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低濃度瓦斯發(fā)電

文章來源：人氣：3407發(fā)表時間：2019-04-19

我國煤層氣資源豐富，居世界第三，每年在采煤的同時排放130億m3以上的瓦斯，約折合標煤1 600萬t。
過去除了供暖外，煤層氣沒有找到合理的利用手段，未能充分利用，所以，抽放瓦斯絕大部分排人大氣，花去了費用，浪費了資源，污染了環(huán)境。
開發(fā)利用煤礦瓦斯具有以下重要意義：
1) 中國的常規(guī)石油、天然氣資源相對缺乏，20多年來，中國經(jīng)濟迅速發(fā)展，對能源的需求也越來越大，近年來，中國對國際能源市場的依賴程度日漸加大，中國要想保持經(jīng)濟持續(xù)快速的增長，有必要開發(fā)新的能源，改變原有不合理的能源結(jié)構(gòu)；
2) 開發(fā)利用煤礦瓦斯具有可觀的經(jīng)濟效益，現(xiàn)階段國內(nèi)外原油、天然氣、煤炭等常規(guī)能源的價格不斷攀升，而開發(fā)利用煤礦瓦斯可以伴隨著煤礦開采的工程進行，節(jié)約工程成本；
3) 煤礦瓦斯是煤礦事故的罪魁禍首，國內(nèi)煤礦礦難百分之70～百分之8O都是由瓦斯爆炸或突出引起，加大煤層瓦斯抽采可以減少礦道內(nèi)的瓦斯含量，有效預防事故發(fā)生；
4) 煤礦瓦斯的主要成分是甲烷，是主要的溫室氣體之一，其對大氣臭氧造成的破壞是CO2的22倍，如果對煤礦瓦斯進行開發(fā)利用，還可減少碳排放。
伴隨著煤炭資源的勘探和開采，煤礦瓦斯作為伴生資源被大量發(fā)現(xiàn)。煤礦瓦斯按所含甲烷濃度分為四大類：一類是地面抽采煤層氣，甲烷濃度大于百分之80，主要用于民用、汽車燃料、發(fā)電等；二類是煤炭開采過程抽排出，甲烷濃度在百分之30至百分之80之間的瓦斯，稱為高濃度煤礦瓦斯，主要用于民用、化工、發(fā)電、燃燒等；三類是煤炭開采過程抽排出，甲烷濃度大于或等于百分之3且小于百分之30的，稱為低濃度瓦斯，目前小部分用于發(fā)電，大部分直接排空；四類是煤礦通風系統(tǒng)中排出的甲烷濃度低于百分之1的，稱為“通風瓦斯”，直接放散。目前，乏風氧化發(fā)電技術(shù)研究還處于起步階段。

煤礦瓦斯發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)

煤礦瓦斯發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)可以概括為瓦斯混合、自動控制、安全阻火三大類，細分為以下幾項：等真空度膜片混合技術(shù)；文丘里電控混合器混合技術(shù)；雙蝶門混合器電控技術(shù)；瓦斯低壓進氣混合技術(shù)；低壓大流量先導調(diào)壓控制技術(shù)；瓦斯阻火技術(shù)

瓦斯發(fā)電機組主要技術(shù)特點

1）空燃比自動調(diào)節(jié)技術(shù)
通過計算機實現(xiàn)發(fā)動機空燃比閉環(huán)控制，對于低濃度瓦斯，設計大口徑瓦斯進氣通道。瓦斯與空氣分別由電動蝶門進行控制。當CH4的濃度變化時，發(fā)動機自動實時監(jiān)控燃燒狀況，由控制單元發(fā)出指令，執(zhí)行器調(diào)整燃氣通道，從而改變?nèi)細膺M氣量，達到自動調(diào)節(jié)混合比的目的，使發(fā)動機空燃比始終保持在理想狀態(tài)，整個過程自動實現(xiàn)。無空燃比自動調(diào)節(jié)技術(shù)的機組理論上不能應用于瓦斯發(fā)電，實踐也證明沒有空燃比自動調(diào)節(jié)技術(shù)的機組國內(nèi)沒有成功使用的案例。

