煤矿瓦斯发电方案论证word版.docx
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煤矿瓦斯发电方案论证word版
××矿务局××煤矿
低浓度瓦斯发电项目方案论证
前言
××油田××动力机械集团有限公司是我国最大的专业化生产燃气发动机及其发电机组的企业，是瓦斯发电技术的创新者，是瓦斯发电安全生产行业技术标准的主要制定者，是国家相关产业政策制定的参与者和提倡者，在燃气发电行业中唯一获得“中国名牌”产品的企业。
2005年12月25日，低浓度瓦斯发电技术通过了由国家安全生产监督管理总局组织的鉴定。
2008年5月29日，低浓度瓦斯发电机组被国家发改委作为“重点节能新产品”进行推广。
2009年国家安全生产监督管理总局委托××油田××动力机械集团有限公司起草编制了低浓度瓦斯综合利用领域的4项安全生产行业标准。
2009年12月11日国家安全生产监督管理总局2009第21号公告，公布低浓度瓦斯综合利用安全生产行业标准：
序号
标准编号
标准名称
起草单位
1
AQ1074-2009
煤矿瓦斯输送管道干式阻火器通用技术条件
××集团
2
AQ1075-2009
煤矿低浓度瓦斯往复式内燃机驱动的交流发电机组通用技术条件
××集团
3
AQ1077-2009
煤矿瓦斯往复式内燃机发电站安全要求
××集团
4
AQ1078-2009
煤矿低浓度瓦斯与细水雾混合安全输送装置技术规范
××集团
此次颁布的标准已于2010年7月1日正式实施，依据标准，CH4浓度在30%以下的瓦斯可以被安全的输送和利用。
低浓度瓦斯发电的主要技术难题是如何解决好瓦斯的地面正压输送的安全问题、发电设备的安全性及对瓦斯的适应性问题。
××集团是这样解决上述技术难题的：
一、解决输送安全问题----多级阻火（被动阻火）与细水雾混合输送（主动阻火）技术
1多级阻火技术（被动阻火）
所谓被动阻火是指当瓦斯输送过程中产生爆炸火焰时，阻火装置安全的将爆炸火焰阻在前端，不向后面传播，从而保证矿井的安全。
系统包括：
水位自控式水封阻火器、瓦斯管道专用阻火器、溢流脱水水封阻火器等共三级阻火装置。
2细水雾混合输送技术（主动阻火）
我公司自行研发的煤矿低浓度瓦斯与细水雾混合安全输送装置已经取得发明专利，细水雾输送技术又称主动阻火技术，主要包括：
细水雾灭火技术及脱水技术。
细水雾灭火机理为：
一是冷却，细水雾颗粒容易气化，大量吸热，迅速降温，终止燃烧；二是稀释，细水雾迅速蒸发，由液相变为气相，瓦斯气体被水汽稀释，抑制火焰。
脱水技术是通过脱水器将瓦斯中水分脱离。
脱水器由旋风脱水和重力脱水串联实现，设置在低浓度瓦斯设备前，达到机组进气要求，每台发电机组分别对应一套脱水器。
我公司的煤矿瓦斯细水雾输送及安全发电技术已经于2005年12月25日经过国家安全生产监督管理总局的鉴定，鉴定委员会认为：
“该项目构思新颖，在煤矿抽放瓦斯利用方面提供了新的思路，其成果达到国际先进水平，同意通过技术鉴定。
”
二、确保发电设备的安全及适应瓦斯浓度变化
1、发电设备的安全措施----瓦斯管道专用阻火器。
我公司生产的低浓度瓦斯发电机组装有4道阻火器，能有效阻止火焰向后传播。
阻火器已于2005年6月26日通过公安部天津消防研究所鉴定。
2、适应瓦斯浓度变化----快速混合技术。
因为煤矿抽排瓦斯过程中浓度和压力不稳定,瓦斯发电机组采用电控混合技术对发动机的空燃比进行实时控制，发动机自动实时监控燃烧状况，实时执行器调整燃气通道，从而改变燃气进气量，达到自动调节混合比的目的，使发动机空燃比始终保持在理想状态。
低浓度瓦斯浓度只要达到9%以上就可以用来稳定发电。
