平舒礦區(qū)低濃度瓦斯發(fā)電余熱利用技術(shù)的應(yīng)用

李 斌

(晉中市陽煤揚德煤層氣發(fā)電有限公司，山西 045400)

1 平舒礦區(qū)瓦斯發(fā)電及余熱情況簡介

平舒礦區(qū)瓦斯發(fā)電項目位于山西省晉中市，是利用瓦斯為燃料進行發(fā)電的新型發(fā)電廠，共有30臺500kW瓦斯發(fā)電機組，型號為500GF9-WD，氣缸數(shù)量12，缸徑190mm，活塞行程210mm，活塞總排量71.5L，氣缸排列V型，夾角60°，標(biāo)定轉(zhuǎn)速1000r/min，最大功率500kW，持續(xù)運行功率415kW。發(fā)電機組溫度傳感器顯示氣缸內(nèi)溫度通常在600℃上下浮動。機組效率為每立方米純瓦斯發(fā)電3千瓦時，正常運行時消耗空氣與燃?xì)獗壤s15比1，按額定運行符合415kW計算，一小時耗氣量為：

415/3×(15+1)=2213m3

煙氣密度按1.25kg/m3計算，則一小時排煙重量為：

2213×1.25=2766kg

煙氣在100℃～600℃平均比熱容大約是0.27kcal/kg·℃，則每臺煤層氣發(fā)電機正常工作一小時可供利用的熱量為：

(500-165)×0.27×2766=325000kcal

2 平舒礦區(qū)瓦斯發(fā)電余熱利用形式

目前我電廠余熱利用有余熱鍋爐和缸套水板式換熱器系統(tǒng)兩種形式。

2.1 余熱鍋爐

余熱鍋爐是一種通過吸收發(fā)電機煙氣熱量，將水氣化成水蒸氣給生產(chǎn)生活提供熱量的裝置，由“鍋”和“爐”組成，“鍋”主要包含省煤器管組、蒸發(fā)器管組、過熱器管組、汽包以及其他換熱元件、列管、熱管、上升管和下降管爐墻、閥系和儀表組成?！盃t”主要包含煙箱、煙氣通道和鋼架組成，如圖1所示。該余熱鍋爐為小型低壓蒸汽鍋爐，主要滿足日常熱水供應(yīng)和冬季供暖需求。

圖1 余熱鍋爐

多臺瓦斯發(fā)電機組排出煙氣后在煙道匯合，煙氣→過熱器→蒸發(fā)器→省煤器→過濾器后排向大氣，此時煙氣溫度降為100℃～220℃。余熱鍋爐換熱器換熱效率為90%，飽和蒸汽溫度150℃，蒸汽比焓656kcal/kg，進水比焓20kcal/kg，則1臺發(fā)電機每小時余熱可產(chǎn)生的蒸汽量為：

325000×90%÷(656-20)=459kg

我廠30臺發(fā)電機一天余熱可產(chǎn)生的蒸汽量為459×30×24=330480kg。

2.2 缸套水板式換熱器系統(tǒng)

發(fā)動機活塞在氣缸中做功使氣缸產(chǎn)生高溫高熱，為了使氣缸溫度保持在合理范圍內(nèi)，在氣缸外圍裝設(shè)循環(huán)水系統(tǒng)用以冷卻氣缸，我們把這種冷卻水叫缸套水，也叫高溫循環(huán)水。500GF9-WD機組正常工作時，缸套水出水溫度在(80±5℃)，回水溫度低于出水溫度7～10℃。循環(huán)水泵流量60m3/h,揚程20m，轉(zhuǎn)速2863r/min,軸功率5.1kW，重量21kg。按溫度降低9℃計算：

Q釋放=4.2×103J/(kg·℃)×60×1000kg×9℃

=54.2萬kcal/h

可得出一臺500kW煤層氣發(fā)電機組一小時缸套水可釋放熱量約54.2萬千卡，熱量加以利用，不僅可以方便生產(chǎn)生活，還可以減少之前風(fēng)機散熱所消耗的電能。

水-水熱交換板式換熱器是由規(guī)定數(shù)量的波紋狀金屬片疊加而成，各金屬片之間形成薄矩形通道進行熱交換，如圖2所示。采用HBB板式換熱器,設(shè)計壓力1.0MPa,設(shè)計溫度150℃，換熱面積19.2m2，配套給水泵功率7.5kW，流量25m3，揚程50m。該設(shè)備換熱效率高，熱損失小，體積小，清洗維護方便，使用壽命長。由于冷熱水之間是逆流流動，熱交換效率相當(dāng)高，可以使冷熱水最小溫差達1℃。大大減少了熱量損失。

3 關(guān)于瓦斯發(fā)電機組余熱利用的設(shè)想

3.1 發(fā)電機組循環(huán)冷卻水余熱為周邊村莊供暖

圖2 缸套水板式換熱器系統(tǒng)

周邊村莊沒有集中供暖系統(tǒng)，取暖措施主要靠燃煤鍋爐取暖，近年來為了改善空氣質(zhì)量，山西頒布了“禁煤令”，禁止所有散煤燃燒，要求實施煤改電，但是村莊居民擔(dān)心電費昂貴，增加經(jīng)濟負(fù)擔(dān)，冬季取暖問題尚未得到妥善解決。因此，可利用瓦斯發(fā)電機組余熱給周邊住戶取暖，安裝供暖系統(tǒng)后，在加壓泵上鏈接高溫循環(huán)管線，讓循環(huán)水進入用戶的供暖系統(tǒng)后供暖，通過調(diào)節(jié)塔門來控制水溫。這樣既可以避免余熱浪費，又創(chuàng)造了經(jīng)濟效益。

3.2 發(fā)電機組循環(huán)冷卻水余熱為農(nóng)戶大棚供熱

發(fā)電機組循環(huán)冷卻水連接板式換熱器后進入大棚地暖管道，對土壤進行加熱，通過提高土壤溫度讓農(nóng)作物提前萌芽。進入大棚管道前安裝溫控功能，實現(xiàn)對大棚內(nèi)溫度的按需調(diào)控，精確控溫。農(nóng)戶大棚建設(shè)較集中，相對于為村莊供暖可減少發(fā)電機組循環(huán)冷卻水在運輸途中的熱能損耗。該種供熱方式經(jīng)濟環(huán)保，對農(nóng)作物無污染，給蔬菜、花卉等農(nóng)作物提供最理想的生長環(huán)境。

3.3 煙氣余熱為周邊村莊供暖

目前我廠區(qū)所用余熱鍋爐為小型低壓蒸汽鍋爐，主要滿足廠區(qū)日常熱水供應(yīng)和冬季供暖需求?？蛇M一步擴大供暖面積，但是也需要先在村莊安裝供暖管道后，使用熱網(wǎng)循環(huán)泵將余熱鍋爐內(nèi)的暖水輸送給住戶。

3.4 余熱回收后向風(fēng)井送熱風(fēng)暖井

將瓦斯發(fā)電機組產(chǎn)生的煙氣余熱經(jīng)過空氣換熱裝置將冷空氣加熱后輸送到煤礦風(fēng)井，替代了熱風(fēng)爐暖井，可以節(jié)約電能。