火、過濾、再阻火、脫水、再過濾等一系列安全措施和處理后，燃?xì)膺M(jìn)入內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)，燃?xì)馀c空氣在氣缸內(nèi)混合點(diǎn)火燃燒，產(chǎn)生動力驅(qū)動發(fā)動機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)，發(fā)動機(jī)曲軸將動力傳給交流發(fā)電機(jī)，再由發(fā)電機(jī)將動力轉(zhuǎn)換成電能輸出。

3.5 余熱利用系統(tǒng)

發(fā)電機(jī)組尾氣脫硝后排煙溫度為424℃左右，通過煙氣--水余熱鍋爐熱交換器換熱后煙氣溫度變?yōu)?40℃左右，煙氣質(zhì)量：6748kg/h，排煙的比熱容按煙道氣體計算（煙道氣體的成分CO2=13%，H2O=11%，N2=76%，在100℃～600℃的平均定壓比熱容為（1.134kJ/kg℃），每小時可利用排煙余熱（424-140）×1.134×6748=2173MJ，2173/3.6≈604kW。考慮煙道、余熱鍋爐散熱、傳熱損失等（按20%損失考慮），二期8臺機(jī)組供熱能力為4.2MW，可產(chǎn)生低壓飽和蒸汽量6.0t/h，可作為胡底工業(yè)場地的補(bǔ)充熱源。

3.6 煙氣凈化系統(tǒng)

燃?xì)獍l(fā)動機(jī)尾部進(jìn)行煙氣脫硝，尾氣處理裝置即低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組尾氣脫硝裝置（SCR選擇性催化還原系統(tǒng)），原理是在催化劑的作用下，將氮氧化物NOX轉(zhuǎn)換成無害的氮?dú)猓∟2）和水（H2O）的裝置，實現(xiàn)脫硝后煙氣中的NOx≤250mg/m3。

4 主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

①裝機(jī)容量：8×1.3MW;②年利用小時數(shù)：6930h;③年發(fā)電量：7207.2×104kWh;④年供電量：6918.9×104kWh（廠用電率4%）;⑤年供熱量：15.65×104GJ;⑥年消耗礦井純瓦斯：1898×104m3;⑦二氧化碳減排當(dāng)量：33.69×

104t;⑧年節(jié)約標(biāo)煤：2.644×104tce;⑨綜合熱效率：40%。

5 結(jié)論

綜上所述，該項目投運(yùn)后，實現(xiàn)了爆炸范圍內(nèi)的低濃瓦斯的有效利用，減少了溫室氣體的排放量，增加了上網(wǎng)電量。自投運(yùn)以來，運(yùn)行相對穩(wěn)定。年可利用煤礦低濃度瓦斯1898萬標(biāo)方，二氧化碳減排當(dāng)量33.69萬t，發(fā)電量7207.2萬度，供電量6918.9萬度，年供熱量15.65萬吉焦。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐懷閣，宋永亮，劉增寶，邊紅星.煤礦低濃度瓦斯發(fā)電可行性研究[J].煤炭技術(shù)，2019（11）：129-131.

[2]武青梅.煤礦低濃度瓦斯發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J].能源與節(jié)能，2018（9）：48-49.

作者簡介：

賀磊鵬（1986- ），男，山西晉城人，本科學(xué)歷，助理工程師，研究方向：高低濃度瓦斯發(fā)電及電氣工程。