我公司低浓度瓦斯发电机组持续功率达到600kW，发电效率达到38%以上,在永城煤电集团、平煤集团、盘江煤电集团、××矿务局、水城矿务局、六枝工矿集团、鹤壁矿务局、焦煤集团矿务局、淮北矿务局、淮南矿务局、丰城矿务局、徐州矿务局、沈煤集团、阜新矿务局、邯郸矿务局、神华集团、皖北煤电集团等全国大中型煤矿均有我公司低浓度瓦斯发电设备。
我公司能提供完备的燃气发电工程完整的解决方案，包括设备的提供，工程的设计、施工和后期运用管理等。
我公司真诚希望与贵公司再次合作，继续将瓦斯发电产业发展壮大。
××油田××动力机械集团有限公司
一、项目概述
1、企业简介
××矿务局××矿业有限公司由××矿务局、××煤业集团有限公司、××发电有限公司共同出资组建，主要负责××煤矿的建设工作。
××煤矿于2002年7月28日开工建设，设计能力45万吨/年，××煤矿预计投资15490万元（其中：
××矿务局51％、××煤业集团有限公司40％、××发电有限公司9％）。
矿井位于××县十字乡，距××县城14km，距××电厂85km，距新××火车站17km，距××火车站24km，行政区划属××县十字乡管辖。
二、电站设计原则及电站规模
1、主要技术设计原则
根据节能建设方针、相关法律细则和地方法规、国家和行业有关设计规范和规程，本工程在设计中将体现以下技术原则：
1.1统一规划、以气定电和适度规模的原则，以最大限度的利用××煤矿抽排瓦斯为主要任务。
1.2尽量控制工程造价，提高经济效益，工艺流程合理，管线布置短捷，建筑物布置紧凑，减少工程占地，缩短建设工期，提高综合经济效益。
1.3根据能源供应条件和优化能源结构的要求，从改善环境质量、节约能源出发，优化电站方案。
1.4低浓度瓦斯发电站设计体现现代化、规范化、自动化。
2、建设规模确定
2.1燃料供应
××煤矿现有高负压和低负压两套抽放系统情况如下：
A、高负压抽放系统：
两台最大抽速：
110m3∕min，电机功率：
132KW的抽放泵，一用一备。
B、低负压抽放系统：
两台最大抽速：
250m3∕min，电机功率：
280KW的抽放泵，一用一备。
根据抽放数据记录计算，目前××煤矿抽排瓦斯纯流量为6m3∕min，抽放浓度5—8%，可以满足2台600千瓦机组的运行要求。
2.2建设规模的确定
按照“以气定电，适度规模”的原则确定电站规模，以充分利用××煤矿抽排瓦斯为主要原则。
××集团研制的单台600GF1-1PWWD低浓度瓦斯发电机组耗气量为2.76方/min，单台500GF1-3PWWD低浓度瓦斯发电机组耗气量为2.4方/min。
根据矿方瓦斯利用规划及预计瓦斯抽排情况，结合500千瓦、600千瓦机组的运行、发电情况，××煤矿瓦斯发电规模初步定为规划2台600GF1-1PWWD型低浓度瓦斯发电机组。
3、节约能源及原材料
本工程采用2台600GF1-1PWWD低浓度瓦斯发电机组充分利用××煤矿排空的瓦斯发电实现能源综合利用。
此举不仅可以为企业创造经济效益，还可以减少温室气体排放，改善当地的大气环境，保护人类的生态环境。
本项目利用矿井抽排的瓦斯发电，按1Nm3纯瓦斯可发电3.6kW•h计算，则××煤矿目前抽排瓦斯每小时可供发电1200kW，按照300天计算，年发电量为864万kW•h。
4、600千瓦机组优势分析
600kW燃气发电机组是××集团集二十多年燃气机研究制造经验经过创新推出的又一系列新产品，具有更高的燃气适用性、动力性、经济性、排放性、可靠性和安全性，达到了国内领先水平。
产品性价比高，是用户首选的燃气发电设备。
600kW燃气发电机组技术特点：
●优化燃烧室结构，燃烧更迅捷，热效率更高
●优化配气系统，充气效率高，混合气充量大，做功能力强
