创新成果申报表瓦斯电厂机电部.docx

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创新成果申报表瓦斯电厂机电部

贵州大方煤业有限公司科技创新成果申报表

申报单位：

机电部

项目名称

小屯煤矿瓦斯综合利用模式的探索与实践

完成单位

机电部

协作单位

主要完成人员

孙保国、孙守义、范玉全、徐金巨、韩光明、刘守金、郭布鲁、

付卓宁、朱万、王永红、吴南、周慧

技术水平

申报等级

分管领导批示

一、成果内容：

瓦斯发电机组及余热锅炉已完成安装总装机容量3600KW，年利用瓦斯970万m³/a产生电能1940万Kwh，供热47520GJ/a。

二、关键技术及创新点：

1、实现了能源的综合利用和企业的可持续发展。

2、减少温室气体排放，保护生态环境。

三、推广应用情况及前景：

我矿瓦斯电厂六台机组安装工作已完成总装机容量3600KW。

各富瓦斯矿井均可推广使用。

四、经济效益及社会效益：

1、每年可节约电费约1000万元，少用煤约720吨标准煤节资36万元；

2、实现了能源的综合利用及公司的可持续发展；

3、减少温室气体排放，保护生态环境。

另附成果文字说明

小屯煤矿瓦斯利用模式的探索与实践

1、问题的提出

小屯矿为高瓦斯矿井平均日瓦斯抽放量为4万m³，瓦斯浓度为18%。

大量瓦斯直接对空排放，未加以任何综合利用。

由于煤层瓦斯气体是一种洁净能源，又是一种温室气体，其温室效应为CO2的21倍，抽放的大量瓦斯排入大气中，不仅浪费了燃料资源，而且污染了大气环境。

二、设计目的

为了充分利用瓦斯资源，减少温室气体的排放量，实现能源的综合利用和企业的可持续发展。

3、选型方案

利用瓦斯发电机组进行发电需要一个完整的系统来支持，由土建工程、瓦斯发电机组、供气系统、电气系统、循环水系统、余热利用系统、供水消防系统、通风及噪声控制系统等子系统组成，下面分别进行论述。

第一部分机组选型

第一节瓦斯发电机组选型

利用煤矿瓦斯发电主要的方式有：

燃气锅炉汽轮机发电、燃气涡轮机发电、燃气内燃机发电。

其工艺流程如下：

由于煤矿瓦斯气体浓度相对不高，发热量较低，利用燃气锅炉带汽轮发电机组发电其系统复杂、占地面积大、发电效率较低，不宜采用；燃气轮机对进气要求较高，如对进气不加处理，则其燃烧煤矿瓦斯效率极低，如对进气处理到其要求的压力（0.9MPa），则由于其温度的上升而使瓦斯浓度处于爆炸区域，达不到安全要求，加之系统复杂、占地面积大、辅助设备多、维护工作量大，也不宜采用；根据青龙煤矿瓦斯抽采的特点及数量，采用瓦斯内燃机组进行发电最为合理，即选用瓦斯发电机组进行发电。

2.机组选型

由于煤矿瓦斯气体浓度相对不高，发热量较低，目前国内瓦斯发电站普遍采用瓦斯内燃发电机组，其中应用较多的国产机组主要有胜动集团、济柴动力及江苏南通宝驹生产的燃气发电机组，国外机组主要有美国卡特彼勒、德国萨尔能源公司生产的燃气发电机组等。

目前主流国产机组的容量主要有1000kW、600kW和500kW，国外机组的容量主要有1800kW和2000kW。

国内燃气发电机组的流程为:

煤矿瓦斯经过稳压和过滤可直接送入预燃室，由火花塞点燃出现多个着火点，然后由机组程控装置将预燃的瓦斯气通过电控混合器送入各个气缸燃烧做功，带动发电机工作。

由于对煤矿瓦斯的浓度要求在10%~30%范围内,因此不需要对煤矿瓦斯进行吸附浓缩,减少了燃气处理的中间环节,也节约了投资。

进口燃气发电机组的流程为:

煤矿瓦斯经过过滤、净化,然后进行变压吸附浓缩,使其浓度达到30%以上，最后进入燃烧室燃烧做功,带动发电机工作。

由于瓦斯气浓度较高,燃烧效率和热效率大大提高。

从技术性能、技术参数以及机组本身的先进性、可靠性及环保性上比较,国外设备具有领先水平。

从对煤矿瓦斯的质量要求上，国产设备的适应性更强，首先在煤矿瓦斯的浓度要求上,国产机组在10%的浓度时完全可以利用,国外机组必须达到30%以上，同时在进气压力方面国外机组要求20kPa以上，比国内机组要求（3～9kPa）高，国外机组对瓦斯气体的其它要求（如粉尘、温度、湿度等）也较高。

