低濃度瓦斯發電技術在羊東礦的應用

瓦斯是與煤炭共同伴生的優質潔淨能源,同時也是一種溫室氣體,它的危害是CO₂的21倍,國際清潔能源組織把瓦斯作為主要溫室氣體之一,要求各國盡可能降低煤礦向大氣排放瓦斯。冀中能源峰峰集團有限公司羊東礦多年來，對低濃度瓦斯采取直接排空，未得到充分利用。勝利油田勝利動力機械集團公司研製的低濃度瓦斯發電機組及配套裝置充分利用低濃度瓦斯，解決了羊東礦瓦斯排空所帶來的環保問題和困擾煤礦安全的瓦斯爆炸問題，並帶來了可觀的經濟效益。

1概述

冀中能源峰峰集團有限公司羊東礦建設的5台500GF1-3RW低濃度瓦斯發電機組及配套餘熱利用裝置，裝機容量為5×500KW。該項目於2010年9月開工建設，2011年4月調試並開始試運行，工程總投資1500萬元。該發電設備采用電控技術，實現了空燃比閉環自動調節，可燃成分在9%-25%之間變動時都能被有效利用，適用於低壓力的燃氣，不必增壓，熱效率高，而且投資小，投運後具有良好的經濟效益和社會效益。

2羊東礦瓦斯抽采情況

羊東礦為煤與瓦斯突出礦井，瓦斯儲量為159913萬m³。2^#煤層中瓦斯含量比較高。根據煤科總院沈陽研究院對礦井2^#煤層瓦斯含量的測定，原始煤層瓦斯含量為12.83～13.10m³/t，煤層瓦斯壓力為0.85～1.37MPa。2009年瓦斯鑒定結果為，瓦斯絕對湧出量為59.89m³/min，相對瓦斯湧出量為26.73m³/t。根據礦井生產情況，礦井高濃度瓦斯抽采量為23.96m³/min，居民利用量為6m³/min左右，剩餘17m³/min排空；低濃度瓦斯抽采量為8m³/min，瓦斯濃度為10%左右全部排空。由此可見，羊東礦的排空的瓦斯量為低濃度瓦斯發電機組正常運行提供了可靠的資源保障。

3瓦斯發電生產工藝

羊東礦瓦斯發電生產工藝由熱機係統、冷卻循環係統、電氣係統、燃氣供給係統及自動化控製係統及餘熱回收利用係統六部分組成。

（1）熱機係統發電機房安裝5台500GF1-3RW燃氣發電機組（三開兩備），額定功率為500KW，額定電壓為400V。燃氣發電機組對瓦斯氣的技術要求：瓦斯氣進燃氣發電機組前1米處，①瓦斯溫度≤40℃；②瓦斯壓力3～10kPa，壓力變化速率≤1kPa/min；③瓦斯中甲烷體積含量不低於9%，變化速率≤2%∕min；④對於甲烷體積含量小於30%的瓦斯，甲烷與氧氣體積含量之和不低於28%，氧氣體積含量不低於16％；⑤雜質粒度≤5μm，雜質含量≤30mg/Nm³；⑥硫化氫含量不大於200mg/m³。

當瓦斯在發動機氣缸內爆燃做功驅動發電機轉子旋轉，發電機定子輸出電能經升壓至6KV輸送至變電站供用戶使用。瓦斯燃燒做功後，產生溫度高達550℃廢氣，通過餘熱回收利用，生產飽和蒸汽，滿足冬季廠區取暖及職工澡堂供熱需要。

（2）冷卻循環係統 冷卻循環係統分為外循環和內循環，即燃氣發電機組外部冷卻循環和燃氣發電機組內部冷卻循環，內外冷卻循環是通過熱交換器進行降溫冷卻。同時循環係統又分為高溫冷卻循環和低溫冷卻係統，高溫冷卻循環是指氣缸套、氣缸蓋等高溫部件的冷卻循環，低溫冷卻循環是指機油、瓦斯介質的冷卻循環。

（3）電氣係統 3台發電機組與1台2500KVA 0.4/6.3KV升壓變壓器構成單元接線，2台發電機組與1台1600KVA 0.4/6.3KA升壓變壓器構成單元接線，所發電能經高壓饋電櫃接入羊東礦地麵變電所6KV母線上。