●优化增压器结构，增压器匹配更合理，提高了增压器工作效率和工作寿命，发动机输出功率更高
●新气门驱动机构，提高了气门磨损均匀性，改善了气门的密封性，优选了气门与座圈配对材料，增加了使用寿命，提高了气缸盖的维修周期
●具有专利的空气/燃气混合控制技术，空燃比适应范围广
●采用TEM全电子监控系统，直观显示发动机运行参数，并可实现自动运行与保护
●具有防回火、发动机保护、电力保护等齐全的安全保护措施，运行更安全
●具有热交换器冷却和多风扇水箱冷却方式，满足用户不同使用环境
●产品品种齐全，可适应天然气、沼气、高浓度瓦斯和低浓度瓦斯发电需要
●并网运行持续功率达到600kW
●发电效率超过38%
●机油消耗率不超过1.0g/kWh
●排放指标达到国III排放标准
●产品大修期：
30000h
三、投资效益分析
1、投资估算表
瓦斯发电工程投资估算表（总体规划2台）
序号
项目名称
型号规格
单位
数量
单价
合价
（万元）
（万元）
一
工程费
566.5
（一）
设备及主材购置费
452.2
电
气
部
分
1
发电机组
600GF1-1PWWD
台
2
128
256
2
电瓶柜
DPG-30AH/220V
台
1
3
3
3
变压器低压进线柜
BJ（一控二）
台
1
6
6
4
站用电配电柜
GGD
台
1
2
2
5
启动柜
QD3000A
台
1
2
2
6
高压开关柜
KYN-28A
台
3
7
21
7
直流屏
GZDW
台
1
5
5
8
水雾监控系统
SK01B
套
1
12
12
9
微机监控系统
TEM-WS12V190
套
1
8
8
10
软化水箱控制箱
AA3
台
1
0.5
0.5
11
卧式多风扇水箱配电柜
GGD
台
1
5
5
进
气
部
分
1
通用波纹膨胀节
DN300
个
1
0.8
0.8
2
水位自控式水封阻火器
WGZS300.00
个
1
7
7
3
丝网过滤器
CWS300.00
个
2
2
4
4
低温湿式放散阀
FSF300.00
个
1
1.6
1.6
5
防爆电动蝶阀
DN300
个
1
1
1
6
水雾发生器
SWFSQ300.00B
个
3
1
3
7
溢流脱水水封阻火器
WGZ（TY）300.00
个
1
6
6
8
瓦斯管道专用阻火器
WGZ300.00
个
2
10
20
9
旋风重力脱水器
TSQ01.00B
个
2
2.5
5
10
立式多级离心泵
KQDL50-15X11C
个
2
3
6
11
智能涡街流量计
水雾管线
个
1
0.8
0.8
12
进气、水雾管线、仪表及阀门等附件
DN300管线
项
1
15
15
燃气报警
1
燃气报警系统（3个探测器）
套
1
5
5
消防
1
消防水泵
个
2
2
4
排气
1
消音器、排气管
套
2
1
2
余热利用部分
1
余热锅炉
台
2
5
10
2
补水泵
台
2
1
2
3
全自动软水器
MHW-I-R-AT350
台
1
3
3
4
软水器给水泵
KQL25/160-1.5
台
2
0.5
1
5
装配式钢板给水箱
2mx2mx1m
台
2
1.5
3
6
涡街流量计
台
1
1
1
7
余热管线、锅炉平台/阀门及仪表等
套
1
10
10
冷却部分
1
卧式多风扇水箱
RDFX600
台
2
8
16
2
液位传感器
UQK-71-10
套
1
0.5
0.5
3
冷却管线、阀门等
DN250管线
项
1
5
5
（二）
运输费
台
2
2.5
5
（三）
安装工程费
项
1
20
20
（四）
土建工程费
89.3
土建部分
1
发电机房
平米
180
0.11
19.8
2
高、低压配电室及配套用房
平米
150
0.11