从适应我国目前矿井瓦斯的利用来看,国产机组更适合瓦斯发电的需要。

从经济指标上看，国外设备在长期运行中具有明显的优势，但是工程初期投资高。

综上所述，从性能及发电的稳定性上采用国外设备效益好于国产设备。

但是考虑目前在国内运行的机组中，国外设备少，存在运行过程中的备品备件不如国内机组多，同时应用国内设备对进气浓度和质量要求较低，经过综合考虑，小屯煤矿瓦斯发电站采用国内成熟的小机组比较合适。

3.装机规模

本工程可利用的浓度20％～40%以上瓦斯纯量为23268.64m³/d，其总发电容量为：

Pz=23268.64×3.5÷24=4072.01kW

总安装容量取4000kW。

一期选用600kW机组6台，装机容量为3600kW。

因此小屯煤矿瓦斯发电站总装机容量为6×600kW，一期先行安装6台600kW机组以后随瓦斯抽排量的增加情况而逐步增加机组。

矿井平均日瓦斯抽放量为4万m³，燃气瓦斯浓度范围18%，单机组小时耗气量为5260Nm³/d，瓦斯供应量满足发电机组的要求。

第二节工艺系统及辅助设备选择

1.燃气系统

燃气系统采用单母管制。

母管流量按6台瓦斯发电机组的瓦斯供应量（4万m3/d）考虑，折合成混合气体其流量为7.2万m3/h，管道采用D426×9无缝钢管。

每台机组的供气管道分别从母管接出，经闸阀、阻火器和机组配供的防爆电磁阀和减压阀进入机组预燃室，由火花塞点燃出现多个着火点，然后由机组程控装置将预燃的瓦斯气通过电控混合器送入各个气缸燃烧做功，带动发电机发电。

做功后的废气经机组排气口排出，每台机组设有一个排气口，排气管道上设有切换蝶阀，正常运行时，排气经余热锅炉回收热能降温后排出，余热锅炉故障维修时，也可直接排放。

2.循环水系统

本系统用于瓦斯发电机组的缸套冷却，主要由一套全自动软水制备装置、补水泵、循环泵、机力通风玻璃钢冷却塔等设备组成。

机组循环冷却水系统由内循环和外循环2套系统组成。

内循环系统冷却水为软化水，闭式循环，基本无损耗。

在发电机房内设一软化水箱，通过管路送至各发动机。

外循环系统冷却水采用一般清洁水，为节约水资源，采用开方式循环。

系统原水接自小屯矿井自来水管网。

外网自来水用做冷却水，一路直接进入冷却塔下部的高、低温循环水池，由循环水泵供给燃气发动机的高、低总管作为冷却用水，吸热后的热水利用余压返回冷却塔，冷却后循环使用；另一路进入软水制备装置，产出软化水作为循环冷却系统的补充水，同时供给余热利用装置用水。

3、排气及余热利用系统

瓦斯发电机组燃烧后的尾气排放温度很高，约为450～500℃。

排气量约为520～650m3/h,若直接排入大气，不仅浪费了能源，还会对附近环境造成不良影响。

因此，每台机组配套一台余热利用装置（“燃气—蒸汽”发生器），对机组的排气余热回收利用，使排气温度降到150℃左右排放。

将软水装置产出的软化水通入其中，利用瓦斯发电机组排放的尾气进行加热，可以生成0.6MPa、150℃的饱和蒸汽。

自然循环型余热蒸汽锅炉的，单机额定出力为0.46t/h，总出力为6×0.46t/h。

可节约供蒸汽气量2.76t/h。

利用瓦斯发电机组尾气余热产生的饱和蒸汽通过管道送入小屯煤矿锅炉房的热交换器转换成95℃的热水后，可供矿井生产、生活建筑物采暖及生活用热。

第三节电气主接线及厂用电

1.电气主接线

瓦斯发电机组所发电力全部供给矿井用电。

根据装机容量及供电性质，采用了10kV电压等级接入系统，接入点为矿井35kV变电所10kV母线。

燃气发电机组所发电力以400V电压等级经PLT－500机组控制屏和PF2机组控制屏至低压配电屏，汇流后经10.5/0.4kV升压变压器升压至10kV后经10kV电缆线路接入矿井变电所。

