瓦斯發(fā)電廢氣余熱再利用研究

鄒杰+段文文

（華晉煤層氣綜合利用有限責任公司瓦斯電廠 山西呂梁 033300）

摘要：本文通過利用瓦斯進行發(fā)電過程中引發(fā)的廢氣余熱處理問題，通過安裝鎳基釬焊熱管式換熱器回收廢氣余熱再利用，從而提高了能源的利用率，實現(xiàn)了變廢為寶，物盡其用的科學發(fā)展思路，為節(jié)能減排闖出了一條成功之路。

關鍵詞：瓦斯發(fā)電；廢氣余熱；利用

1瓦斯發(fā)電廢氣余熱再利用概述

某瓦斯發(fā)電公司現(xiàn)有裝機容量15×500 kW低濃度瓦斯發(fā)電機組（500GF1- 3RW型）。因瓦斯發(fā)電機組在正常運行時，瓦斯在汽缸內(nèi)爆炸燃燒做功后從排氣管所排出的熱煙氣溫度高達550 ℃，若不加以利用其熱量將白白浪費。將瓦斯機組排放的550℃左右的熱煙氣引至余熱鍋爐，其能量被吸收后產(chǎn)生蒸汽，來供礦區(qū)職工洗浴用，以實現(xiàn)余熱的回收利用。目前隨著國內(nèi)能源供應日益緊張，節(jié)能降耗，提高能源利用率越來越引起人們重視，燃氣機余利用是必然趨勢. 瓦斯發(fā)電與燃煤發(fā)電及其它形式發(fā)電相比，有其獨特的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（l）投資小，回收快，一般三年左右即可收回全部投資，利用瓦斯發(fā)電，特別是熱電聯(lián)產(chǎn)，具有很高的經(jīng)濟效益；（2）所用原材料是在礦區(qū)作為廢氣排放的瓦斯，與燃煤發(fā)電相比，發(fā)電成本低，在一定程度上減少了環(huán)境污染；（3） 瓦斯發(fā)電技術成熟、設備可靠，嘗試和推廣瓦斯發(fā)電可以拓展瓦斯應用領域，達到“以抽保用，以用促抽” 的目的，保證礦井安全生產(chǎn)；（4） 瓦斯發(fā)電站結(jié)構(gòu)簡單，規(guī)模?。ㄓ绕涫羌b箱式移動電站），易于安裝、搬遷，特別適合于抽排站和地面鉆孔等地點使用；（5）瓦斯發(fā)電耗氣量大，耗氣穩(wěn)定，有利于開展CD M 項目，獲得減排資金的支持；（6） 瓦斯發(fā)電設備可在熱電聯(lián)產(chǎn)、備用電力和調(diào)峰等方面應用，前景廣闊。

2.瓦斯利用的主要途徑

從世界范圍來看，瓦斯利用主要集中在民用、發(fā)電、工業(yè)燃料及化工等方面。因煤礦大多分布在較偏遠的地方，瓦斯民用項目要敷設大量的中低壓管網(wǎng)和人戶管網(wǎng)，投資成本大，而且民用消耗瓦斯氣量少，達不到一定規(guī)模（至少達10 萬戶以上），因此瓦斯民用項目收回投資比較困難。燃氣鍋爐利用瓦斯作為燃料，雖然消耗瓦斯氣量大（4t 燃氣鍋爐每小時約需濃度30 % 的瓦斯75 0 擴），但是，使用燃氣鍋爐熱效率較低，還受季節(jié)性限制，加之采利用瓦斯生產(chǎn)化工產(chǎn)品，經(jīng)濟性差，技術上也存在一定的問題。而瓦斯發(fā)電是利用目前成熟的內(nèi)燃機技術，僅對內(nèi)燃機的進氣系統(tǒng)和燃料供給系統(tǒng)加以改造，技術較為可靠。同時，內(nèi)燃機機組安裝靈活，可根據(jù)各地煤礦的實際情況，裝機規(guī)?？纱罂尚?。投資少見效快，一般三年即可收回全部投資。如果采取熱一電聯(lián)產(chǎn)技術，還兼具燃氣鍋爐優(yōu)勢，能源利用效率更高，是既有較高經(jīng)濟效益又有良好環(huán)保效益的項目，符合發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的要求，是瓦斯綜合利用的理想途徑。因此，瓦斯發(fā)電成為目前煤礦瓦斯利用的一種主要方式。

3.瓦斯發(fā)電的工作原理及余熱利用的可行性

瓦斯發(fā)電的工作原理類似于內(nèi)燃機工作原理，分為壓縮、燃燒、作功、排氣4個工作行程。期間，通過瓦斯與氧氣燃燒反應產(chǎn)生大量熱量壓縮活塞，驅(qū)動蝸輪做功，通過連桿機構(gòu)，將化學能轉(zhuǎn)化為機械能再轉(zhuǎn)化為電能。瓦斯燃燒會產(chǎn)生大量熱量，除部分用于驅(qū)動活塞作功外，其余熱量隨廢氣排出缸體，排出的廢氣溫度達500 ℃- 600℃。

3.1問題的分析

（1）從瓦斯發(fā)電的工作原理可知，排放的廢氣帶有大量熱量，廢氣未處理直接排入大氣，對周圍環(huán)境溫度影響較大，一方面會加速設備老化過程，縮短設備使用壽命，另一方面對操作人員身體也會有影響。（2）廢氣余熱不回收利用，也會造成浪費，同時在冷卻降溫過程中會增加冷卻水的用量，起不到節(jié)能降耗的作用。（3）利用瓦斯發(fā)電是為了充分利用瓦斯資源；但瓦斯資源未充分、有效利用，甚至引發(fā)其他問題，會降低瓦斯發(fā)電為企業(yè)帶來的社會效益和經(jīng)濟效益。

3.2余熱回收裝置的傳熱原理

鎳基釬焊熱管式換熱器由汽包、熱管區(qū)、煙氣進出口煙箱組成，其原理是利用高溫煙氣和水的傳熱系數(shù)不同。首先將鎳基釬翅片與進入煙道箱的高溫煙氣換熱，換熱均衡后煙氣排出，熱管換熱后再與在高換熱系數(shù)側(cè)采用光管與汽包內(nèi)的水換熱，產(chǎn)生熱的冷凝水流出汽包箱。在實際運用中，就是在原有的發(fā)電機組的高溫煙氣管線上，直接將煙氣進出口和煙道連接。當加熱區(qū)和散熱區(qū)的溫度接近相同，溫差損失小。熱管是一種高效傳熱元件，它利用封閉管內(nèi)介質(zhì)的沸騰吸熱和冷凝放熱進行熱傳導，傳熱在飽和溫度下進行，具有極高的導熱性能。圖1余熱回收裝置工作示意圖

4.結(jié)論

瓦斯發(fā)電站廢氣回收利用表明，余熱回收裝置與瓦斯發(fā)電機組的配套使用，是煤礦綜合利用瓦斯，變害為利的有效途徑。采用這種方式，既能提高瓦斯的利用率，又能降低其他能源消耗，對高瓦斯礦井如何治理和利用瓦斯起到了示范效果。通過該礦幾年的實踐充分證明，瓦斯綜合開發(fā)利用在解決礦井自身能源方面需求方面效果明顯，是探索節(jié)能減排的一條有效方法，隨著瓦斯發(fā)電技術運用的日趨成熟，瓦斯發(fā)電技術會被廣泛運用，但發(fā)電過程中引發(fā)的問題也是不容忽視的。

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