16.5
3
变压器安装区
平米
50
0.09
4.5
4
厂区道路、围墙、地面硬化
项
1
20
20
5
设备基础、管架基础
项
1
10
10
6
电缆沟、排污沟
项
1
5
5
7
泵房
平米
100
0.09
9
8
雾化水池安装区
平米
50
0.09
4.5
二
其他费用
20
设计费
项
1
20
20
四
总造价
586.5
说明：
1、各建筑物每平方米造价包括其配套的水、电、暖、通等的费用；
2、本估算中的“安装工程费”包括辅助材料费、机械费、人工费、管理费、利润、税金；
3、运输费包括机组及配套设备运输；
4、其他费用中各项费用均按国家、行业有关标准计算；
5、本估算为建设投资估算，未包括流动资金的估算等；
6、本估算未包括降噪部分和绿化部分；
7、本估算电气部分电缆不包含站外部分；
8、本估算余热部分包括站外管线；
2年总运行成本
机组连续运行功率按600kW，年运行时间为300天。
年发电量：
2台×600kW/台/h×24h×300天＝864万kWh。
年运行成本：
包括机油消耗、人员工资、设备维护、设备折旧等。
发电成本按0.10元/kWh测算:
总成本＝发电成本×年发电量
＝0.10元/kWh×864万kWh
＝86.4万元
3年收益
a、发电收益
电价按0.5元/kWh计算
年发电量：
864万kWh
年发电收益＝年发电量×电价
＝864万kWh×0.5元/kWh
＝432万元
b、余热收入
标煤按照400元/吨计算。
1kg标煤热值为29260kJ，每台机组可回收余热96.4万kJ/h，煤的热效率按60%计算，每小时节约标煤量为：
964000÷（29260×60%）=0.0549吨/每小时，则年余热收入为：
400×0.0549×7200×2＝31.62万元
4效益分析
年收益：
发电收益+余热收入=432+31.62=463.62万元
年总运行成本费用为：
86.4万元
年收益＝年发电收益-年总成本费用
＝463.62万元－86.4万元
＝377.22万元
投资回收＝项目总投资÷年收益
＝586.5万元÷377.22万元
≈1.6年
5、电站定员测算
电站职工定员表
序号
名称
班制
每班人数
小计
备注
1
发电机组运行工
4
2
8
四班三倒、包括值长一名
2
燃机维修工
2
3
技术员
1
4
管理人员
1
合计
12人
四、工程设想
1、电站总平面布置
结合电站选址的实际情况，根据生产流程、使用要求、自然条件、建筑材料和建筑技术等因素，结合工艺设计，满足2台燃气发电机组正常运行和维护保养需要，留有足够的操作间距、维修场所和设备安装进出运输通道以及符合国标安全防火规范间距的前提下，尽量做到生产流程、工艺流向合理；尽量减少管线长度，避免交叉，减少弯曲；注意噪声控制和隔震；尽量做到电站布局整齐、美观，创造良好的使用条件和操作环境。
发电机房内2台发电机组单列布置，综合泵房在发电机房西侧，高低压配电室、变压器安装区布置在发电机房北侧，间距12米，雾化水池安装区布置在发电机房东侧。
2、建构筑物
电站主要建构筑物有发电机房、高低压配电室、变压器安装区、雾化水池安装区、综合泵房、配件维修室、办公室、休息室等。
发电机房为彩钢板轻钢结构门式钢架房屋，高低压配电室、配件维修室、办公室、休息室、综合泵房等为砖混结构房屋，变压器安装区为砖混围墙结构，雾化水池安装区为半敞开式砖混结构房屋，冷却水池采用钢筋混凝土结构。
2.1设计遵循的有关国家标准、现行国家规范和地方标准
《煤矿瓦斯输送管道干式阻火器通用技术条件》AQ1074-2009
《煤矿低浓度瓦斯往复式内燃机驱动的发电机组通用技术条件》AQ1075-2009