400V母线为单母线分段接线，每3台发电机接入一段母线。

第二部分供水及排水

第一节电站水源

生产水源取自小屯煤矿现有供水管网，消防水源取自小屯煤矿现有消防管网。

第二节循环冷却水系统

1.气象条件

年平均气温：

15℃

极端最高温度：

34.6℃

极端最低温度：

-6.4℃

冬季平均风速：

3.4m/s

夏季平均风速：

2.8m/s

全年主要风向：

ES

2.循环冷却水指标：

浊度：

＜10mg/l

钙硬度：

宜＞1.5me/l但不宜＞8me/l

PH：

6.5~9.0

甲基橙碱度：

＞1.0me/l

3.冷却循环水量及补水量

电站安装6台瓦斯燃气发电机组，每台机组的高低温冷却循环水量约为50m3/h，循环水总量为300m3/h，总补充水量为10.5m3/h。

第三节消防给水

根据《火力发电厂与变电所设计防火规范》规定：

室外消防用水量为25L/s，火灾延续时间为2小时。

消防水接自矿井现有消防给水管网，管路采用DN100无缝钢管，消防管路连成环状。

发电机房、配电室等处设室外消火栓，各建筑物内按规定要求设置室内消防设施。

第三部分土建

土建工程主要包括发电机房、联合泵房、配电控制室、油脂库及围墙等

第四部分通风及噪声控制

第一节通风

1.气象资料

冬季通风计算温度：

2℃

冬季室外风速：

3.4m/s

主要风向：

EN

第二节噪声控制

噪声源主要是瓦斯发电机组的噪音，其声压级可达100dB（A），由于其结构的特殊性以及检修周期较短，故不宜对单台机组进行隔音处理。

对发电机房进行整体隔音降噪处理。

机房采用隔声门窗，内墙面敷设吸音材料，避免噪音外泄，同时减少机房内部混响，以保证机房室外噪声值低于60dB（A）。

机房散热用进风、排风管道采用消音风道或加设消音器等措施，避免噪音外泄，影响周围环境。

四、主要发明和技术创新点

1、对新设备、新技术进行了推广使用。

瓦斯发电机组是利用瓦斯气进行发电的设备，属于新兴产品，技术先进。

不同的瓦斯发电机组具有不同的特点，胜动600KW瓦斯发电机组在进气方式上技术先进，采用了微电子控制技术，根据瓦斯浓度的变化对混合气空燃比进行调节，较好地解决了传统燃气机因可燃气体浓度变化而造成的发动机熄火、爆燃、排气管放炮、进气管回火等问题；

2、采用了先进的并网技术，利用自动同期装置自动找同期并网，操作简单、安全、可靠，避免了人工操作失误造成供电系统解列故障的发生。

3、采用了微机监测技术，通过工控机对机组的缸温、油温、油压、转速、功率、电压、功率因数等各运行参数进行在线监测，随时掌握机组的运行状况，发现问题能够及时处理。

4、瓦斯发电机组和供电系统各种保护齐全，瓦斯发电机组具有：

燃气漏气保护、超速保护、机油压力低保护、水温高保护、机油温度高保护、发电机过流保护、欠压保护、短路保护、并网机组逆功率保护等；线路－变压器组具有：

速断保护、复合电压过流保护、过负荷保护、温度保护、单相接地保护等；35KV变电所10KV开关柜具有微机保护。

各种保护对瓦斯发电机组具有可靠的保护作用，保证机组的安全运行；对供电系统具有可靠的保证，杜绝了因瓦斯发电机组突然解列对大网的影响，对整个供电网络的稳定性有了充分的保证。

5、供气系统中具有瓦斯参数监测装置，对瓦斯气体进行在线监测，司机根据瓦斯气体供给情况对机组进行相应的调整。

6、利用瓦斯发电具有环保效益、经济效益和社会效益。

因瓦斯气的温室效应是二氧化碳的21倍，大量的瓦斯排入大气中对环境造成很大的污染，利用瓦斯发电可以消耗大量的瓦斯气体，减少了对大气的污染，具有较好的环保效益；

利用瓦斯发出的电量通过升压变压器并入35KV变电所10KV母线上，直接用于矿井的生产用电，减少的网供电量，年发电量在1940万度左右，每年可少缴纳电费约1000万元左右。

同时，采用高效余热锅炉对发电机组排出的尾气余热进行充分利用，生成饱和蒸汽，用于采暖、澡堂等用汽，部分代替燃煤锅炉，每年锅炉少用煤约720吨标准煤，节约资金36万元。

随着我国建设节约型社会的大力推进和发展循环经济的需要，煤层瓦斯气的规模开发、分质应用是今后配合矿产开发的必然趋势，因此利用瓦斯发电具有显著的社会效益。