瓦斯發(fā)電機(jī)組余熱回收綜合利用方法分析

（中煤昔陽(yáng)能源有限責(zé)任公司瓦斯發(fā)電廠，山西 晉中 045300）

我國(guó)煤與瓦斯突出的礦井基本建立了煤層瓦斯抽采及瓦斯利用系統(tǒng)。設(shè)備瓦斯發(fā)電機(jī)組是瓦斯抽采利用的主要設(shè)備，在瓦斯發(fā)電機(jī)組工作過程中產(chǎn)生的高溫?zé)煔夂屠鋮s介質(zhì)余熱等，卻沒有被充分利用，綜合利用效能不足。因此，如何解決瓦斯發(fā)電機(jī)組余熱的二次深度利用問題，對(duì)提高綜合能效非常重要。

一、瓦斯發(fā)電機(jī)組煙氣和缸套冷卻循環(huán)水余熱系統(tǒng)現(xiàn)狀

瓦斯發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行發(fā)電過程中產(chǎn)生及排放出大量高溫?zé)煔猓渥詭Ю鋮s系統(tǒng)遠(yuǎn)不能滿足機(jī)組散熱的需求，且大大降低了機(jī)組發(fā)電運(yùn)行效率和使用壽命。對(duì)于瓦斯發(fā)電機(jī)組，燃料的能量有約35%被瓦斯發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)化為電能，其他約有30%的氣體燃料隨高溫?zé)煔馀懦觯?5%被發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水帶走，通過自身散發(fā)等其他因素?fù)p耗的約占10%，而這其中約一半的能量是可以被二次利用的。根據(jù)計(jì)算，瓦斯發(fā)電機(jī)組每提供100 kW 的電，所排出的尾氣余熱可滿足2500 m3的洗浴和采暖用水。由此可見，若將浪費(fèi)的熱能回收加以利用，不僅可提高能源利用率和設(shè)備運(yùn)行效率，降低生產(chǎn)支出成本，還可減少CO2 以及各種有害氣體的排放。

某瓦斯電廠現(xiàn)有8 X 2MW 燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組配8 x 1.25MW 余熱熱水換熱器。余熱換熱器產(chǎn)生熱水供站區(qū)建筑采暖及儲(chǔ)氣柜加熱，與煤礦換熱站之間循環(huán)供礦區(qū)洗浴和建筑采暖，附近村莊采暖；瓦斯發(fā)電機(jī)組缸套冷卻水中的熱量未進(jìn)行利用，全部通過遠(yuǎn)程散熱水箱排入大氣。

二、余熱回收綜合利用

瓦斯發(fā)電機(jī)組的余熱綜合利用包括發(fā)電機(jī)組高溫?zé)煔庥酂崂煤桶l(fā)電機(jī)組缸套冷卻水余熱利用。

針對(duì)瓦斯發(fā)電機(jī)組高溫?zé)煔鉄崃枯^為充足的特點(diǎn)，通過瓦斯發(fā)電機(jī)組排煙口加裝余熱回收裝置(即余熱換熱器和板式換熱器)，用于收集高溫?zé)煔狻?/p>

針對(duì)瓦斯發(fā)電機(jī)組缸套冷卻水熱量較為充足的特點(diǎn)，利用2 臺(tái)瓦斯發(fā)電機(jī)組的缸套冷卻水匯入1 臺(tái)ORC（采用“天加熱能”有機(jī)朗肯循環(huán) (ORC) 發(fā)電系統(tǒng)）余熱發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行余熱發(fā)電，在ORC 機(jī)組內(nèi)部缸筒冷卻水降溫，降溫后對(duì)瓦斯發(fā)電機(jī)組進(jìn)行冷卻。該發(fā)電系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)裝機(jī)容量280kw，滿足不同工況下余熱資源利用。

三、余熱回收系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

系統(tǒng)改造后實(shí)現(xiàn)節(jié)能，變廢為寶，既解決了散熱負(fù)擔(dān)且全年無運(yùn)行費(fèi)用產(chǎn)生；運(yùn)行穩(wěn)定，經(jīng)計(jì)算此系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量完全能滿足煤礦生活熱水所有熱量需求，設(shè)備采用熱交換原理，設(shè)備運(yùn)行可靠；精準(zhǔn)控制確保發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行，熱回收系統(tǒng)采用精準(zhǔn)水溫控制，誤差小，煙道排煙溫度合理，不會(huì)改變排煙成分和狀態(tài) (氣態(tài)) 。