《煤矿瓦斯往复式内燃机发电站安全要求》AQ1077-2009
《煤矿低浓度瓦斯与细水雾混合安全输送装置技术规范》AQ1078-2009
《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）
《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）
《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）
《砌体结构设计规范》（GB50003-2001）
《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）
《火力发电厂土建结构设计技术规定》（DL5022-93）
《构筑物抗震设计规范》（GB50191-93）
《火力发电厂与变电所设计防火规范》（GB50229-96）
2.2建筑及结构（按照2台机组规模布置）
合理解决房屋内部交通、防火、防爆、防腐蚀、防噪音、隔振、保温、隔热、日照、采光、照明、自然通风等问题，为生产人员创造一个优美的工作环境。
1）发电机房
发电机房采用彩钢板轻钢结构门式钢架房屋，长为15米，宽为13.5米，厂房基础采用混凝土基础。
2）综合泵房：
长10m，宽8m，檐高4.5m，砖混结构，钢筋混凝土屋面。
3）配电及控制室
低压配电室长10m，跨度为7.2m，梁底标高为4.5m。
砖混结构，钢筋混凝土屋面。
高压配电室长8m，跨度为7.2m，梁底标高为4.5m。
砖混结构，钢筋混凝土屋面。
4）维修配件室
维修配件室长3.9m，跨度7.2m，砖混结构，钢筋混凝土屋面。
5）冷却部分占地
主要为布置多风扇冷却水箱，宽度为7米。
6）环形消防通道
围绕发电机房铺设环形消防道路，宽度为不小于4米。
2.3室内、外装修及工程做法
地面：
高低压配电室、办公室铺装瓷砖，其它工业建筑地面为混凝土水泥地面。
外墙面：
高低压配电室等砖混结构房屋为混合砂浆抹面，外刷外墙涂料。
内墙面：
高低压配电室等砖混结构房屋为混合砂浆抹面，刷乳胶漆。
门窗：
所有门窗采用塑钢门窗，门窗玻璃采用中空平板玻璃（平板玻璃选用普通浮法玻璃），高、低压配电室等经常开启的窗户设钢丝网。
顶棚：
混合砂浆抹面，刷乳胶漆。
砖墙下条形基础采用混凝土基础或钢筋混凝土基础。
建筑物抗震构造做法见97G329-1～9，跨度≥6000㎜的梁下砖柱采用配筋砖砌体。
本工程所有建筑物按6度设防。
混凝土强度等级，主要结构采用C25，一般结构采用C20，预制钢筋混凝土采用C30，钢筋采用I、II级钢筋。
当采用标准图集时，其材料按图集规定采用。
3、电力部分
瓦斯发电站所发电力全部供给矿井用电，瓦斯发电站并网电压采用10kV，并网点为矿井10kV变电所，10kV并网线路为2回，一期1回，采用钢芯铝绞线架空敷设。
发电机组所发电力可以是400V或者10kV，具体根据矿方要求确定。
电站内10kV母线采用单母线接线系统，10kV配电装置选用KYN28—12型金属铠装中置式开关柜，内配ZN40A-12真空断路器。
400V母线采用单母线接线，选用MLS低压组合式开关柜。
4、控制部分
发电机组采用一控二型TEM工控系统，共计1台TEM工控机，机组运行状态采用在发电机组控制屏及TEM工控机上监测。
TEM工控系统包含通信管理装置及后台系统。
低浓度瓦斯细水雾输送系统设置1台监控柜，对水雾输送系统进行实时监控。
在发电机房内、雾化水池安装区设置可燃气体探测器，实现发电机房和雾化水池安装区燃气泄漏浓度检测及报警。
瓦斯发电站采用微机综合自动化系统对全厂电气系统进行监控和保护。
保护测控功能一体化单元安装于开关柜上。