2）低壓進氣技術(shù)
針對抽排瓦斯壓力低的特點，機組采用瓦斯與空氣先混合后增壓技術(shù)適應煤礦瓦斯壓力低的特點。該技術(shù)的應用，可實現(xiàn)直接應用煤礦抽排瓦斯發(fā)電的目的。瓦斯壓力到調(diào)壓閥前達到3kPa以上就可以達到使用條件，不需要增加加壓裝置，減少投資。未采用此技術(shù)的機組需要加壓裝置，增加了投資;同時低濃度瓦斯壓力升高時，爆炸ji限迅速變寬，增加了安全隱患，消耗了電力，降低了發(fā)電效益。
3）稀薄燃燒技術(shù)
通過合理匹配配氣系統(tǒng)，利用自主知識產(chǎn)權(quán)的新概念燃燒室技術(shù)和缸溫控制技術(shù)，共同實現(xiàn)稀薄燃燒，降低熱負荷，提高了機組對燃氣的適應性和機組的熱效率，其動力性和可靠性大大提高。未采用此技術(shù)的機組，機組容易爆震，同時對燃氣的潮濕性較為敏感，表現(xiàn)為點火困難或點火不連續(xù)，直接影響機組運行的可靠性。
4）防回火技術(shù)
公司針對低濃度瓦斯的特點，研制了金屬波紋帶瓦斯管道專用的阻火器，用于發(fā)動機的三處阻火點，防止發(fā)動機回火。此專用阻火器通過了國家消防總局的批準。
5）數(shù)字點火技術(shù)
該技術(shù)為勝利動力機械有限公司專利技術(shù)，點火系統(tǒng)與美國ALTRONIC公司的產(chǎn)品配套使用，通過在世界范圍內(nèi)的使用證明：該系統(tǒng)具有較高的可靠性，尤其適用于大功率機組，保證燃氣燃燒充分，機組可靠運行。此點火系統(tǒng)尤其適合多缸機型，使每個氣缸都能在好的狀態(tài)工作，發(fā)揮機器的性能。

2.3.3 低濃度瓦斯發(fā)電技術(shù)的安全性

1）機組本身的安全性
500GF1-3瓦斯發(fā)電機組在設計時充分體現(xiàn)了設計原則，充分考慮瓦斯氣體的易燃、易爆性，尤其低濃度瓦斯。機組本身具有多種安全保護裝置：
短路保護；過電流保護；欠壓保護；逆功率保護；發(fā)電機熱保護； TEM保護系統(tǒng)。
2）低濃度瓦斯輸送系統(tǒng)的安全性
① 細水霧輸送系統(tǒng)流程
瓦斯經(jīng)過水位自控式水封阻火器和金屬波紋帶瓦斯管道專用阻火器，進入瓦斯輸送管道。與瓦斯輸送管道并行的輸水管內(nèi)的水由水泵加壓，通過水霧發(fā)生器在瓦斯輸送管道內(nèi)連續(xù)成霧。細水霧與瓦斯在管道內(nèi)混合輸送。細水霧凝結(jié),經(jīng)脫水器脫水后循環(huán)使用。
② 濕式水位自控組火器
③ 金屬波紋帶瓦斯管道專用阻火器
④ 細水霧滅火技術(shù)
⑤ 循環(huán)脫水技術(shù)
⑥ 瓦斯輸送系統(tǒng)壓力控制技術(shù)
⑦ 細水霧輸送監(jiān)控技術(shù)
瓦斯發(fā)電機組經(jīng)濟效益分析

一般參數(shù)