發電機組開始運行前，有變電所6KV係統通過瓦斯電廠升壓變壓器低壓側向瓦斯電廠送電，為發電機輔助係統供電，待輔助係統工作正常時，啟動發電機組，安裝在發電機組控製屏上的同期裝置檢測同期信號，達到並網條件後，發電機組所發電能通過升壓變壓器升壓至6KV，輸送至羊東礦地麵變電所與6KV配電係統並網，向並網係統輸送電能。

（4）燃氣供給係統 燃氣供給係統采用了低濃度瓦斯細水霧輸送技術。該技術是利用水位自控式水封阻火器、瓦斯管道專用阻火器及瓦斯與細水霧輸送等技術，實現低濃度瓦斯安全輸送給瓦斯發電機組發電。在低濃度瓦斯水霧輸送係統的始端先安裝水位自控式水封阻火器，通過雷達監控水麵實現自動補水和放水，保持水位不變，提高輸送係統的安全可靠性能。水封自控式水封阻火器後安裝兩路絲網過濾器（一開一備）；過濾器前後安裝防腐壓力表測試過濾器前後壓差，當阻火器的安全阻火速度可以達到1210m/s，可有效阻火，從根本上保證了係統的安全可靠性。為維修方便在瓦斯管道專用阻火器後麵安裝通用波紋膨脹節；通用波紋膨脹節後麵安裝低溫濕式放散閥，當管道內瓦斯壓力超過設定值時放散閥可自動打開。在低溫濕式放散閥後麵安裝防爆電動蝶閥，在防爆電動蝶閥後每20m處安裝一個水霧發生器。每台低濃度瓦斯發電機組配套一套旋風重力脫水裝置，脫水後的瓦斯經手動蝶閥和瓦斯專用阻火器後供發電機組發電。

（5）自動化控製係統 采用瓦斯發電綜合自動控製技術。發動機采用先混合後增壓的方式，混合後的氣體濃度不隨瓦斯進氣濃度的變化而變化，當瓦斯濃度變化時，計算機對運行參數進行03manbetx 判斷，自動調節混合器，使瓦斯與空氣混合比例發生變化，瓦斯濃度低時多供瓦斯少供空氣；當瓦斯濃度高時，少供瓦斯多空氣，實現了氣源濃度不同但經過混合器後的混合氣濃度保持不變。先混合後增壓技術優勢在於對瓦斯氣的壓力要求低，不需要再上增壓設備，就能滿足使用要求。采用雙碟閥混合器的優點在於可以在瓦斯濃度有較大變化時混合濃度也能保證在合理的範圍，適應瓦斯的濃度範圍較寬。

（6）餘熱回收利用係統 燃氣發電機組的尾氣從機組內部排出的過程中攜帶有大量的熱量，排氣溫度在550℃左右。將機組尾氣引至針形管換熱器回收，產生0.7 MPa飽和蒸汽輸送至礦蒸汽管網。

餘熱回收利用流程為:

　　　　　　　　170℃左右煙氣排出 0.7MPa蒸汽

燃氣發電機組

汽水分離器

針形管換熱器

　　　　550℃左右煙氣　　　　　　　　　汽水混合物

熱水循環泵

給水係統

軟化水

4經濟和環境效益03manbetx

羊東礦瓦斯電廠自2011年4月開始試運行以來，截止當年年底，累計發電756.2萬KWh，生產蒸汽5040噸，消耗純瓦斯量235.1萬Nm³。

（1）經濟效益03manbetx

羊東礦瓦斯電廠單位電力成本為0.21元/KWh，電站人員25人，年工資支出125萬元，電價為0.65元/KWh，蒸汽價格為80元/t。經核算，生產總收入為531.85萬元，生產總支出283.8萬元，實現利潤248.05萬元。

（2）環境效益03manbetx

2011年羊東礦減少純瓦斯排放量為235.1萬Nm³，發電機節約標煤量（折合）2646.7噸，餘熱回收利用節約標煤量（折合）450.95噸。共計節約標煤3097.65噸。