发电机组采用自带的控制保护系统，并与微机综合自动化系统进行通信联系。
系统可实现的监控功能主要有：
－实时数据采集；安全监视与控制；屏幕显示与操作；制表打印及画面拷贝。
－电气主接线图及潮流图显示。
－各开关状态及动态实时数据显示。
－报警并自动切换事故画面；提供事故信号复位功能。
－微机保护信号采集，包括保护动作信息、事件顺序记录。
－电力系统事故记录，包括开关状态变位记录、事件顺序记录。
－提供各种数据计算功能，并整点记录有关量值。
－向电力调度发送远动信息。
－厂用电源快速切换。
5、冷却循环系统
考虑到××煤矿补给水源较为紧×的现实情况及600GF1-1PWWD燃气发电机组的性能要求，本工程机组冷却循环系统采用闭式循环，卧式多风扇水箱冷却，电站生产生活补给水引自矿区供水管网。
发电机组冷却循环系统分为高温、低温两部分，高温冷却循环主要是冷却发动机机体、气缸盖等部件，低温冷却循环主要是冷却机油、空气等。
冷却循环系统的软化水通过发电机房内高架软化水箱与内循环管路的自然压差自动补给，发电机房内软化水箱软化水接自余热泵房软化水处理装置。
电站需水量及水量平衡
本工程2台600GF1-1PWWD燃气发电机组站内生产生活用水、发电机房清洁用水、软水器耗水、水雾输送系统耗水等每小时需水量一期为1.50M3左右。
机组冷却循环系统工艺流程为：
卧式多风扇水箱→冷却循环进水管→闸阀→机组需冷却部分→闸阀→冷却循环回水管→卧式多风扇水箱。
冷却循环水管工作压力为0.3MPa。
管线连接采用焊接及法兰连接结合的方式。
卧式多风扇水箱技术参数
外形尺寸：
长×宽×高=3790×1940×1760
电机功率：
8×1.5kW＝12kW
散热面积：
高温芯子300m低温芯子300m
介质容量：
0.1m
进、出口管径：
DN65
特点：
卧式多风扇水箱采用叶片轴流吸风式冷却风扇。
冷却风扇共有8个，每个风扇功率为1.5kW，可以通过控制风扇开启数量来控制水温。
冷却部分分高低温两排换热器，高温在上低温在下。
开机前应观察水位，如果水位偏低可通过进水口补充软化水，补充时打开放气口，直到放气口有水冒出为止。
发电机组冬季停机后，应将卧式多风扇水箱及冷却循环管线内的循环水排净。
6、燃气进气系统
本工程共敷设1条DN300的瓦斯输送主管线，为2台发电机组输送瓦斯气。
本工程利用瓦斯为低浓度瓦斯，为了确保发电机组的正常运行，在瓦斯输送管线上安装水位自控式水封阻火器、丝网过滤器、瓦斯管道专用阻火器、低温湿式放散阀、防爆电动蝶阀等设备，并通过瓦斯与细水雾混合输送系统，将低浓度瓦斯输送到发电站。
瓦斯通过水雾发生器后含有水雾，避免了火焰的产生（静电或其它产生的火焰），并起到阻火的作用，保证了瓦斯管道输送的安全性。
每台发电机组进气支管的管径为DN200，在每台发电机组前面安装一台旋风、重力脱水器将燃气中的液态水分离出来，并通过旋风重力脱水器回水总管流回雾化水池。
瓦斯与细水雾混合输送安全机理如下：
冷却：
细水雾颗粒直径越小，相对表面积越大，受热后更容易汽化，在汽化的过程中，从燃烧物表面或火灾区域吸收大量的热量，从而使燃烧物表面温度迅速降低，当温度降至燃烧临界值以下时，热分解中断，燃烧随即终止。
稀释：
火焰进入细水雾后，细水雾迅速蒸发形成蒸气，由液相变为气相，气体急剧膨胀，最大限度地使燃烧反应分子在空间上距离拉大，抑制火焰。
本工程瓦斯输送总管选用符合SY/T5037-2000《低压流体输送管道用螺旋缝埋弧焊钢管》标准生产制造的焊接钢管。
每台发电机组的进气支管选用符合GB81
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