機組運行時間：考慮到機組的正常保養(yǎng)及維護，機組運行時間每年按7200小時計算。
機組運行功率：機組長期運行功率以1000千瓦(機組在大氣壓力為100kPa，環(huán)境溫度25℃，空氣相對濕度百分之30，燃氣品質(zhì)符合相關(guān)規(guī)定時，能輸出額定功率。并能以額定功率方式連續(xù)工作12小時，以百分之90的額定功率長期運行。)。
機組折舊：一般機組大修周期大于30000小時，可經(jīng)過三次大修，使用年限按10年計算，折舊費用約20萬元每年。
電價：國家現(xiàn)行政策下，瓦斯發(fā)電機組上網(wǎng)電價為:
0.38（基本上網(wǎng)電價）+0.25（國家財政補貼，需根據(jù)地區(qū)財政政策計算）=0.63元/ kW.h；
結(jié)合煤礦實際電量使用情況，充分考慮電站發(fā)電自發(fā)自用，沖抵電費，電價可按照約0.5元/ kW.h計算

單臺瓦斯發(fā)電機組運行經(jīng)濟效益分析

單臺1100GF-WK2型瓦斯發(fā)電機組長期運行功率按1000kW計算。
機組熱耗率：≤10MJ/ kW.h，折合成發(fā)電量計算，每標準方純瓦斯可發(fā)電3.3～3.5度電。
在CH4含量百分之100工況下，單臺機組運行每小時消耗瓦斯量約303m3;
年發(fā)電量：1000kW×7200h＝720萬（kW.h）
年發(fā)電產(chǎn)值：720×0.5＝360萬元
運行成本：可控制在55萬元內(nèi)。平均每千瓦時運行成本在0.075元左右。
具體分析如下：
設備折舊費用：折舊成本按20萬元/年。
配件成本：主要是發(fā)動機的機油濾芯、空氣濾芯等，考慮到一些部件的損壞更換，從機組投產(chǎn)到報廢期間內(nèi)平均配件成本在5萬元/年。
維修成本：機組使用過程中根據(jù)機組具體情況，包括中修保養(yǎng)（10000～12000小時中修一次，費用10萬元/臺次）、大修費用（20000～25000小時大修一次，費用平均20萬元/臺次），平均維修成本為（10＋20）×4÷10＝12萬/年。
維護成本：包括人員工資等。電站設站長1名，機組維護工6人，2人一班，實行8小時工作制；維修工2名，一機一電。共9人，平均年薪約3萬，電站每年維護成本約27萬，平均單臺成本按照電站容量計算，若電站由4臺機組組成，則單臺成本約為6.75萬元。
機油成本：單臺機組全年機油成本約為6萬元。
燃氣成本：主要為管道維護成本、凈化成本等，單臺機組可控制在2萬元內(nèi)。
輔助設備維護及其他：燃氣輸送系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電力系統(tǒng)等輔助設備的維護及其他，按2.5萬元計算。
機組運行總成本為：20＋5＋12＋6.75＋6＋2＋2.5=54.25萬元。
平均成本為：54.25萬元÷720萬千瓦時≈0.075元/kW.h
單臺瓦斯發(fā)電機組年利潤：360萬元-54.25萬元=305.75萬元。
另，電站可通過配套余熱回收裝置和CDM項目提取CO2減排資金增加經(jīng)濟效益。
余熱利用產(chǎn)值：機組配備余熱回收裝置，實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)。每小時可產(chǎn)生約0.8噸的蒸汽（壓力為0.4－0.6Mpa）；蒸汽價格按200元/噸計算，全年可節(jié)約蒸汽成本115.2萬元。

結(jié)論

通過該瓦斯發(fā)電項目的實施，有效的解決了煤礦瓦斯安全問題和瓦斯抽放對環(huán)境的污染，通過熱電聯(lián)產(chǎn)，發(fā)展了循環(huán)經(jīng)濟，提高了能源的綜合利用率。
發(fā)展以瓦斯發(fā)電為代表的綠色電力，符合國家鼓勵的產(chǎn)業(yè)政策，通過對資源的高效利用，為企業(yè)增加了效益，降低了生產(chǎn)成本，而且有利于環(huán)境保護，是立國利民、造福社會的綠色環(huán)保項目。

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