四、系統(tǒng)運(yùn)行方式要求

瓦斯發(fā)電機(jī)組高溫?zé)煔庥酂峄厥詹捎? 臺(tái)臥式強(qiáng)制循環(huán)余熱換熱器，換熱量25.8t/h，出口水溫110℃，壓力0.7MPa 進(jìn)口煙氣溫度480℃，排煙溫度≤160℃。換熱器出口熱水管路采用母管制，該母管即為對(duì)外供熱一次管網(wǎng)，每臺(tái)換熱器出口熱水管道匯入供熱一次管網(wǎng)。換熱器產(chǎn)生熱水在供熱一次管網(wǎng)上分一路支管道送至輔助間換熱機(jī)組供站區(qū)建筑采暖及儲(chǔ)氣柜加熱，另分出一支路送至附近村莊采暖，主管路在電廠與煤礦換熱站之間循環(huán)，其循環(huán)動(dòng)力由三臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)泵（一用兩備）提供 。熱網(wǎng)循環(huán)泵電機(jī)功率30KW、揚(yáng)程70m、流量94 m3/h。燃機(jī)排出的高溫?zé)煔饨?jīng)三通門進(jìn)入余熱鍋爐煙氣空間換熱，換熱后的煙氣（≤160℃）經(jīng)煙囪排入大氣。余熱換熱器停運(yùn)時(shí)煙氣可經(jīng)三通門、消音器及旁通煙道排入大氣。

瓦斯發(fā)電機(jī)組缸套冷卻水余熱回收系統(tǒng)主要由熱水系統(tǒng)、ORC 發(fā)電系統(tǒng)和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)共三部分組成。1.熱水系統(tǒng)：2 臺(tái)瓦斯發(fā)電機(jī)組的缸套冷卻水出水約95°C,經(jīng)過匯合后直接進(jìn)入1 臺(tái)ORC 余熱發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行余熱發(fā)電，在ORC 機(jī)組內(nèi)部熱水溫度被降低至82°。同時(shí)設(shè)有熱水冷卻旁路(原有熱水冷卻器)，以防止ORC 機(jī)組停機(jī)造成發(fā)電機(jī)組過熱損壞，熱水管路設(shè)計(jì)流量計(jì)、溫度傳感器、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥門等監(jiān)測(cè)熱水流量、溫度隨時(shí)保證瓦斯發(fā)電機(jī)組正常工作。2.ORC 發(fā)電系統(tǒng)：瓦斯發(fā)電機(jī)的缸套冷卻水出水約95°C 熱水進(jìn)入ORC 余熱發(fā)電機(jī)組的蒸發(fā)器，加熱有機(jī)工質(zhì)使之變成高壓蒸汽工質(zhì)。高壓蒸汽工質(zhì)則進(jìn)入透平發(fā)電機(jī)，將低品位熱能轉(zhuǎn)化為高品位電能，成為低壓蒸汽。從透平出來的低壓蒸汽工質(zhì)，進(jìn)入冷凝器，經(jīng)冷卻水冷卻成為低壓液體。從冷凝器出來的低壓液體，進(jìn)入工質(zhì)泵，經(jīng)工質(zhì)泵增壓，進(jìn)入蒸發(fā)器完成整個(gè)發(fā)電循環(huán)。3.冷卻水循環(huán)系統(tǒng)：整個(gè)發(fā)電裝置附屬系統(tǒng)含循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，包括冷卻塔、循環(huán)水泵及管道閥門。循環(huán)冷卻水經(jīng)冷卻水泵送入機(jī)組冷凝器冷卻有機(jī)工質(zhì)，再回到冷卻塔向外排熱。

總結(jié)：通過對(duì)上述的內(nèi)容進(jìn)行分析研究后可以得出，通過一系列優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證了余熱回收綜合利用系統(tǒng)能夠科學(xué)有效的運(yùn)行，合理利用瓦斯發(fā)電機(jī)機(jī)組余熱中高低品位熱量，是一種非常經(jīng)濟(jì)的節(jié)能降耗方法。